蓄热范文10篇

蓄热范文篇1

关键词：土壤蓄热间歇空调最佳启停时间MATLAB

1引言

大多数地面建筑的空调系统，如商场、写字楼、餐厅等均属间歇运行方式。在许多平战结合的人防工程甚至指挥所同样也存在间歇运行系统。非工作时间空调系统停机后，由于室内外温差及围护结构散热导致室温偏离设定值，在下一段运行前需要提前启动空调系统进行预冷（热），使房间在使用时处于要求的温度范围内。预冷过早会造成能量浪费；预冷过晚又达不到控制所要求的指标。同时空调的制冷机组停机后，其冷却系统中仍有一部分剩余冷量，可以继续利用送风机组将这部分冷量送入房间，从而达到节能目的，如图1所示。从图1中还可以明显看出间歇空调系统运行时间相对房间使用时间存在一定的偏移量。因此需要对这一启停时间进行预测，并保证用最少的能量在使用时间内达到所要求的参数范围。然而，空调系统的预冷（热）启动时间以及提前停机时间是一多输入单输出的带有大滞后环节的非线性对象。其中最佳启动时间取决于启动前室内温度，室外气象条件，建筑结构的热物性及内热源和空调送冷（热）量等；最佳提前停机时间也受空调设备容量及温差，内部照明、办公设备及人员散热等、停机前室内外温度等诸因素影响，因此系统的建模工作相当复杂。

同时应该看到间歇空调如果没有足够的预热（冷）时间，空调中的蓄热负荷是不容忽视的。【1】尤其对各种地下建筑而言，土壤的蓄热作用对启动和停机时间的影响尤为重要。不同热惰性的土壤对室内外温度波及热流波存在不同的延迟和衰减作用。本文主要针对典型地区的浅埋平战结合的人防工程，分别对考虑土壤蓄热作用下的围护结构及室内空气建立热平衡方程，并通过软件模拟出室内温度随时间的变化情况；并在此基础上用MATLAB中的人工神经网络工具箱对启动和停止时间进行智能控制。

2研究方法

图1间歇空调运行期间的室内温度典型变化曲线

目前，有关预测最佳启动时间的研究已有静态最优法、简化数学模型法、一元回归分析法、模糊控制等，这些方法各有特点，但由于空调系统的复杂性和受传统算法的限制，预测结果都存在着一定的误差。同时关于最佳停机时间的确定，由于停机过程尚处在房间使用期间，仍需保证空气热舒适性要求，因此在来自内部随机变化的较大扰动下，预测的提前停机时间误差有可能会更大，至今也没有较成功的理论和实例。文献【2】【3】曾就建筑物内HVAC设备的衰减时间用数学公式表示，但是由于强烈的非线性以及建筑负荷响应的不断变化导致结果误差较大。金洪文和韦节廷等在文献【4】中对空调系统间歇运行的时间延迟问题的讨论时，分别对全空气空调系统和风机盘管空调系统进行分析。但在建立室内空气热平衡方程的过程中，由于对围护结构传热存在很大程度上的简化，即采用空调冷负荷估算指标对传热量进行计算，这样的处理方法不能及时有效地反映实际上的强烈非线形复杂变化，因此精度不能得到有效保证。河北工业大学的张雪萍、刘作军对智能楼宇定风量空调系统的启停控制【5】提出采用最优化方法中的非线性规划问题解法，即外点罚函数法。这一方法不但需要系统停止使用前内的工程用电量、平均人员数、室内平均温度和室外平均温度四个因素，同时各系数必须通过采集各种历史数据，并应用统计的方法，经过回归分析运算得出。因此这一方法也不是很适用。

人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork）具有较强的学习和适应能力，适于那些具有不确定性或高度非线性的对象建模及控制。同时BP算法可以在隐层单元足够多的时候逼近任意非线性映射关系，而且其学习算法属于全局逼近方法，具有较好的泛化能力。本文将用ANN模型来预测考虑土壤蓄热作用下的间歇空调最佳启停时间，并对这一模型进行优化后用于其他各种不同热特性地下建筑间歇空调启停控制，达到节能目的。由于神经网络的学习需要大量正确的实验数据作为训练样本，在本文的研究过程中为了弥补有限实验条件的不足，在做了少量的采样实验基础上采用计算机模拟的方法来获得各种不同条件下的学习样本。因此还需要结合CFD数值模拟软件对浅埋地下工程的围护结构传热情况及其对室温变化的影响进行模拟，并得出考虑土壤蓄热作用下的室温变化情况。之后将各种条件下得出的模拟数据输入到人工神经网络模型中，不断进行训练并进一步优化，为最佳启停时间的预测确定好最优模型。

2.1考虑围护结构蓄热的室内温度模型

首先需要对室内空气温度变化进行热分析，见图2。由此可以看出室内空气温度是受各围护结构内表面与室内空气的换热，空调送冷量，排风带走的冷量以及室内各种热量扰动因素影响的。这些热量和冷量共同作用于室内空气，在考虑室内空气的综合热容基础上建立其热平衡方程；而在这一方程中围护结构内表面的换热量计算尤为重要，因此还需要以围护结构内表面建立热平衡方程，并考虑围护结构对内扰的蓄热作用和对外扰的阻隔作用对室温变化造成的影响。

CFD数值模拟使用现有的软件PHOENICS3.4，并做如下假设：

1)各围护结构内表面之间的辐射不予考虑；

2)室内综合热源对室温的作用只考虑对流换热，且其间歇过程视工程使用情况进行简化；

3)围护结构中均不考虑存在内热源；

4)各围护结构之间不存在冷桥作用；

5)假定所研究房间室内空气温度为均匀的，在每一时刻保持为一定值；

6)假定同一天的逐时气象参数在计算过程中连续使用一定天数。

图2室内空气热分析示意图

考虑单建式浅埋地下工程在较短的一段时期（如某一季节）的室内温度随围护结构特性、空调参数及室外气象参数的变化情况。由于短时期内室外气象参数具有一定的变化规律且可以稳定地近似成为余弦变化，考虑土壤对地表温度波的衰减和延迟后，受地表气温影响的地层温度周期性变化的幅值随地层深度的增加按自然指数的规律减小。因此地层温度随深度和时间变化的关系如下：

（1）

同时考虑简化室内间歇过程，将人员、照明和其他等室内热源综合成一均值表示。根据工作班制，考虑热源在及这两个时间段开启。模型分别针对不同热工特性的围护结构以及间歇工作机制进行模拟，考虑土壤蓄热作用影响下的室内温度分布情况。对于围护结构传热部分，PHOENICS中是将室内空气和围护结构视为整体来求解的，即采用整场求解方法【6】。下图3显示了室内空气温度在试验的两个工作日中随时间变化的情况，图4显示了围护结构内表面在这两个试验工作日中的温度变化情况以及与实测数据的比较。

图3室内空气温度随时间变化情况（两个工作日）

图4土壤壁面温度随时间的变化曲线（两个工作日）

以上误差分析是针对土壤壁面的温度进行的，原因之一是因为室内气温变化比较突兀，对误差分析不利；同时由于围护结构内表面的温度直接影响到室内辐射平均温度，因此有必要对土壤壁面的温度进行研究。经过误差分析比较得出，程序模拟结果与实测数据的均方差在允许范围之内，故可以证明所研究的简化模型对于大部分情况是适用的。同时将模拟得出的数据用于下文建立的关于最佳启停时间预测的人工神经网络模型中，同样也存在可靠性和合理性。这些模拟数据不仅能为ANN提供大量真实可靠的训练数据，也可为进一步优化此模型提供先决条件。

2.2空调最佳启停时间预测的ANN优化模型

考虑影响空调最佳启停时间的因素归结为室内空气温度，室内空气温度变化率以及室外气象参数和室外气温变化率，因此可以分别用，，和表示为神经元网络的输入量，输出量只有一个，即为最佳启动或停机时间（图5），则有：

（2）

图5预测最佳启停时间的ANN模型

图中为隐层各神经元的输出阈值，为相应输入层各变量到隐层的连接权值，为输出层神经元的输出阈值（此处仅有一个单元），为相应隐层各变量到输出层的连接权值，这里是指输入变量的个数，是指隐层的变量个数。

利用目标向量以及网络的实际输出计算得神经网络样本学习的总误差为（式中为样本数）：

（3）

隐层与输出层之间权重以及输出层的输出阈值的修正值采用梯度法求得：

（4）

（5）

式中为学习步长。

输入层与隐层之间权重以及隐层的输出阈值修正如下：

（6）

（7）

式中；学习步长。

结合上述BP算法，通过MATLAB中的人工神经网络工具箱（ANNToolbox），构造一个前向神经网络结构模型，并设置一个循环对中间层上的单元个数进行最优控制，其主要程序如下：

%循环语句

s=4:12;

res=1:9;

fori=1:9

%构造一个前向BP网络

net=newff(minmax(p),[s(i),1],{''''tansig'''',''''purelin''''},''''trainrp'''',''''learngd'''',''''msereg'''');

%设置训练参数

net.trainparam.show=500;

net.trainparam.epochs=2500;

net.trainparam.goal=0.01;

%训练网络

net=train(net,p,t)

%仿真

y=sim(net,p);

%误差向量

error=y-t

res(i)=norm(error)

%设置性能参数

net.performparam.ratio=20/(20+1);

%网络性能评估

perf=msereg(error,net)

end

通过不断对网络的性能进行评价得出的perf值对模型结构进行寻优。经过分析对比，确定模型采用三层网络结构，中间层采用5个神经元最优，此时的误差的范数norm(error)最小，网络性能最好，如图6所示；第一个传递函数采用sigmoid型正切函数，第二个传递函数采用sigmoid型线性函数，这样可以将无限的输入映射到有限的输出；训练采用有弹回的BP算法，可以消除梯度模值对网络训练带来的影响，在与其他的训练函数进行比较的过程中得出trainrp函数最适用。这里的网络尽管没有达到0.01的目标，但是其MSEREG已经达到0.011441，因此可以认为已经接近网络目标。

图6ANN模型的性能曲线

3模型验证

采用一个小型的系统模型实验对上述ANN模型的有效性及正确性进行验证。实验在埋深为的南京地区某浅埋地下工程中进行，对其中一的房间采用一台容量为的空调器，综合扰动源采用一台间歇开关的电加热器。实验控制室内温度在℃范围内，对这一房间采用ANN控制其空调系统最佳启停时间。实验结果表明，应用本文的控制方法，控制精度较普通控制方法有很大提高，舒适性使用要求也比较容易满足；同时系统耗电量与普通情况相比节约以上，其节能效果显著。尤其对一些热惰性很大的围护结构而言，在强蓄热作用下空调启停时间的最优控制将会显得更加重要。

4结论

本文针对考虑围护结构蓄热作用下的室内温度变化对空调启动和停止时间造成的影响进行耦合传热分析以及最佳时间预测的。浅埋地下工程室内空气与围护结构之间耦合传热模型的建立，是为预测最佳启停时间的人工神经网络模型提供各种可能的样本数据，因此是神经网络预测的关键。本文在简化假定的基础上建立两者之间的耦合传热简化模型，并通过实测分析比较得出模型的适用性。基于以上模拟得出的各种条件下室温变化率的样本数据，不断训练建立的人工神经网络，并最终确定最优的ANN模型。模型对实际情况下空调启动和停机时间的最优控制通过一个小型的模型实验得到进一步验证。实验同时也分析了本文控制方法在节能效果上较普通控制要显著。

此外由于浅埋地下工程岩土耦合传热模型需要进一步考虑全年气象参数变化以及复杂室内综合热源的随机性，故耦合传热模型的进一步完善将是下一步研究的重点。

参考文献

1.黄晨，李美玲，邹志军等，大空间建筑冬季室内热环境现场测试及能耗分析，暖通空调，2002.32(2)；

2.Park，Cheol，Anoptimalstart/stopalgorithmforheatingandcoolingsystemsinbuildings.NationalBureauofStandards,U.S.DepartmentofCommerce,May1983；

3.KoreaInstituteofConstructionTechnology,AstudyontheHVACsystemandlightingcontrolconditionsforbuildingautomation，December1987:53；

4.金洪文，韦节廷，张晓燕，空调系统间歇运行的时间延迟，长春工程学院学报（自然科学版），2000.1(1)，pp39-42；

5.张雪萍，刘作军，李练兵，智能楼宇定风量空调系统的启停控制，河北工业大学学报，2001.30(6)，pp98-101；

6.王琴，间歇加热时深埋地下工程内部环境与岩石耦合传热的动态模拟【硕士学位论文】，解放军理工大学，2004，pp7-8；

7.HoYang,Kwang-WooKim，Predictionofthetimeofroomairtemperaturedescendingforheatingsystemsinbuildings，BuildingandEnvironment39(2004)，pp19-29；

蓄热范文篇2

关键词深井回灌水源热泵含水层水热运动热贯通建筑容积率HST3D

1问题的提出

深井回灌式水源热泵技术作为一种有益于环境保护和可持续发展的冷热源形式，在国内外空调工程界已经得到了越来越多的应用[1][2]，文献[3]给出了其基本原理与相关技术经济分析。这一系统方式利用温度全年相对恒定的地下水作为水源热泵的水源，通过建造抽水及回灌井群，实现夏季抽冷水、灌热水，冬季抽热水、灌冷水的这一全年角色轮换的运行过程，地下含水层内部的热量或冷量被提取、蓄存和转移。井群是深井回灌式水源热泵系统的一个关键组成部分，其正常运行与否决定了应用水源热泵系统工程的成败，井群的设计布局应当是慎之又慎的关键环节。目前国内进行此类工程的井群设计和施工过程中，系统方案的可行性判据基本取决于单井出水量是否满足要求，以及能否实现良好的人工回灌。然而在进行该类工程井群部分的可行性分析和设计中，还需要考虑以下几方面的问题：

（1）当地含水层中的能量蓄存、转移过程。

应用深井回灌方式，需要在设计阶段知道当地含水层的能量提供能力有多大，也就是系统可负担的建筑容积率极限是多

少。当建筑物全年冷热负荷不均匀时，系统对于含水层温度的常年影响效果如何，是否会造成含水层"背景温度"逐年降低或升高，从而导致系统运行失败，相关的应对策略如何制定？

（2）"热贯通"影响的避免

由于回灌水与原始含水层温度存在的差异，在导热和对流等作用下，回灌井水"温度锋面"会导致近抽水井出水温度有不同程度的升高或降低，通常称为"热贯通"现象。如何确定适宜的井间距，如何确定井群的布局，避免"热贯通"的影响，是设计人员关心的主要问题。对于高密度住宅小区或城区商用建筑应用深井回灌式水源热泵系统来说，由于可利用建筑用地的面积限

制，如何优化井群布局及其各自对应的抽水或回灌角色，最大限度地避免"热贯通"的不利影响是尤为关键的。

（3）水文地质条件的影响作用

该问题的核心是如何考虑速度相对较大的当地地下水自然流动的存在对于地下含水层温度场和井群布局的影响，如何在建筑物冷全年热负荷不均匀的情况下，利用自然地下水流场的存在，合理地优化各井的抽水、回灌角色和轮换方式，从而实现对于能源的最优利用。

（4）地面机组和管道系统形式和运行模式的影响作用

利用"小流量、大温差"的系统运行方式，能够实现对于含水层蓄能的最大利用，同时减少对于地下水资源最小程度的开采利用[3]。在"小流量、大温差"和传统的"大流量、小温差"两种运行工况下，地下含水量水层温度场全年变化过程，以及所导致对应的井群布局差异如何，也是研究设计人员所关心的问题。

以上这些问题都需要寻求对于井群部分的含水层水热运动过程适用的计算分析工具，研究井群当地地下含水层的水热运动与水文地质条件、环境气象因素和工程措施之间的关系，为该类系统的相关设计与分析提供科学的依据，以推动集中式水源热泵机组应用的进一步推广。

在此工程背景下，笔者通过比较目前工程学术界流行的含水层流动传热模拟程序，选择利用了美国地质调查局开发的地下水流动、传热、传质三维有限差分模拟程序HST3D，对一典型双井承压含水层进行了全年温度场和流场模拟，对该程序应用本问题的功能性和适用性作出评价，指出其需要完善之处。

2含水层中的水热运动及相关数值模拟

2．1含水层中的水热运动

自然界含水层中的地下水流动一般满足达西定律，而含水层内部的传热过程包括：

（1）地下水的对流换热过程；

（2）地下水的导热过程；

（3）固体骨架的导热过程；

（4）由于通过多孔介质孔隙的不同流动通道液体的机械混合造成的局部热弥散，以及由于不同地质成分构造混合所造成的宏观热弥散过程；

（5）地下水与固体骨架之间的传热。

在含水层传热中，当含水层骨架颗粒较小和流体流动雷诺数较低时，可以假定流体温度场与固体骨架的温度场时一致的，因此可以不考虑上面第5项的热量传递。

第4项由含水层多孔介质热弥散机理所造成的热量传递，对于含水层内部的整体传热过程存在着不可忽略的影响，特别是单井周边含水层中由于相对较高的地下水孔隙流速，热弥散的影响作用尤为突出。

2．2含水层水热运动数值模拟

含水层水热运动的建模和模拟计算工作，在含水层季节性热蓄能等相关领域已经进行了较长时间的深入研究。含水层季节性热蓄能的应用和研究，早于上世纪七十年代中期已经相继在我国、北欧、北美等地区和国家开展。美国加州大学的LawrenceBerkeleyLaboratory(LBL)建立了相应的单井含水层蓄能有限差分数值模拟程序CCC，并通过该程序对现场实验进行了模拟和分析[4]。国内陈兆祥[5]和薛禹群[6]等亦完成了相关模拟计算和现场实验工作。国际能源组织于1993年至2000年期间所完成的IEAANNEX8：ImplementingUndergroundThermalEnergyStorage，其中一个子项目就是关于地热蓄能的设计分析工具应用与评价，G?ranHelstr?m[7]在其为该子项目所作的总结报告中列出了适用于含水层水热运动分析现行软件，包括AST、TWOW、SUTRA、Tradikon、HST3D等程序。Chiasson[8]的论文中亦列出了适用于含水层水热运动分析的现行软件，除以上所列以外，还包括SWIFT、AQUA3D、FEFLOW等。下面将对HST3D程序作原理和功能介绍。

3HST3D简介

HST3D[9][10]是英文Three-Dimensionalflow，Heat,andSoluteTransportmodel的简称，它是美国地质调查局（USGS）于80年代末开发的一套开放型研究用程序。HST3D采用控制容积的能量平衡法对三维流动、传热和传质微分方程进行离散求解，能够实现饱和含水层中流动、传热和传质过程的非稳态模拟，可用于饱和地下含水层相关流动、传热和传质问题的模拟，包括热田和土壤热、海水入侵、放射性核废料填埋等问题。HST3D具有很强的实用性，其性能包括程序设计结构的模块化、离散方法的简单化和求解方法的多样化、允许采用多种坐标系及不等距网络等，其开放性的模块化结构信纸科研人员可以根据需要添加、修改或删除相应的模块。

HST3D所求解的流动、传热以及物性方程[11]分别如下：

饱和含水层的流动微分方程：

（1）

饱和含水层的传热微分方程：

（2）

假定密度ρ为压力和温度的函数，其液体物性方程：

（3）

HST3D对于离散方程的系数矩阵的求解方法包括：（1）三对角直接求解法（2）逐次超松弛迭代法（3）基于红黑排序的通用共轭梯度法（4）基于D4Z排序的通用共轭梯度法。

HST3D能够处理第一、第二和第三类边界条件，能够处理点源和面源问题，在三维网格坐标方向允许设置不同的土壤传导参数及容积参数。能够处理承压含水层问题，以及存在自由水面的潜水含水层问题。

我们选择HST3D作为问题计算分析工具，为进一步评价该程序应用于本问题的功能性和适用性，利用HST3D对一典型近似工况下的双井承压含水层的全年温度场和流场进行了模拟。

4双井承压含水层模拟

选取区域为长300m×宽200m×厚30m的具有上下不透水层的双井承压含水量水层为计算模型（见图1），中部承压含水层以及上下不透水层的厚度均为10m，相关水力热力参数见表1。模型区域中央为一抽水井和一回灌井，两井相距100m，两井均为完整井（透水井壁空越整个承压含水层）。模型的初始温度为15℃，ABCD、EFGH边界面为15℃恒温边界条件，ABFE、CDHG边界面为定水头边界条件，ADHE、BCGF边界为不透水边界。模型设定为无自然水头条件。

图1承压含不层计算模型示意图

模拟模型的含水层水力热力参数表1

承压含水层不透水层单位

渗透率5.3×10-111×10-12m2

孔隙度0.250.35

固体骨架可压缩系数4.6×10-44.6×10-4Pa-1

固体骨架比热容696696J/(kg·℃)

固体骨架的热传导系数26002600kg/m3

纵向弥散率40m

横向弥散率10m

为了尽可能模拟水源热泵系统的全年"大温差，小流量"的运行工况，首先进行持续50天的夏季工况运行，抽水及回灌流量均为1200t/d，回灌水温恒为25℃；然后为持续50天的过渡季工况，两井停止运行；最后为持续50天的冬季运行，抽水及回灌井轮换角色，流量均为1200t/d，回灌水温恒为6℃。需要强调的是，由于HST3D程序的输入功能限制，本算例不得不采用固定流量和固定回灌温度。

该算例的模拟结果如下：

由图2可以看出，夏季工况期间，回灌热水锋面已经到达抽水井，出现"热贯通"现象，同时部分回灌热量以导热为主的方式向上下不透水层传递。由图3可以看出，过渡季工况期间，热量传递过程以导热为主，大部分夏季回灌热量在含水层内部实现"跨季节"储存。由图4可以看出，冬季工况期间，回灌冷水锋面同样已经到达抽水井，但是由于夏季回灌热水的存在，在一定程度上缓解了冷水锋面对于抽水井出水温度的影响。

图225℃连续回灌50天（夏季工况）含水量水层中心剖面温度分布，A井回灌，B井抽水

图3停止运行连续50天（过渡季工况）含水层中心剖面温度分布，A和B井停止运行

图46℃冷水回灌连续50天（冬季工况）含水层中心剖面温度分布，A井抽水，B井回灌

由图6可以看出，夏季工况期间，抽水井出水温度逐步上升，由原始含水层温度15℃升至约19℃；冬季工况运行开始阶段，由于夏季回灌热量在含水层中的蓄存，抽水井出水温度远高于含水层原始水温，达24℃，可以看出在冬季运行期间实现了部分夏季回灌热量的"热回收利用"。

图5双井运行期间含水层中心平面流速分布示意图

图6冬夏季抽水井出水水温变化曲线

5HST3D适用性评价

笔者认为，作为适用于深井回灌式水源热泵系统井群部分含水层水热运动的模拟分析的工具，需要能够实现以下几方面的功能：（1）能够处理非稳态问题，能够读入动态的边界条件参数（2）能够实现对于井群的参数设置（3）能够处理热边界条件（4）能够实现压力场（水头）的计算（包括单井水头和远端边界的水头影响）（5）能够反映符合工程实际的真实的物理过程，能实现地面系统与井群两部分的联合运行工况分析。

通过利用HST3D进行双井承压含水层的模拟，可以看出HST3D可以满足以上所列前4项功能，能够实现一定水文地质条件下含水层水热运动的非稳态模拟，能够给出在一定的井群运行工况下能量在含水层中转移、蓄存的过程分析，能够给出抽水井的动态温度变化。

但是HST3D还不能够实现地面以上部分（热泵机组）和地面以下部分（井群及共周边土壤）的全年联合运行分析，也就是说不能够根据建筑物全年动态负荷变化判断回灌温度和水量，从而对于符合工程实际上的过程进行模拟。由于HST3D具有一定的开放性和可拓展性，进一步的工作将为添加相关的建筑物负荷模块，完善其作为深井回灌式水源热泵系统井群运行的地下含水层传、蓄热性能模拟研究的计算分析工具。

6结论

井群是深井回灌式水源热泵系统的设计和分析过程的关键部分，研究井群周边土壤的水热运动与当地水文地质条件因素、环境气象因素和工程措施之间的关系，为集中式水源热泵机组的进一步推广提供科学的依据，是当前迫切需要解决的问题。

通过比较目前流行的含水层流动传热模拟程序，选择利用了美国地质调查局编写的HST3D程序，对于一典型双井承压含水层的温度场和流场进行了全年运行模拟，通过对于计算结果的评价，我们认为HST3D能够作为对于本问题的分析计算工具，但是还需要实现地面以上部分（热泵机组）和地面以下部分（井群及其周边土壤）的全年联合运行分析。

另外，关于计算输入参数以及边界初始条件的合理选取问题，是利用数值模拟方法分析问题的一个重要前提，现场水力实验和相关的热物性实验是获得工程当地含水层合理参数的一个有效途径。特别是关于含水层内部的微观和宏观热弥散问题，有必要从理论角度作进一步的研究工作。

符号表

n--有效孔隙度；

ρ--密度，kg/m3；

t--时间，s；

μ--黏度，kg/(m·s)

K--渗透率张量，m2；

P--相对大气压强，Pa；

R*--源汇项，kg/(m3·s)

T--温度，℃；

DH--热弥散张量，W/（m·℃）；

Q*--热源汇项，W/m3；

c--比热容，J/（kg·℃）；

k--热传导系数，W/（m·℃）；

βP--流体压缩系数，Pa-1;

βT--流体热膨胀系数，℃-1。

下标l和s分别表示地下水流体和多孔介质固体骨架。

参考文献

1殷平，地源热泵在中国，现代空调3，空调热泵设计方法专辑，中国建筑工业出版社，2001

2范新等，水源热泵系统及其应用，现代空调3，空调热泵设计方法专辑，中国建筑工业出版社，2001

3江亿，解决住宅供热空调需求的水源热泵系统，全国暖通空调制冷2000年学术文集，2000-10：127～131

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5陈兆祥，承压含水层单井的蓄冷模拟及其蓄冷效果分析：[清华大学硕士论文]，1983

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8AndrewD.Chiasson,MasterThesis:AdvancesinModelingofGround-sourceHeatPumpSystems,OklahomaStateUniversity,December1999

9Kipp,K.L.,Jr.,1997,Guidetotherevisedheatandsolutetransportsimulator,HST3D-Version2:U.S.GeologicalSurveyWater-ResourcesInvestigationsReport97-4157

蓄热范文篇3

关键词：相变蓄热材料；节能建筑领域；应用；研究进展

实现相变蓄热材料在节能建筑领域的应用，并探究其研究进展，一定程度上提升了建筑本身的节能效果，除了发挥其本身蓄能量大的优势之外，还可利用其结晶温度与融化温度接近的特点，使其广泛应用在冷却、加热方面。且要求建筑企业相关技术人员在应用其进程中对其应用效果进行监察与总结，以此来优化其应用方式，实现更高程度的节能效果。

1相变蓄热材料概述

相变蓄热材料（以下简称PCMs）是一种可进行热能储存的全新形式的化学材料，在指定温度下放出或者吸收热量进行物相变化来进行热量的释放与储存。按照化学成分差异化，一般选择将相变蓄热材料分为复合类、有机类相变材料，对比一般蓄热材料来说，其有着热稳定性好、存储密度高、热容大的优势。相变蓄热材料的研发以及应用，自纯溶液起，至二元溶液→三元溶液→复合PCMs，我国当前研究的相变蓄热材料主要集中在Na2SO4·10H2O领域，部分研究人员在针对基站机房房温问题，选择以Na2SO4·10H2O为基础制作相变蓄热材料，对导热系数、储热密度、相变温度等实施优质改良，合理控制了机房温度[1]。而按照相变温度来进行划分，主要包括低温、中温、高温相变蓄热材料，在应用到节能建筑领域时，一般以中温与低温相变蓄热材料为主，常见的相变蓄热材料包括脂肪酸、石蜡、熔融盐等，其储热方式包括热化学储热、潜热蓄热、显热蓄热。显热蓄热又称相变蓄热，是特定材料在固-液-气之间互相转换，散发或者吸取热能。水自液态→固态，其相变焓值达到335J/kg。经过系统的实践证明，水处于固液态相变时释放/吸收等焓值大概等同于1kg液态水自0℃升温至80℃所需的能量，因此能够得知，相变蓄热材料不但能够大量蓄能，而且能够有效调节室内居住舒适度[2]。

2相变蓄热材料在节能建筑领域的应用

2.1相变蓄热地板

相变蓄热地板属于一种全新形式的节能地板，健康、环保、结构简单，对比传统形式的暖气片优势明显。建筑行业出现的一种超低能耗示范楼选择的即是形状固定的储能原材料代替普通材料，填充至普通地板中，在白天温度很高时，阳光会透过窗扇、玻璃幕墙，然后以辐射热能的形式储蓄在储能原材料中，到了晚上，相变蓄热材料会进行相变，朝着室内散发储蓄的热能，以此来降低室内温度波动。根据以往实验结果显示，蓄热地板可将建筑内部温度波动限制在6℃以内[3]。

2.2相变蓄热屋顶

选择膨胀珍珠岩/石蜡复合相变蓄热复合材料，混合进建筑砂浆中，用于建筑屋顶，综合其应用结果显示，该种形式的建筑屋顶在降低建筑内外导热与传热效率的同时，对于维持建筑内部温度有着极好的效果。此外相变材料亦会广泛应用于天花板装饰，比如华盛顿大楼建设时选择相变蓄热材料建设的分子工程大楼，天花板选择的相变材料属于无毒植物凝胶范畴，填充在塑料小方格，装置在办公室天花板中。该种形式的蓄热天花板在大概23℃时会吸热融化，并在同等温度下冻结，这在抑制建筑内部温度波动的同时，将被动冷却空间愈加舒适。

2.3相变蓄热墙体

石膏是一种比较常见的建筑材料，其对整体工程建设具备相应的指导作用，混合石膏与相变蓄热材料，将其应用于墙体建筑中，能够使得建筑维护结构具备相应的调温特性与调湿性能。Becker等系统化研究了黏贴相变石膏板在外墙内侧对传统实体建筑与地中海气候区轻质建筑，发现其在轻质建筑中有着最佳的应用效果，能够达到57%的节能效果，且认为选择该种墙体时应当综合考虑夜间通风以及建筑类型。而就相变Trombe墙体来说，其具备自然通风能力，标准工作原理如下所示：在夏天白天天气热时，将太阳集热墙上面顶风口打开，相变Trombe墙体会吸收围护结构位置的太阳能辐射，此时蓄热材料会融化，并在热压驱动下，背阳面会有冷风流动，并且室内空气会借助太阳能通风管道朝着室外排出，室内持续换气，携带出维护结构与建筑内的热能，并储存相变墙冷量。在冬季时将室外通风口关闭，相变Trombe墙体会将照射进来的太阳能吸收并储存，墙体加热空气之后送入室内，热空气在此进程中形成建筑内循环，并储存热量。在初冬温度上升时，相变Trombe墙体通风口开启，热墙在接受太阳能后加热通道空气，在热压作用下建筑内部空气流程重新构成新风循环[4]。

2.4相变蓄热表面涂料

按照热能传热基本方式，可将涂料分为辐射型、反射型、阻隔型，而在建筑节能领域选择应用的一般是反射型、隔断型涂料。其中张璐丹等将研制的立邦涂料与相变微胶囊按照1∶1混合，并在两个房间实施了比较实验，房间阳光朝向、强度、面积等完全相同，在一个房间粉刷立邦涂料与相变微胶囊混合涂料，另一个房间粉刷立邦涂料，厚度都控制在3mm左右。结果显示，混合涂料房间整体最大空气温度对比另一个房间降低了6℃左右，最小温度高了2.2℃，最大节能效率提升26%。杨保平等以四乙基戊胺与2,4-甲苯二异氰酸酯为壁材制造了相变焓、相变温度分别为65.5kJ/kg、19.2℃的微胶囊，混入相应防腐涂料，提升其防腐性能的同时，具备相应的温度调节能力。相变蓄热微胶囊在当前的涂料中具备相对有效的控温效果，但是因制备复杂、耗资较多，严重限制了其在节能建筑领域的有效应用。

3相变蓄热材料在节能建筑领域的研究进展

3.1相变蓄热地板研究进展

Royon等在研究相变蓄热地板时发现，当前选用的轻型蓄热地板容量不高，即便是在夏季高温季节也很难得到最佳舒适情况。因此以此为基础，设计出了长宽高分别为28cm、28cm、3.75cm的混凝土的地板，并在水平地板侧边打出直径、长度分别为2.5cm、28cm的形状为圆柱体的空腔，共计8个，再将相变蓄热材料装在这些空腔中，其后对蓄能地板实施加热-冷却试验，对比普通地板来说，该种相变蓄热地板降低了2℃左右的室内温度，且热舒适性有所提升[5]。

3.2相变蓄热屋顶研究进展

郑雨蒙等通过二维数值模拟的方式分析了石蜡玻璃屋顶，对比传统形式的空气玻璃屋顶来说，该种蓄热屋顶在东北冬季、过渡季、夏季节能率大致保持在26.64%、59.57%、26.64%左右，因此建议石蜡玻璃屋顶应当控制在9~12mm。此外，Kosny等为降低屋顶热负荷与热桥质量，设计并应用了光伏-相变材料屋顶（PV-PCM），其涵盖了隔热材料、通风空腔、相变材料散热器，对比普通屋顶来说，PV-PCM屋顶在冬季时能够降低建筑本身大约30%热负荷，夏季则可降低大约50%冷负荷，其储能效果良好，但是因通风效果差、承压能力低等问题导致其难以推广使用。

3.3相变蓄热与供暖结合

就相变热泵系统来说，刘旭飞等针对我国很多的寒冷区域，提出了一种相对完善的温度空气源热泵系统，全工况区域内新型制热性能系数COP，处于15℃环境温度时，COP取值4.8；环境温度取值-30℃时，COP取值1.8，该种环境下，空气源热泵具备较高的运行能效，促进了热泵机组寒冷区域的经济、安全、稳定运行。而热泵系统与PCMs集合，具备无污染、高效特点，然而初始投入成本高、体积大、维修难度高，使得相变热泵系统难以得到广泛应用。就相变辐射采暖来说，吕石磊等提出全封闭式热辐射地暖管，并在其内管与电容外管间充填PCMs，在建筑内温度上升时，能够持续吸收建筑内热量，而在温度降低时，则会释放先前储存的热量，较大程度实现了寒冷季节供热进程中移峰填谷、室温自动调节功能。Jin等提出具备供冷、供热性能的地板辐射采暖系统，其装设了双层蓄能地板，并具备差异化的相变温度，分别承担着蓄热、蓄冷功能，而在进行系统的研究之后得出，对比一般材料的地板辐射系统，能够多释放冷量与热量37.9%与41.1%[6]。

4结束语

蓄热范文篇4

本文介绍了在一个工业余热回收系统中应用自然分层热贮存装置的经验。运行结果表明，作者开发设计的这种自然分层蓄热装置介质混掺程度小，蓄热效率高，结构简单，造价低廉。

关键词：蓄热自然分层余热回收应用

Abstract

Thisarticleintroducesanaturalstratifiedheatstoragetankanditsuseinindustrialwasteheatrecovery.Theresultsofoperationshowthatthedevice,developedanddesignedbytheanthor,isofnarrowextentofmixfure,higherheatstorageefficiency,simplestructureanlowcapitalcost.

Keywordsheatstoragenaturalstratificationheatrecoveryapplication

1前言

工业生产过程排出的余热一般波动很大，而且与用热负荷的波动并不同步，所以实现工业余热的回收利用时，通过蓄热以平衡波动是经常遇到的工作。在能源应用工作者的努力下已产生了很多蓄热方法；但在选用时由于具体条件的要求和限制，常需进行原型的改善以获得可靠和经济的结构。笔者在完成某工厂的工业余热利用项目中选用了以水作为蓄热工质的自然分导冷热水置换式蓄热器，经过研究改进其构造获得了一些经验。

本蓄热装置的任务是在余热高峰时蓄存来自余热回收系统的95℃热水，在余热产量少于用热需求时将所存热水取出以填补差额。供暖季的用热负荷是房屋供暖，非供暖季是吸收式制冷所需热源。设计的回水温度是85℃。

2自然分层冷热水置换式蓄热器

自然分层热贮存箱是一个内部没有分隔物的单个箱体。它依靠密度差而不是分隔物来维持贮箱上部热液体与下部冷液体之间的分隔。箱上只有一个入口和一个出口，如图1所示。蓄热时来自余热回收装置的热水由上部进入，箱内原有冷水由下部排出，回到余热回收装置。放热时，来自余热利用装置的冷水由下部进入，箱内原蓄存的热水由上部排出，送至余热利用设备使用。无论箱内液体流动方向是自上而下还是自下而上的，均近似呈活塞状流动。箱内容积交替地全部贮存热水或全部贮存冷水；也可以同时贮存一部分热水和一部分冷水。箱内永远充满水，容积得到充分利用。

图1蓄热与放热

这种蓄热器构造简单，制造和运行的技术容易掌握，所以技术可靠性易于保证。不过，它是以液体作显热贮存介质的蓄热器，其蓄热量与其容积和蓄热介质的进出口温度差成正比。在自然分层条件下，冷热水的混掺必然要发生，以致进出口温差减小。这种混掺在冷热水置换时尤其严重，因而就会降低蓄热效率使蓄存一定热量所需容积增大。并且，因取用时的热水温度降低而且不稳定，还需要采取辅助措施以满足用热设备对热水温度的要求。总之，混掺现象的轻重地影响余热利用的投资，并在需要过多增大贮存容积时会因场地限制百不能实施。为了保留自然分层冷热水置换式蓄热器在技术可靠性上易于保证优点，并减少其混掺现象的不利影响，笔者对它的构造细部进行了改进并取得了成功。

3减小冷热水混掺的设计措施

首先，在箱的顶部和底部设置了扩散器。扩散器的主要作用是减少蓄热介质在进入和排出箱体时引起的混掺。应尽可能使水流在箱体的整个横断面上均匀分布，减小紊流区厚度及主体段水流紊动。本文所述扩散器采用的是多孔板结构，水从众多小孔中喷出，流速分布均匀。

为尽量减小箱体两端紊流容积占总容积的比例，提高容积利用率，增大高径比是有利的。由于场条件限制，实际蓄热器外形尺寸为直径3.5m、高8m。又因余热回收系统特殊要求占用了一部分箱体容积，净蓄水容积不足70m3。高径比大于2。

在相同的供回水温差下，如果蓄热过程中介质流量偏小，在短暂的废热高峰期，来不及进入蓄热器的热量只能被排放掉。即使蓄热器作得再大也无济于事。所以增大介质流量有利于提高废热高峰时的蓄热能力，减少排放掉的热量，从而提高余热回收率。但在蓄热器箱体直径一定的情况下，增大流量势必增加两端扩散器及箱体横断面上的流速，导致紊流区加在和流体混掺加剧降低蓄热效率。本蓄热器介质流量设计为40t/h，箱体横断面平均流速为1.3×10-3m/s。

4蓄热器的运行曲线与效率

4．1蓄热曲线图2为根据1992年10月8日每50秒间隔微机采集记录的数据绘制的蓄热器询问和顶部水温变化曲线。从第0.1至0.8时共1.7个小时是一个蓄热过程，在充入温度为t5热水的整个过程中，底部冷水温度t6升高缓慢，只到蓄热过程即将结束时才明显地突然升高。这清楚地说明本蓄热器蓄热过程中的水流达到了自上而下地挖活塞状流动，混掺程度很小。

图2蓄热温度曲线

4．2蓄热效率蓄热效率定义为实际充热量与理论充热量之比[2]。蓄热器的实际充热量按下式计算：

（1）

式中，Cc--蓄热器的充热容量；

Wc--充热时蓄热介质的流量；

Ctf--流体的比热；

Τc--流热时间；

Tin，tout--流体进出口温度，此处分别等于t5和t6。

蓄热器的理论充热量为：（2）

式中Cc*--蓄热器的理论充热量；

Tin*--进入流体的平均温度；

tout*--蓄热开始前蓄热器内水的平均温度。

蓄热效率ηc为：

（3）

根据图2所示运行实测数据，按以上公式计算得到Cc=2984MJ，ηc=88%。

5投资回收期

按实际工程结算，蓄热装置投资为5万元。若蒸汽价格按30元/t计算，则蓄热总共蓄热2000小时就可收回投资。本余热回收系统全年运行，根据余热量波动情况，如果每天累积蓄热6～7小时，一年便可收回全部投资。

6结论

笔者研究改进蓄热器，将自然分层热贮存法成功地应用于工业余热回收系统中。实践表明，通过正确和精心的设计，可以实现在没有分隔物的情况下蓄热介质的混掺很小，达到较高的蓄热效率；同时做到构造和运行简单，投资回收期短。此外，因蓄热和减小了冷热水的混掺使热水温度和流量比较稳定，所以后续的热利用装置采用了通用型式吸收式制冷机而不必特殊改造。

参考文献

蓄热范文篇5

关键词：采暖蓄热应用

一、引言

近年来，我国大气污染日益严重，人们要求保护环境、净化天空的呼声日益增高，而北方冬季城市空气污染的重要来源是采暖燃煤锅炉所排放的粉尘和有害气体。与此同时，许多地区电力出现了相对过剩、电力峰谷差不断拉大的现象。例如，东北电网系统的最大峰谷差已是最大负荷的37%，而华北电网已达峰负荷的40%[1]。为解决电力系统的这种供需矛盾，电力系统用户侧和发电侧均采取了一定措施。在发电方面，一大批初投资巨大的抽水蓄能电站、运行费昂贵的燃油燃气尖峰电站相继建成并投入调峰运行，甚至一些高参数的大型火电厂也以被迫降低发电效率为代价而参与电力调峰。同时，电力系统也加强了用户侧管理。例如，采取分时电价，鼓励用户在电力低谷时多用电，在电力高峰时少用电。

因此，在环保要求高的城市采暖供热中，燃煤锅炉房或燃煤炉灶将严格限制使用，取而代之的几种可能的采暖形式主要有集中供热的电锅炉、大型电动热泵和燃气锅炉房以及分散在用户房间内的家用燃气炉、电暖器等（见图1）。同时，为减小电力网发电的峰谷差，也可考虑在供热系统中设置蓄热装置，使得在满足采暖要求的同时，对电力负荷起到削峰填谷的作用。为此，本文将对上述采暖系统形式的应用作初步的分析与探讨。

二、采暖供热系统能耗和经济性

1.能耗

传统采暖系统消耗的能量是燃料，而电动采暖系统所消耗的能量是电能。因此，为更全面分析各采暖系统效率，采用一次能耗率作为所耗能评价指标。一次能耗率即单位供热量所消耗的一次能源量。图2为采暖系统在单位供热量与相应的一次能量之间的能量平衡图。其中η为采暖系统供热效率，即供热量与输入能耗之比。对于热泵系统，η为热泵性能系数与系统管道效率之积，对于锅炉供热系统，η为锅炉采暖系统的热效率与系统管道效率之积，对于热电厂，η为热电厂供热量与燃料量之比；ηe为热电厂的发电效率。

对于锅炉采暖系统，单位供热量b为：

对于热电联产系统，1/η份的燃料在提供1份热量的同时，又发出ηe/η份电量。如果这些电由电力系统中其他电厂产生，则需耗费的燃料量为为电力系统发电效率。于是，单位供热量热电联产系统的一次能耗为：

对于电动采暖系统，所耗电能由电力系统提供，于是：

实际上，一个采暖季的采暖能耗不仅取决于单位供热量采暖系统的一次能耗，还取决于采暖系统的运行时间。对于家用采暖装置，如家用热泵、家用燃气炉和电暖器等，由于系统调节灵活，启停方便，根据需要随时调整供热工况，可在房间有人时供热，而在无人时采暖设备停止运行，从而减小最大采暖负荷时间数，降低单位采暖面积的供热能耗。对于传统的集中供热系统，如锅炉房或热电联产，由于运行调节惯性大，设备启停不便，一般房间内不单独进行供热量调节，系统在整个采暖季不间断供热，最大采暖负荷小时数大，造成单位采暖面积能耗的增加。对于北京地区，不间断供热的最大采暖负荷小时数h可取为2000。引入采暖系统可调节系数λ的概念，定义为采暖系统实际最大采暖负荷小时数与整个采暖季不间断采暖的最大负荷小时数之比。对于家用采暖装置，可调节系数一般为0.5至0.8，本文取为0.65，对于集中供热系统，可调节系数一般为1。于是，考虑到可调节系数的采暖系统一次能耗率为：

系统一次能耗率表示单位供热容量的采暖系统单位时间能耗，它反映出在考虑可调节系数后采暖系统的能源利用效率。图3给出各系统的一次能耗率，其中有关参数的取值见表1。可以看出，设置蓄热器的电锅炉采暖一次能耗最大，电锅炉由于没有蓄热损失而一次能耗次之，考虑到可调节系数，电暖器的一次能耗小于以上两种采暖系统。热电联产系统的能耗最小。家用燃气炉和家用热泵虽然能耗明显高于热电联产系统，但由于可调节系数的影响，其一次能耗率与热电联产系统相近。

2.经济性

采暖供热系统的经济性可从单位供热容量年运行成本加以评价，年运行成本C由初投资的折旧和运行费组成。为使问题更加简明，在运行费中仅考虑能耗费。

在经济分析中，采暖系统消费和产生单位电量的价值在不同时刻是不同的。小时级的单位电能生产和消费的价值可由电能价值当量衡量和反映[2]。电力负荷高峰期和低谷期电能价值当量是不同。图4给出了我国某电网小时级电能价值当量典型日分布。

对于热电联产系统，年运行成本由下式获得：其中，k为热电联产系统初投资，元/kw(热)；r为折旧率；f为燃料费；e为热电厂发电的电能价值当量，元/kw.h。

而燃气锅炉采暖系统，年运行成本由下式计算：

对于电动采暖系统，年运行成本可计算为：

初投资取值如表1所示，其中热源投资对于集中供热系统包括设备和土建两部分，电能价值当量取值如图4。图5给出各采暖系统的年运行费。可以看出，电炉采暖的年运行费远高于其它系统，而热电联产的经济性则是所有采暖系统中最好的。其它采暖形式之间的经济性差别不十分明显。对于具体的采暖系统，系统初投资和效率与表1中的值会有所不同，各地的能源价格的制定也存在差别，因此，除了热电联产经济性经济性明显偏好、电炉采暖的经济性明显偏差外，其它采暖系统经济性应根据具体情况加以分析和评价。

三、各采暖系统应用分析

1.传统采暖供热系统

传统的采暖供热系统主要有锅炉采暖系统和热电联产集中供热系统。

1）锅炉采暖

包括以锅炉房为热源的集中供热系统和分散在各用户房间的家用炉灶。按燃料分又有燃煤锅炉和燃油、气锅炉（燃油、气锅炉房和家用壁挂气炉）等。

●燃煤锅炉包括燃煤锅炉房和家用小煤炉。家用小煤炉由于投资小、燃料价低而在小城镇的分散住宅使用较多，燃煤锅炉房则主要应用于一个小区的独立供热或承担大型区域供热系统的尖峰负荷。燃煤锅炉运行成本低，在我国城镇采暖中使用最为普遍。但是，由于能源转换效率很低，对大气的污染在所有采暖系统中是严重的，因此这种采暖形式在环保要求高的城市，尤其是北京的使用，应严格加以控制。

●燃油、气锅炉包括应用于小区或单个楼宇采暖的集中式燃油、气锅炉供热系统和以壁挂气炉等形式设置在房间内的家用燃气炉等。由于天然气等是清洁燃料，这种采暖系统的环境污染远小于燃煤系统。目前，天然气的进京，环保意识的加强，使得燃气锅炉在北京的应用和推广成为可能。另外，燃油、气锅炉运行调节灵活，尤其家用以壁挂气炉，可根据人们的作息情况随时做启停和供热量调整，从而减少了系统运行的最大采暖负荷小时数，节省了燃料量和运行费。但是，当考虑到天然气管网的追加投资，燃气锅炉采暖系统的初投资会明显增高。在运行费方面，由于油、气等燃料价格昂贵，系统的一次能耗也较高（如图3），使得燃油、气锅炉的运行费昂贵。因此，燃油、气锅炉采暖系统，尤其是集中式燃油、气锅炉供热的推广和应用，应在深入的技术经济分析基础上慎重进行。

2）热电联产供热系统

以热电厂为热源的区域供热系统，常见形式是热电厂中汽轮机的抽汽或背压排汽通过热交换器将热量传递给热水，并通过热网输送到各采暖用户。热电厂将高品位的热能用于发电，低品位的热能用于供热，因而能源转换效率高。如果有关参数取值如表1，对于相同的最大采暖负荷小时数，在所有采暖形式中，热电联产一次能耗是最低的。这使得热电联产系统的环境污染也很小。同时，在电力短缺时，热电厂在供热的同时发电上网，相当于减少了电力系统相应投资。从整体上看，热电联产具有很好的经济性（如图5）。因此，在保证全年充足热负荷的前提下，应鼓励热电联产的建设和现有热电厂的运行。

2.电动采暖系统

1）电炉采暖

●电锅炉属于集中式的电采暖系统，多用于一幢楼宇或建筑密集的商业小区供热。与传统集中供热方式一样，在该系统中，热水被电锅炉加热后由热力管道输送至各用户房间。由图5可知，电锅炉系统的运行成本明显高于其他采暖系统。而且电锅炉采暖系统单位供热量的一次能耗在所有采暖形式中是最高的。因此电锅炉采暖的使用应严格限制，即使是在电力富裕的时期。因为电力过剩往往使短期性的，随着经济的发展，这种过剩将会消失。何况电锅炉能源转换效率极低，大量使用是不符合我国可持续发展的能源政策的。

●电暖器一般设置在用户房间内，主要形式有电热微晶玻璃辐射取暖器、电热石英管取暖器、电热油汀等普通电暖器和具有蓄热功能的相变蓄热电暖器等。由于省去传统采暖系统中的热力管道和散热器，一般电暖器的投资明显较低。而且电转换为热后可直接用于采暖，转换效率为100%，避免了电锅炉采暖中因中间介质（热水）而造成的热损失。在运行方面，这种采暖装置调节灵活，使用方便，用户可根据需要对采暖装置的启停随时控制，因而可减少采暖季装置运行时间，进而可减少采暖运行费。因此，电暖器的经济性要好于电锅炉采暖系统，见图5。同时，家用电暖器不需象集中供热那样要有专门人员对采暖系统进行管理、运行和维护，也没有集中供热中所存在的计量受费难题。而且电暖器不会对使用地区产生污染。但是，电暖器存在着单位供热量一次能耗大的缺点（见图3），运行成本也高于一般的采暖系统。由于房间电路容量较小，因而当采暖负荷较大时，存在用户电路改造问题。在采暖效果上，电暖器采暖的舒适感不如传统的水暖散热器。所以，电暖器的使用应根据用户实际情况加以选择，不宜盲目推广。

2）电动热泵

包括大型电动热泵和家用电动热泵。大型热泵可使用于一幢楼宇的采暖或作为区域供热的热源。对于大型热泵，可在热源处设置蓄热器。家用热泵可设置在各房间内，夏季作为空调冷源，冬季作为采暖热源，启停调节灵活方便。

电动热泵能源转换效率明显高于电炉，在外界输入能量W（电能、热能）的情况下，机组从低温环境中吸收热量Q1，并将这部分低位热量提升为高位热量Q2（Q2＝W＋Q1）而加以利用。如果机组的性能系数（COP）为2，则消耗1个单位的能量可获得2个单位的热量，所以单位供热量一次能耗明显低于电炉采暖系统（见图3），使得运行费也低于电炉。对于家用电动热泵，用户可根据需要自行调节热泵的启停，因而可进一步节省运行费用。

由于对于夏季同时需要空调的地方，如商业建筑，热泵系统可同时满足全年的冷热负荷，热泵采统用于采暖的投资会明显降低，可认为是热泵相对于空调系统所追加的投资(本文取为200元/kW)。因此，兼用制冷的热泵系统与纯采暖相比年运行费要明显降低。

以上对热泵的分析中对性能系数的取值较低，适合于风冷热泵。而水源热泵在制热时从水中吸取低位热能，其性能系数一般要高于风冷热泵，因而运行成本将会更低。另外，热泵系统具备电热炉所拥有的不对使用地产生大气污染、安装运行简便以及占用面积小等优点。电动热泵采暖供热系统已在世界许多地方得到应用，尤其在北欧、美国和日本等地区的使用更为广泛。例如，瑞典许多地区使用了以地下水为热源的热泵供热系统。

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与燃气锅炉相比，热泵采暖在经济和能耗方面并不占有明显优势，但从国家角度看，作为发电主要能源的煤要比天然气丰富得多、廉价的多，因而从这一角度看，电动热泵的应用比燃气锅炉更适合我国的国情。目前普遍存在的电力过剩也会给电动热泵的发展起到推动作用。

但是，电动热泵系统的不足之处是设备运行性能易受环境条件的限制。风冷热泵对气候的要求较高，一般不适于冬季气温寒冷的城市采暖供热。随着气温的降低，热泵的出力反而减小，因而往往需要辅助加热装置，如图6所示。一般环境温度在-5℃以下后，热泵的工作状态明显恶化，在一定的温湿度条件下会在空气侧换热器翅片管的表面结霜。水源热泵在需要同时制热制冷的场合使用较为有利，在有清洁的江河湖水的地方也可使用。

由此看来，在环境保护要求高的地方，如果外界条件许可，可以鼓励使用热泵采暖。如果拥有可利用水源，可优先考虑使用水源热泵，当气候条件合适时，可采用风冷热泵。目前，电动热泵作为采暖的一种方式已开始得到应用，如北京的建国门饭店、建行西单分理处等均采用风冷电动热泵采暖。但是，热泵采暖在北方的推广，仍需在技术和运行经验等方面作进一步的研究和实践工作。

3）利用蓄热（TES）的电动采暖系统

电动采暖系统的应用和推广，应以电力相对富裕为前提。实际上，电力方面最突出的问题是峰谷差的不断拉大。如果电采暖系统仅在电力低谷期运行，则会削减电力负荷的峰谷差，有利于电力网的安全稳定运行。从经济上看可使用便宜的谷价电能，使电采暖系统运行成本的大幅度降低。而要实现电采暖系统电力低谷运行，则需要利用蓄热装置。

我国蓄热的应用较少，主要集中在余热或废热利用等方面。蓄热装置的作用表现为平衡供热量和热负荷之间的关系、减小设备容量和提高系统效率等方面。因此，在采暖热负荷一定的情况下，改变不同时间电采暖系统供热量的大小，在电力低谷期多用电供热，电力高峰期少用电或不用电供热，供热量与热负荷之间的平衡可通过蓄热装置实现，从而达到减小电力峰谷差的目的。

蓄热型式按蓄存介质的不同有直接蓄存和间接蓄存两种。间接蓄存采用某种中间介质作为蓄存介质来蓄热。这种蓄热方式的蓄热温度较高，如岩和油组成的蓄存介质蓄热温度达304℃，而用一种熔化的硝酸盐作为蓄热介质蓄热温度可达566℃[3]，但间接储存方式的投资大，而采暖空调所用热量温度相对较低，故不宜采取这种蓄热方式。

直接蓄热可将待蓄存的热水或蒸汽直接储存在蓄热容器内。直接蓄热又可分为无压蓄热和有压蓄热。无压蓄热方式最高蓄热温度可达95℃，且投资低。有压蓄热方式是将蒸汽或高温热水直接存蓄在球状或圆柱形压力容器内，蓄热温度最高可达200℃。但有压蓄热方式投资大，相当于无压方式的2至5倍[4]。

●热水蓄热装置由于采用蓄热，从整体的角度看，电动采暖系统起到了对电网的削峰填谷作用，从局部上讲，由于消耗的是低价电能，采暖系统的运行成本会大幅度降低。但是，采暖设备的投资也会相应增加，因为热源容量与无蓄热时相比增大了，同时又增加了蓄能设备。从能耗方面看，由于蓄能损失，与无蓄热相比，系统的能耗增加了。对于热泵系统，由于提高制取热量的温度，热泵性能系数显著降低，同样增大了系统能耗。

表2各蓄热采暖系统有关指标的对比（采暖面积：1万m2，采暖指标：35w/m2）

对于电动热泵采暖装置，由于热泵的性能系数COP随着所制取热量的温度升高而明显降低，因而本文选取热泵制取热水的最高温度为70℃，相应的COP取为2.0，蓄热器只能采用无压型式。而电炉采暖系统可采用有压和无压两种蓄热装置，而且由于蓄热介质为水，电炉应以电锅炉的形式加以应用。设热水蓄热效率为85%，一天中电力峰谷各占12小时，由此表2给出了采用蓄热装置后采暖系统的有关指标。可以看出，从电力削峰填谷方面讲，增设蓄热器后的电炉采暖系统所起的作用最为显著。从蓄热器容积看，有压热水蓄热的容积明显小于无压热水蓄热，但有压热水蓄热器属于压力容器，存在安全问题。

增设蓄热装置后，采暖系统的初投资将会增加，包括蓄热装置的投资和采暖系统本身因蓄热而增加的投资等。这部分附加投资的大小与蓄热装置的型式、体积、位置以及系统运行方式等有关，图7给出了随着这部分附加投资的增加，电锅炉和热泵采暖系统的年运行成本的变化情况。对于电动热泵，只有当单位供热量系统附加投资小于1500元/kW（热）时，采暖系统经济性才会比无蓄热时好。一般情况下系统附加投资小于该值。但如果蓄热器空间占用费昂贵，例如设置在市区黄金地段内，则可能使系统的蓄热附加投资骤增，导致蓄热不能提高整体系统的经济性。对于电锅炉，只要单位供热量蓄热附加投资小于4900元/kW（热），采暖系统经济性就会比无蓄热时好，通常系统蓄热附加投资不会大于此值。因此，对于电动热泵采暖，是否增设蓄热装置，应根据具体情况加以分析论证后决定。而电锅炉采暖增设蓄热装置的效果是很明显的。

●蓄热电暖器[5]在电动采暖中，可以通过热水蓄热实现电力的削峰填谷。但是由于蓄热器的容积很大，只能用于集中式的电动供热系统，若与家用电暖器结合，将会占用房间较大空间，这是不现实的。为此，一种电暖器与相变蓄热相结合的采暖装置-相变蓄热电暖器被提出来（工作原理见附录）。相变材料蓄热能力大，蓄热效率高，而作为热源的电加热器成本较低，因而可以克服以上热水蓄热的不足。

由表2看出，这种采暖装置的蓄热容积仅为无压热水蓄热器的约八分之一，是有压热水蓄热器的约三分之一。同时，其初投资也相对较小。另外，相变蓄热电暖器调节灵活，设置在采暖房间内，即开即用，放热功率可由风扇或者风门控制，因而可减小最大采暖负荷小时数。由图5可以看出，这种采暖装置具有很好的经济性好于电炉和燃气锅炉采暖。同时，这种电暖器可以减小电力峰谷差，对于电网安全高效运行具有积极意义。因此，相变蓄热电暖器是一种具有良好发展前景的新型采暖系统。

由于相变蓄热电暖器的耗电功率高，当房间采暖负荷较大时，存在用户电路改造问题。

3.建议

对于环境保护要求高的城市，不同采暖形式的选择，应根据具体的用户特点，以实现最优的社会效益和经济效益。

对于城市中建筑密度高的大面积采暖地区，应首先考虑热电联产区域供热系统的采暖方式。热电联产系统能耗低，经济性好。同时，由于能源转换效率高，烟尘集中处理，对大气污染也很小。但是，热电厂的建设应当充分考过度季和夏季的热负荷情况。

商业建筑、高档住宅等全年需要冷热负荷的用户，若无运行限制条件，应首先考虑使用热泵系统。

在气候条件或水源条件允许的地区，即使仅用于采暖的热泵系统，也应作为解决环境污染问题的有效途径而加以使用。例如，对于远郊新建住宅小区，城市热网无法到达，可考虑利用地下水的水源热泵采暖。

在城市燃气供应管道较为完善而又不建设热电联产供热管道的地方，可以考虑采用燃气锅炉可以作为一种采暖途径以解决环境污染问题。如果是在已有燃煤锅炉房基础上的改造，则可考虑采用燃气锅炉房采暖，否则可考虑家用燃气炉的采暖方式。

对于无热网的平房改造，热网建设费用高，不宜采用集中供热系统，可选用家用燃气炉或家用热泵采暖形式。如果一天中采暖时间较短、无燃气管道而又不需要空调的用户，可考虑选用电暖器。

电力峰谷差问题突出的地区，应推出相应政策，鼓励采暖系统增设蓄热装置，例如相变蓄能电暖器，以达到电力削峰添谷的目的。

四、结论

在大气污染日益严重、电网峰谷不断拉大的形势下，城市采暖供热应选择合理的形式和运行方式，在保证供热效果的同时，为环保和电力作出贡献，实现整体效益的最大发挥。

在所有采暖供热形式中，传统的燃煤锅炉采暖虽然运行成本低，但会造成大量粉尘和有害气体的排放，对大气的污染最为严重，因而应严格限制在市区的使用。

电炉采暖能源转换效率低，耗电量大，经济性最差。所以应严格控制使用。但是电暖器启停调节灵活，可减少最大采暖负荷小时数，在使用区对环境不产生污染，因而对于采暖需求时间短的用户，可以考虑选择采用电暖器。电锅炉系统能耗和经济性等方面都明显不如其他采暖系统，不宜鼓励使用。

以热电厂为热源的区域供热系统有明显的经济优势。当充分保证热电厂全年拥有足够热负荷的前提下，应优先考虑热电联产供热系统的使用。

燃气锅炉虽然是解决环境污染问题的一种采暖途径，但运行成本高，燃气管道的建设会增加系统初投资。因此，燃气锅炉的使用应慎重进行。

热泵应作为解决环境污染问题的有效途径，鼓励在气候条件或水源条件允许的地区加以使用。热泵的使用在多数地区刚刚起步，应在试点工程积累运行经验后再加以推广应用。

电动采暖装置增加蓄热装置后，可对电网起到削峰添谷的作用，但会导致采暖系统的初投资、能耗和占地面积增加等问题。在电力峰谷差不断拉大的今天，蓄热在电动采暖中的应用应该引起充分重视。

参考文献

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[2]Mao-SongYenTime-of-dayelectricityPricingUsingOptimalMixofGenerationsystemCIRED''''93,Bermingham,May,1993.

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[4]S.HORIIetal.,OptimalPlanningofGasTurbineCogenerationPlantsBasedonMixed-integerlinearProgramming.InternationalJournalofEnergyResearchVol.11.1987

[5]张寅平等相变蓄能电暖器专利申请书申请中清华大学热能系暖通空调实验室

附录相变蓄热电暖器的原理

相变蓄热电暖器的原理如下图所示，相变蓄热电暖器包括温控、时控的双重控制开关、电加热装置、换热容器、密闭在其中的相变材料和保温隔热外套组成。其特征在于时控开关内固化了时控程序，使电加热器只能在某一时间段内（电网负荷低谷段）接通。当电加热装置接通电源后，相变材料开始升温融化。当相变材料完全融化时，温控开关使加热装置停止工作，这时热量主要由相变材料以潜热方式储存起来。在室内需要加热的时候，打开风门或开启电扇，电暖器开始对外放热，液态的相变材料逐渐凝固，同时放出凝固热。由于相变过程为近似等温过程，相变潜热较大，故即使在不通电的情况下也能近似等温放热较长时间。实际应用中，电暖器外部设置隔热套，能达到很好的保温效果。隔热套保证所蓄热量存在于电暖器内，需要取暖时，隔热套部分或者全部打开，换热容器向外放出热量。隔热套的形状可以做成带有进出气门的整体箱式结构，在出气口可设置排风扇，也可以不设置风扇，完全依靠自然对流和室内空气进行热交换。

AnalysisonApplicationofSomeSpaceHeatingSystems

蓄热范文篇6

关键词：太阳能供暖集热器辅助热源

0引言

随着我国经济的高速发展和人口的有计划增长，能源需求量日益增加，太阳能这种可再生清洁能源的开发有着重要的意义。虽然人类在建筑中利用太阳能方面已积累了不少经验，但有目的地研究太阳能建筑还是最近几十年来的事。1939年美国麻省理工学院建成了世界上第一座用来采暖的太阳能建筑，到七十年代世界性能源危机后，太阳能建筑的发展速度大大加快，目前世界上大约有几十万座太阳能建筑。

太阳能建筑是指利用太阳能替代部分常规能源使室内达到一定温度的一种建筑。早期的太阳能建筑物是利用太阳热能与光能的自然传递使居室温暖明亮，通常称为“被动式太阳能建筑”。而后随着科学技术的发展和人们对居住环境要求的提高，逐渐从被动式太阳能建筑发展成“主动式太阳能建筑”。主动式太阳能建筑是由太阳能集热器、热水槽、泵、散热器、控制器和贮热器等组成的供暖系统。它与被动式太阳能建筑一样，围护结构应具有良好的保暖隔热性能。

1东北地区利用太阳能供暖的可行性

我国是太阳能资源十分丰富的国家，三分之二的国土面积年日照量在2200小时以上，年辐射总量大约在每年3340～8360MJ/平方米，相当于110～250kg标准煤/平方米。我国的太阳能资源按年辐射总量划分为五类地区：丰富地区（6690～8360MJ/平方米），较丰富地区（5852～6690MJ/平方米），中等地区（5016～5852MJ/平方米），较差区（4180～5016MJ/平方米），最差区（3344～4180MJ/平方米）。即使我国太阳能较差的地区，年辐射总量也接近东京（4220MJ/平方米），高于伦敦（3640MJ/平方米）、汉堡（3430MJ/平方米）这些世界上太阳能利用较好的城市，可见我国东北地区在建筑中的太阳能利用还大有潜力可挖。

1975年我国在甘肃地区首次建造了小型被动太阳房，之后有关人员结合我国的实际情况在理论、实验、材料等方面作了大量的工作，但大多数是以被动式太阳能房为主，主动式太阳房的研究比较少。我国东北的冬季是需要供暖的地区，大部分处于太阳能资源较丰富的地区之内，采暖期（11月～3月）日照率高，这对利用太阳能供暖提供了优越的条件。实践证明，东北地区利用太阳能供暖是完全可行的。

2太阳能供暖系统

在上一章中总结了一些东北地区的气象资料，其中主要以长春为例进行了太阳辐射和气温的分析。在此章中将用到部分气候资料来加以计算，并确定出系统方案，最后得出结论，东北地区利用太阳能采暖是可行的。

2.1系统布置

2.1.1主动式太阳能建筑的采暖系统及各部件的名称

如图1所示，该系统可分为两个循环回路：集热回路和采暖回路。

1—集热器2—过滤器3—循环泵（同8，9）4—贮存器5—集热器热交换器

6—减压阀7—蓄热水箱10—电动阀11—辅助热源12—散热器13—排气阀

图1太阳能供暖系统示意图

2.1.2集热回路

主要包括集热器、贮存器、集热器热交换器、过滤器、循环泵等部件，在该回路中采用差动控制，使用两个温度传感器和一个差动控制器，其中一个温度传感器（热敏电阻或热电偶）安装在集热器吸热板接近传热介质出口处，另一个温度传感器安装在蓄热水箱底部接近收集回路回流出口，当第一个传感器温度大于第二个传感器5～10℃时，集热泵就开启。再这种情况下流体从贮存器经集热泵进入集热器，同时空气从集热器置换进入贮存器中；相反，当蓄热水箱出口温度与集热器吸热板温度相差1～2℃时集热泵就关闭，在这种情况下依靠把集热器中的水排入到贮存器的方法来实现防冻，贮存器要隔热或封闭以防冰冻温度。

2.1.3采暖回路

主要包括蓄热水箱、散热器、辅助热源、电动阀等部件。采暖回路是指采暖房间中热媒的循环回路，自动控制一般使用两个温度传感器和一个差动控制器；其中一个温度传感器置于蓄热水箱采暖回路出口附近，室内设置温度敏感元件测量定温，当室内温度降低时，此时蓄热水箱温度很高并达到一定的数值，辅助加热器关闭，由蓄热水箱提供热量；另一个温度传感器安装在采暖回路的回水管道中，如果室内温度继续下降，且第一个传感器读出的温度低于第二个时，即蓄热水箱的热量不能满足负荷要求，电动阀切断蓄热水箱与系统的联系，使其脱离循环，这是由辅助加热器供暖。

2.1.4系统控制

太阳能供热系统需要不同于一般系统的控制。首先，当集热器能够供应热量时，要有办法开动集热器的泵。这通常是由一个温差控制起来完成，它测量集热器出口和蓄热器底部之间的温差。当集热器的泵关掉，而这一温差上升超过某一定值时，泵就开动了。当流体正在流动而温差降到近于零时，泵就关掉。

建筑物也需要一种不同于一般的控制。当收集的太阳能尽可能快地加以应用时，就得到了太阳能系统的最好运行效果。最好这样来安排控制，当房间内的恒温器要求热量时，系统就传递从蓄热器所能得到的热量。假如太阳能不能满足热负荷，则恒温器的第二级开动辅助炉来补充所需的热量。在一些设计中当太阳能系统不能满足热负荷时则全部由炉子来承担，这样就形成了一个较简单的系统。

2.2采暖负荷

2.2.1气象资料（以长春为例）

根据气象资料，统计并给出以下数据，以用来计算热负荷。

室外参数如下[统计年份（1951～1980）]：

年平均温度：4.9℃，冬季采暖室外计算温度：-23℃，冬季最低日平均温度：-29.8℃，冬季日照率：66%

最大冻土深度：169cm，日平均温度≤+5℃的供暖期天数：174d，日平均温度≤+5℃期间内的平均温度：-8.0℃

日平均温度≤+5℃的起止日期：10月22日～4月13日，日平均温度≤+8℃的供暖期天数：192d

日平均温度≤+8℃期间内的平均温度：-6.6℃，日平均温度≤+8℃的起止日期：10月11日～4月20日

极端最低温度：-36.5℃，极端最低温度平均值：-30.2℃，冬季大气压力：99.4kPa

冬季室外最多风向平均风速：5.1m/s，冬季室外平均风速：4.2m/s，冬季最多风向：SW，冬季最多风向的频率：20%

室内参数如下：供暖室内计算温度：18℃

2.2.2供暖热负荷

利用体积热指标法，可按下式概算建筑物的供暖设计热负荷：

（1）

式中—建筑物的供暖设计热负荷，kW；—建筑物的外轮廓体积；—供暖室内计算温度，℃；—供暖室外计算温度，℃；—建筑物的供暖体积热指标（也称建筑物的比热特性指标），W/·℃，它表示各类建筑物在室内、外温差1℃时，每1建筑物体积的供暖设计热负荷。

其中，建筑物的外轮廓体积为280供暖室内计算温度为18℃，供暖室外计算温度’为-23℃，建筑物的供暖体积热指标为0.41W/·℃（查“简明供热设计手册”表8—3），则：

=4.7kW

建筑物的供暖设计热负荷取4.7kW，即设定100建筑面积的建筑物日负荷为406080kJ/天。

2.3集热器

2.3.1集热器类型

集热器可分为三种基本类型：平板型集热器、中等性能的聚焦式集热器和聚集式收集器

最简单的平板型集热器是由一块玻璃板（或透明板）安装在涂有吸热黑体的平板上构成。透明玻璃的太阳辐射被捕集在平板和玻璃盖之间，并被黑体吸收。黑体吸收后的太阳辐射转化成热能，然后传导给通道中流动着的流体。本文选平板型集热器，倾角为55度，集热器内流体为乙二醇，可防止冬季冻结。

2.3.2集热器面积的确定

（1）集热器面积公式

根据上一节，确定系统热负荷为4.7kW，因而可以计算出集热器面积，求集热器面积所需公式为：

kJ/月（2）

kJ/月（3）

（4）

式中—集热器的集热量，kJ/月；——月负荷，kJ/月；I—太阳辐射月平均值，kJ/月

—集热器效率，%；—日负荷，kJ/d；—月份天数，d；—所需集热器面积，。

（2）计算步骤示例

一月份：天数31天，太阳辐射的月平均值321818kJ/月，集热器的效率40%，日负荷406080kJ/d。

集热器的集热量：

=32181840%=128727kJ/月

一个月的热负荷：

=40608031=12588480kJ/月

所需集热器面积：

==97.8

逐月（1月、2月、3月、4月、10月、11月、12月）计算，结果记入表1。

计算结果表1月份

每月天数（d）

太阳辐射的月平均值I(kJ/月)

集热器的效率（%）

集热器的集热器(kJ/月)

月负荷(kJ/月)

所需集热器的面积F()

1月

31

321818

40

128727

12588480

97.8

2月

28

443080

40

177232

11370240

64.2

3月

31

631180

50

315590

12588480

39.9

4月

30

790020

50

395010

12182400

30.8

10月

31

497420

50

248710

12588480

50.6

11月

30

355300

40

142120

12182400

85.7

12月

31

275880

40

110352

12588480

99.8

最终，集热器面积取30平方米。

2.4蓄热器

2.4.1蓄热原理

蓄热可分为两种，一种是显热蓄热，另一种是潜热蓄热。在本文系统中未用到潜热蓄热理论，所以不加以说明，现只对显热蓄热进行介绍。贮存在蓄热介质中的显热热量可由下式给出：

（5）

式中—单位体积的蓄热量，；—温度，℃；—物质的比热，，—物质的比重，。

严格地说，物质的、依温度而变，但在作为蓄热介质使用的温度范围内，可以看作是常数。因此，上式变为

（6）

结果，物质的蓄热量与温度差成比例。但实际可以利用的热量，或者由于物质内的温度分布不同得不到平均温差，或者由于热损失等通常有所减小。

2.4.2蓄热器容量的计算

蓄热器中储存的能量应该可以供应系统2～3天的采暖运行，系统日热负荷为406080kJ/d，所以2.5天的热负荷是1015200kJ。蓄热器的利用温差为10℃，蓄热器效率为95%，可得蓄热器容积为：

==2.55（7）

则，蓄热器容量取2.6m2。

3结论

3.1研究建立了利用太阳能采暖的完整系统，并对系统一些设备的数据进行了简单的计算，通过计算，检验了该系统的可靠性其结果证明东北地区利用太阳能是完全可行的。

3.2通过本太阳能供暖系统可以对其性能进行分析，并可预测其长期节能效果，还可通过该系统进行实物设计，为东北地区今后在建筑中推广利用太阳能供暖工作提供理论依据。

3.3本系统在设计时进行了一次优化，提高了热能利用效率。使系统更有效的发挥其节能的作用。虽本系统是对独立式100平方米建筑进行的研究，但它亦适用于其它大型建筑，这样使原有设计得到了广泛的利用。

参考文献

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蓄热范文篇7

1.1热管换热器。热管自身具有等温性，且冷、热侧面积都能根据工艺要求作适当调整来完成远端传热，此外还能实现温度控制。因受材质等方面因素的影响，热管抗氧化性与耐高温性都有待提升，为进行弥补，通常会用到陶瓷换热器。就经济性而言，热管具有更高的性价比，能取得良好经济效益，并且稳定性与安全性也可达到标准。长期运行中，换热器会发生堵灰等现象，对此可采取预先调整受热面的方法来有效预防。如果生产会放出腐蚀性气体，则需调整管壁的温度，以减轻气体造成的腐蚀[1]。1.2蓄热器。蓄热器在工业锅炉应用较多，能存储多余热量，需要时自动放出，避免能源浪费。锅炉运行时，其气量难免波动，对气压造成影响，出现水位浮动，此时会严重阻碍操作，降低燃烧效率。对此，应采用蓄热器来使锅炉保持稳定，改善负荷条件，创造良好运行条件，提高燃烧效率。按照不同的类型，可将蓄热器分成以下两类：其一，定压式蓄热器；其二，变压式蓄热器。其中，前者应用时处于恒压状态，现阶段最常用的给水蓄热器即为典型代表之一。如果实际汽量低于蒸发量，则多余蒸汽将在水加热中回用，再将给水转变成饱和状态进行储存。随着汽量增加，蓄热器能把饱和状态的水输送至锅炉，以增加实际蒸发量。可见，这种蓄热器适合小型锅炉，因为大型锅炉有较高的温度，不利于蓄热。对蒸汽蓄热器而言，其压力和热量直接相关，如果热量变化，则压力必定改变。当蒸发量高于汽量时，蓄热器存储多余蒸汽并回用于水加热，此时蒸汽也液化在其中；当蒸发量低于汽量时，蓄热器将产生一定加压，使饱和水沸点降低，促使其沸腾，向锅炉持续提供高温蒸汽确保负荷不变。1.3热泵。热泵主要作用在于将低位热源导向高位热源，从自然界吸取热能，再通过电力做功转换成高品位的热能，最后供各级用户使用。热泵制冷系数在3~4，这说明它能将3~4倍自身所需能量转至高温。从原理上看，热泵如同能量提升设备，虽然在运行过程中需要消耗能量，但转换后产生的能量可达消耗能量很多倍，所以其效益十分明显。

2节能降耗技术应用

2.1催化技术。很多化学反应都通过添加催化剂来增强活性，尤其是规模化化学反应，对催化剂有很高的依赖度，具有重要作用。通过对催化剂的适量添加，能加快反应速率，降低反应需要达到的条件，使化学反应可以在温度和压强都较低的情况下正常完成，以此间接减少能耗。此外，添加催化剂后，还能使原料得以充分反应，减少浪费，提高资源利用率。2.2自动化控制。生产中借助自动化设备实现工艺控制，这样能在保证生产安全的基础上，提高生产效率。比如，在工艺控制引入PLC技术，能实现生产和控制的自动化。对于PLC技术，它是可编程逻辑控制器的英文缩写，其虽然是典型的储存器，但能进行编程，可以在顺序控制等的基础上，采用相应的输入与输出方法调节不同的生产过程。它依靠数据采集完成工艺控制，其中，数据采集实际上就是根据系统模数实现精度转换，并扫描数据周期，以文字或图表等形式表达数据，从而使工艺控制可视化。对顺序控制，即对功能组级实施独立性开闭控制，并能满足单项控制等其他要求。如果系统出现异常情况，则PLC能中断信号，关闭相应的应用程序，确保自动化控制处于安全状态。相比之下，自动化生产具有更高的精度，能防止由于人为失误造成的问题，实现预期的能耗控制目标。2.3动力损耗控制。生产时的动力损耗也会造成一定程度的浪费，应对此引起重视，根据损耗原因制定有效解决方案。目前，得到广泛认可的方法是引入变频调速装置来控制能耗。在制定具体控制方案时，应确保系统输入和输出保持平衡。相比之下，化工生产系统实际负荷率相对较低，通过对变频技术的合理应用，能减少机组工频运行时间，使电能得到充分利用。另外，在供热系统优化改良过程中，可运用组合装置保证冷热转化率；在以往的生产运行中，有很大一部分余热未得到利用而直接浪费，若能对这些余热进行回收利用，则能减少能源投入，避免浪费。实际工作中，可利用以上提到的蓄热器实现对余热的回收利用。2.4阻垢剂。设备运行一定时间后，其内部将产生锈蚀与结垢，如果未有效处理，则必然会影响传热，使换热效果明显下降。对此，应利用阻垢剂来清除锈迹与结垢，确保设备始终在最佳工况内运行。此外，这样不仅能保障设备换热效果，避免能源浪费，而且还有利于设备运行安全，防止因结垢过厚造成的安全事故。

3结束语

化工生产有很大的节能降耗空间，在化工工艺当中引入合理可行的节能降耗技术，不仅是行业发展趋势，还是各企业切实提高经济效益与社会效益的重要举措，在实际情况中，需要从设备和技术两方面入手。

参考文献

蓄热范文篇8

0引言

太阳能作为取之不尽用之不竭的可再生能源，随着科学技术的进步，近年来受到了全社会的高度重视，已经开始被广泛的应用于发电、取暖、供水等诸多领域。在我国大部分国土面积属于供暖地区，建筑采暖是保证生存的基本条件；另外，我国太阳能资源最为丰富的地区大多是气候寒冷、常规能源比较缺乏的偏远地区，这些地区既有实际的采暖需求，又有充足的太阳能资源，是应用太阳能供热采暖条件最为优越的地区。因此，太阳能供热采暖将是继太阳能热水之后，最具发展潜力的太阳能热利用技术，有着广阔的应用前景。

1太阳能集热器系统的设计原则

a）应合理设计太阳能集热器在建筑上的安装位置。建筑设计应将所设置的太阳能集热器作为建筑的组成元素，与建筑有机结合，保持建筑统一和谐的外观，并与周围环境相协调；设置在建筑任何部位的太阳能集热器应能充分接受阳光；应与建筑锚固牢靠，保证安全；同时不得影响该建筑部位的承载、防护、保温、防水、排水等相应的建筑功能。建筑设计应为系统各部分的安全维护检修提供便利条件；b）太阳能集热器宜朝向正南或南偏东、偏西30°的朝向范围内设置；安装倾角可选择在当地纬度±10°的范围内；受实际条件限制时，可以超出范围，但应进行面积补偿，合理增加集热器面积，并进行经济效益分析[1]；c）受条件限制不能按推荐方位和倾角设置太阳能集热器时，按式(1)进行集热器面积补偿，计算增加的集热器面积。AB=AS/RS，(1)式中：AB为面积补偿后确定的集热器面积；AS为用式(3)和(5)计算得出的集热器面积；RS为近似等于与集热器安装方位角和倾角所对应的补偿面积比；d）放置在平屋面上的集热器在冬至日的日照时数应保证不少于4h，互不遮挡、有足够间距(包括安装维护的操作距离)，排列整齐有序；e）正午前后n小时照射到集热器表面上阳光不被遮挡的日照间距s由式(2)计算。S=Hcothocsγ0，(2)式中：S为日照间距（m）；H为前方障碍物的高度，m；h为计算时刻的太阳高度角；γ0为计算时刻太阳光线在水平面上的投影线与集热器表面法线在水平面上的投影线之间的夹角；f）宜将集热器在向阳坡屋面上顺坡架空设置或顺坡镶嵌设置。建筑坡屋面的坡度宜等于集热器接受阳光的最佳角度，即当地纬度±10°；g）低纬度地区设置在墙面、阳台栏板、女儿墙上的太阳能集热器应有一定的倾角，使集热器更有效地接受太阳照射；h）集热器连接成集热器组宜采用并联方式；采用串联连接时，串联的集热器个数不宜超过3个。集热器组之间宜采用并联方式连接，各集热器组包含的集热器数量应该相同，每组集热器的数量不宜超过10个；i）太阳能集热器类型及面积的确定。(a)太阳能集热器的类型应与使用当地的太阳能资源、气候条件相适应，在保证太阳能供暖系统全年安全、稳定运行的前提下，选择性能价格比最优的集热器；(b)直接系统集热器总面积用式(3)计算：式中：AC为直接系统集热器总面积，m2；Q为建筑物的耗热量指标，W/m2；A0为建筑面积，按各层外墙外包线围成面积的总和计算，m2；JT为当地集热器采光面上的采暖期平均日太阳辐照量kJ/m2•日；f为太阳能保证率，%，按表1选取；ηcd为基于总面积的集热器集热效率，%，由测试所得的效率曲线方程，根据归一化温差计算得出；ηL为管路及贮热装置热损失率，%。Q按式(4)计算：Q=QHT+QIHF+QIH，(4)式中：Q为建筑物的耗热量指标，W/m2；QHT为单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量，W/m2；QIHF为单位建筑面积的空气渗透耗热量，W/m2；QIH为单位建筑面积的建筑物内部得热，住宅建筑取3.8W/m2。(c)间接系统太阳能集热器总面积AIN按式(5)计算：AIN=AC•（1+UL+ACUhx+Ahx），(5)式中：AIN为间接系统集热器总面积，m2；AC为直接系统集热器总面积，m2；UL为集热器总热损失系数，W/(m2•℃)，测试得出；Uhx为换热器传热系数，W/(m2•℃)；Ahx为间接系统换热器换热面积，m2；j）太阳能集热系统的设计流量确定。(a)太阳能集热系统的设计流量GS分别用式(6)和(7)计算：GS=3.6•g•AC，(6)GS=3.6•g•AIN，(7)式中：GS为太阳能集热系统的设计流量m3/h；g为太阳能集热器的单位面积流量L/(h•m2)；AC为直接式太阳能集热系统中的太阳能集热器总面积，m2；AIN为间接式太阳能集热系统中的太阳能集热器总面积，m2：（b）太阳能集热器的单位面积流量g与太阳能集热器的特性有关，宜根据太阳能集热器生产企业给出的数值确定。在没有企业提供相关技术参数的情况下，根据不同的系统，宜按表2中给出的范围取值。(c)宜采用自动控制变流量太阳能集热系统，设太阳辐照感应传感器(如光伏电池板等)，根据太阳辐照条件控制变频泵改变系统流量，实现优化运行。

2太阳能供暖系统的蓄热方式选取原则

a）应根据太阳能集热系统形式、系统性能、系统投资，供暖负荷和太阳能保证率进行技术经济分析，选取适宜的蓄热分系统；b）贮热水箱蓄热适用于液体工质集热器短期蓄热太阳能供暖系统[3]；c）地下水池蓄热适用于液体工质集热器季节蓄热太阳能供暖系统；畜热量大、施工简便、初投资低，是性能价格比最优的季节蓄热系统；d）土壤埋管蓄热适用于液体工质集热器季节蓄热太阳能供暖系统，蓄热量大、施工简便、初投资蓄热量大，但施工较复杂，初投资高；e）卵石堆蓄热适用于空气集热器短期蓄热太阳能供暖系统；f）相变材料蓄热同时适用于空气集热器和液体工质集热器短期蓄热太阳能供暖系统；g）贮热水箱容积配置。各类太阳能供热系统对应每平方米太阳能集热器采光面积的贮热水箱容积范围宜按表3选取，根据设计蓄热时间周期和蓄热量等参数计算确定；

3太阳能供暖系统的辅助热源设计原则

a）太阳能供暖系统应设辅助热源及其加热/换热设备、设施，辅助热源可因地制宜选择城市热网、电、燃气、燃油、工业余热和生物质燃料等，加热/换热设备、设施有各类锅炉、换热器和热泵等；b）辅助热源的供热量宜按现行国家标准GB50011－2003采暖通风与空气调节设计规范规定的采暖热负荷计算；在标准规定可不设置集中采暖的地区或建筑，可根据当地的实际情况，适当降低辅助热源的供热量标准；c）辅助热源加热、换热设备应根据当地可用的热源种类、价格、供水水质、供暖系统型式、对环境的影响、使用的方便性等因素，通过技术、经济分析合理选用；宜重视废热、余热利用；d）辅助热源及其加热设施应在保证太阳能集热系统充分工作的条件下辅助运行。辅助热源设施宜靠近贮热水箱(罐)设置，并应便于操作、维护；e）大型、集中式太阳能供暖系统的辅助热源设备配置宜不少于2台；1台检修时，其他各台加热设备的总供热能力不小于50％的系统负荷。小型户式太阳能供暖系统可配置1台辅助热源设备；采用快速式燃气水加热器时，应注意该加热器的允许进水温度。

蓄热范文篇9

关键词：热电冷联供经济性影响因素

一．引言

近几年来，国内一些城市开始酝酿建设热电冷联供系统，即在原有热电联产系统基础上增设吸收式制冷机装置，利用供热汽轮机组的抽汽或背压排汽制冷，使得整个系统不但可以发电和供热，还可在夏季向用户提供空调用冷。由于热电冷联供系统规模和投资大，系统复杂，运行期间能源消耗多，因而对热电冷联供系统的经济性进行全面深入地分析和研究是非常必要的。本文从国家或一个地区的角度，分析和探讨影响热电冷系统经济性的主要技术因素。

二．影响热电冷联供系统经济性的技术因素分析

关于热电联产经济性的研究目前已很成熟，故本文仅讨论在热电联产基础上加入制冷系统后影响热电冷系统经济性的有关技术因素。以下就系统的几个组成部分，即热电厂、热力输送系统和制冷站，以及冷负荷特性、蓄能装置等几方面对各主要技术因素加以分析。

1．热电厂包括热电厂机组的型式、容量、初蒸汽参数、抽汽或背压排汽参数等。

1)机组型式机组型式对系统初投资和运行费的影响很大。燃煤热电厂主要包括背压机或抽凝机两种型式。由于背压机组初投资低，能量转换效率高，因而对于新建热电厂来讲，背压机组经济性显然好于抽凝机组。

再看一下在原有热电厂基础上扩建的热电冷系统。假设空调负荷峰谷变化与电力负荷一致。从整体角度看，背压机组由于制冷负荷的加入而增加了背压排汽量，进而增加了空调峰期的发电容量。这会减少电网相应容量的电厂初投资，从而使整体系统的投资大幅度降。而抽凝机组在电力高峰期一般会满功率发电，故在增加制冷用热负荷后不会减少电网投资。因此，就初投资而言，背压机组经济性更具优势。在运行费方面，抽凝机组所具有的经济性则好于背压机组，因为抽凝机组由于供冷而增加的抽汽发电代替了效率低的本机组纯凝汽发电，而背压机组则是代替了效率相对较高的电网机组发电量。由于背压机组初投资减少对经济性的影响大于运行费方面的劣势，使得由背压汽轮机组成的热电冷系统经济性好于抽凝汽轮机组成的系统[1]。顺便指出，冷负荷一天之中变化幅度较大，这给热电厂的运行调节带来困难。由于锅炉负荷调节范围和惯性的限制，背压机组如何满足冷负荷的变化是一个殛待解决的问题。抽凝机组因抽汽调节较为灵活而使该问题不那么突出。

随着人们现代文明和环境保护意识的不断增强，以油、气等相对清洁的燃料代替污染严重的煤而作为城市使用的主要一次能源以成为必然趋势，其中包括燃气轮机、内燃机等型式的热电厂在城市供热方面的应用。这种热电联产装置在西方国家使用较为普遍。其特点是热电比小，发电效率高，单位容量投资少。如果燃料价格较为合理，以这种热电厂为热源的热电冷联供系统有较好的经济性。

2)机组容量主要指系统热化系数的合理选取。空调负荷变化幅度大，可选取适当容量的锅炉蒸汽在负荷高峰期作为式制冷机的热源，进而减小供热机组的容量。这样，不仅可降低系统的初投资，而且还可提高系统运行效率，使热电厂运行工况更加稳定。

3)热电厂初蒸汽参数初蒸汽参数越高，系统的发电效率越高，热电比越小，会使热电冷的经济性越好。当热电冷系统系统和所代替的发电机组所用燃料的价格在正常波动范围内时，热电冷系统年运行成本是随着热电比的降低而减小的。因此，热电冷系统应优先选用高参数的热电厂为热源。

4)热电厂抽汽或背压排汽参数的降低，会使系统的发电效率增加，热电比减小，有利于提高热电冷系统的经济性。对于吸收式制冷机而言，抽汽或背压排汽参数在一定范围内变化对其热力系数影响不大，但对冷机的出力有较大影响。当蒸汽压力每降低0.1MPa时，蒸汽型双效机制冷量减少9%-11%[2]。这表明，当蒸汽压力降低时，为保证制冷量要选择内部传热面积更大的制冷机，从而增加了制冷站的初投资。因此，热电厂抽汽或背压排汽参数对于不同的具体系统应有其最优值。

2．热力输送系统包括供热管网和供冷管网，影响因素主要有输送介质种类及其热力参数、输送系统运行方式等。

1)输送介质种类由于技术条件的限制，供冷管网的输送介质只能采用冷水。但该介质输送冷量的能力小，管网初投资及输送电耗巨大。近年来国外正在研制以冰浆或在冷水中加入相变材料作为输冷介质，可使管网输送冷量的能力大大提高，较大幅度地降低管网初投资，但这种输送技术目前仍处于试验阶段[3]。

输热介质主要指蒸汽或热水。当以蒸汽作为作为热网的输送介质时，供冷系统可采用热力系数高的双效制冷机。同时，蒸气在输送中电耗低，不需要设置热力首站换热设备及泵等。但是，蒸汽在较远距离的热网输送中，压力损失大，导致供热机组抽汽或背压排汽压力较高，热电厂热电比大，且热网的热效率较低。这会对系统的经济性产生不利影响。以热水作为热网的输送介质，可使供热机组抽汽或背压排汽压力较低。同时，热网热效率较高。但是，由于管道成本的限制，通常采用直埋管道的热水网供水温度大都在120℃以下，供冷系统只能采用热力系数低的单效机。这会大幅度地增加供冷系统的初投资以及整个系统的运行费。另外，热水网还有输送耗电大等缺点。

2)输送介质热力参数对于蒸汽网而言是指蒸汽压力，亦即指汽轮机抽汽或背压排汽压力，上文对此已作分析。

对于热水网而言，输送介质的热力参数主要是指热网供回水温度，该参数对输送系统仍至整个热电冷系统的影响都很大。供水温度选择的小,热电厂供热机组抽汽或排汽压力可以降低。但热水温度低会使制冷机制冷效率降低，制冷设备的投资及耗电量高。供回水温差增大,无疑会节省热网初投资及输送能耗。但这会导致制冷系数降低，制冷设备初投资增加。因此，从系统的经济性看，热网供回水温度应有最佳选择。

3)输送系统运行方式为保证制冷机的出力及运行效率，不希望降低热网供水温度，热网的运行基本上依靠量调节完成。由于用户热负荷变化频繁，导致热网水的循环流量在很大范围内变化，且大部分时间在低负荷下运行，常规热网运行方式将使主循环泵的电耗很大。因此，输送系统的运行方式对于热网的低能耗和安全运行有重要作用[4][5]。

3．制冷站包括供冷站位置与规模，吸收式制冷机型式、容量和运行方式等。

1)制冷站位置与规模由于冷水管道的供回水温差通常在10℃以内，供冷管道输送能量的能力远小于供热管道，相同距离下供热管道的投资要小于供冷管道。从这一点看，制冷站应尽量靠近用户。但用户负荷在地理上是分散的，位置靠近用户会使单个制冷站规模变小，数量增多，导致制冷设备容量增加，整个系统的制冷站占用空间增大，而且用户附近的制冷站建筑造价往往更加昂贵。因此，位置靠近用户又会使热电冷系统制冷站的投资增大。合理选取制冷站位置与规模是一个较复杂的问题，应从整体供冷系统考虑，全面加以优化。

2)吸收式制冷机的型式、容量和运行方式制冷机的型式主要指单效或双效。毫无疑问，在条件允许的情况下应尽量使用双效机。由于空调负荷变化幅度大，制冷站内单台制冷机容量的选择，制冷机的运行方式，包括各制冷机之间的负荷分配、启停顺序等，都会影响系统的经济性。

4．供冷负荷特性包括负荷因子、负荷密度、用户负荷性质、年最大供冷负荷小时数等。

1)负荷因子指平均负荷与最大负荷之比。负荷因子越小，则设备利用率越低，单位制冷容量的供冷系统初投资越大。与采暖负荷相比，空调日负荷因子要小得多，这会使系统的容量无法得到充分利用。同时，也会给设备的运行效率和调节手段带来不利。解决问题的有效办法包括合理选取系统热化系数和适当设立蓄能装置。

2)负荷密度指单位社区面积所拥有的冷负荷量。负荷密度大，则输送系统单位负荷投资小，有利于区域供冷的经济性。当负荷密度过小，采用区域冷热联供的单位负荷初投资过大，就会被分散的供冷方式取代。

3)用户负荷性质由于建筑物使用功能不同，用户负荷性质，即用户之间最大空调负荷出现的时刻，会有所不同。这将使区域供冷系统与用户独立设置空调系统相比，设备容量减小。工程上采用系统供冷负荷峰值与各用户最大冷负荷之和的比值，即负荷同时使用系数以体现这一减小量。各用户负荷性质将直接影响制冷站的规模和分布，进而影响热电冷系统的经济性。

4)年最大供冷负荷小时数年最大供冷负荷小时数主要取决于当地的气候条件和用户负荷性质。年最大供冷负荷小时数越大，越有利于运行费低的供冷系统发展。1|2

5．蓄能装置

当负荷因子较小时，增设蓄能装置可以大幅度减小系统容量，提高系统运行效率和安全稳定性。对于在已有热电厂基础上扩建的热电冷系统，设置蓄能设备还可提高系统的供冷能力。蓄能装置对系统经济性的影响主要取决于该装置的形式、位置和性能等。

1)蓄能装置形式如图1所示，对于热电冷系统，蓄能装置有蓄热和蓄冷两种形式。

蓄热按蓄存介质的不同有直接蓄存和间接蓄存。间接蓄存采用某种中间介质作为蓄存介质来蓄热。这种蓄热方式的蓄热温度较高，如岩和油组成的蓄存介质蓄热温度达304℃，而用一种熔化的硝酸盐作为蓄热介质蓄热温度可达566℃[6]，但间接储存方式的投资大，而采暖空调所用热量温度相对较低，故不宜采取这种蓄热方式。

直接蓄热可将待蓄存的热水或蒸汽直接储存在蓄热容器内。直接蓄热又可分为无压蓄热和有压蓄热。无压蓄热方式最高蓄热温度可达95℃，且投资低。有压蓄热方式是将蒸汽或高温热水直接存蓄在球状或圆柱形压力容器内，蓄热温度最高可达200℃，适宜于向双效吸收式制冷机供热。但有压蓄热方式投资大，相当于无压方式的2至5倍[7]。

蓄冷装置主要有水蓄冷和冰蓄冷两种方式。冰蓄冷装置具有蓄冷量大，结构紧凑等优点。但如果供冷系统采用的是溴化锂吸收式制冷机，其最低制冷温度只能达到5℃，无法使用冰蓄冷装置。

空调用水蓄冷是将冷水直接蓄存于蓄冷容器的显热蓄冷方式。主要有分层式蓄冷和隔膜法蓄冷等型式。水蓄冷温度一般为5℃至7℃，可用于蓄存溴化锂吸收式制冷机所制取的冷量。但由于以显热蓄冷，蓄冷温度差小(约10℃左右)，因而蓄冷空间较大。

2)蓄能装置位置蓄能设备的位置对供能系统的经济性有较大影响。在热电冷联供系统中，夏季供冷时蓄能设备可安置在热电厂中作为蓄热器，也可安置在冷暖房中作蓄冷器，也可将蓄冷设置在用户处。蓄能装置的设立，可使热源至蓄能装置之间的系统容量降低和运行效率提高，而蓄能装置至用户之间的系统则无改观。从这一点讲，应尽量将蓄能装置的位置靠近用户侧。但这样又使蓄能装置因过于分散而加大了投资。

3）蓄能装置性能包括装置容量、蓄能功率、泄能功率和蓄能热效率等因素。蓄能装置容量增大有利于蓄能效果的提高，但会增大蓄能的投资。蓄能容量的大小取决于热电冷系统的构成和负荷特性，需经优化计算确定。蓄能、泄能功率则主要与蓄能容量和负荷变化频率等因素有关。

从宏观的角度看，热电冷系统的经济性还与电力系统有关参数密切相连，主要指所代替的电网其它发电机组初投资和发电效率。所代替的发电机组初投资越大、发电效率越低，则热电冷系统的经济性越好。除技术因素外，一些政策性和市场因素也对热电冷系统经济性有较大影响，例如热电冷系统和代替发电机组所用的燃料价格等。热电冷系统所用燃料的价格越低，代替发电机组所用燃料的价格越高，与压缩式制冷形式的经济性相比，热电冷联供系统越有利。由于篇幅所限，不再详述。

三．结束语

热电冷联供系统庞大，影响经济性的因素众多。目前国内对热电冷系统的认识和研究还处于初级阶段。本文仅对一些影响系统经济性的主要技术参数做了定性分析，对该问题更深入认识还需作进一步的定量研究。

参考文献

1．付林江亿热电冷系统三联供系统的经济性分析（待发）

2．戴永庆溴化锂吸收式制冷技术及应用机械工业出版社

3．GoranMornhedInnovationsinDistrictHeatingandCooling1984-1994andTheirEconomicImpactASHRAETransaction1995

4．付林江亿承担冷负荷的热水网水力工况模拟计算及其应用热能动力工程1999.4

5．江亿冷热联供热水网的用户回水加压泵方案区域供热1996.2

6．G.培克曼等著蓄热技术及其应用机械工业出版社

7．S.HORIIetl.OptimalPlanningofGasTurbineCogenerationPlantsBasedonMixed-integerlinearLinearProgramming.IaternationalJournalofEnegyResearchVol.11.1987

AnalysisofEcononicFactorsImpactingonCombinedHeating，

CoolingandElectricitySystem

蓄热范文篇10

一般情况下化工生产均为流水线作业，并且整个生产流程无法可逆，在这种典型的机械化加工过程中显然会带来大量的能耗，同时这部分能耗也成为了化工生产成本当中的重要组成部分。正常情况下将化工生产能耗分为两大类，首先实际生产明显无法达到理论功的要求，这在很大程度上是受到了生产工艺本来的制约。另一方面在某些情况下由于生产期限所致，可能存在赶工或加速完成订单的情况，也就是说在实际生产过程中无法对推动力进行有效控制，或者说这部分能耗是客观存在的。其次是化工生产时由于人为操作不够规范或一些不合理的因素干扰使得工艺在原有基础上能耗更大，而对于这种能耗则可以通过改善工艺或改善管理进行调节，以此来降低损失。

2化工工艺当中节能设备分析

2.1热管换热器

热管换热器是化工工艺当中最为常见的节能设备，作为一种具备高导热性质的传热组件热管是基于在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来进行热量传递。由于上述特点使得热管具备了良好的等温性，并且冷热两侧的传热面积均可根据要求进行调节并能够实现远端传热，另外可对其进行温度控制。由于受到材质所限使得热管的耐高温性以及抗氧化能力均不够理想，为了弥补上述缺点可加入陶瓷换热器来进行完善。从经济角度来看热管的性价比较好，经济效益较高，安全性及稳定性都较为理想。在长期使用过程中热管换热器可能会出现堵灰问题，可预先对受热面积进行调节来预防此类情况出现。若生产过程中出现腐蚀性气体时，一般可对管壁温度进行调整，同时调节蒸发段与冷凝段接触面积来尽可能控制腐蚀情况。

2.2蓄热器

蓄热器多见于工业锅炉当中，它在供气系统当中可将多余热量储存起来即收集了一部分能量，当工业生产有所需求时则将这部分能量释放出来，从而达到能源循环的效果。在锅炉实际工作时会存在气量产生大幅波动的情况，这就会使得锅炉内部的气压受到影响，甚至还会带来水位浮动，在这种情况下会给锅炉操作带来较大的阻碍，同时会使得燃烧效率在一定程度上有所下降。针对于以上情况采取蓄热器便能够让锅炉获得稳定，对其负荷进行改善从而给予锅炉更好的运行条件，让锅炉可以保持相对较高的使用效率。从类型上来看蓄热器一般分为两种，一种是定压式蓄热器，另外一种是变压式蓄热器，其中定压式蓄热器在应用过程中能够保持恒压状态，给水蓄热器即为最常见的代表之一。当用汽量低比锅炉蒸发量还要低时，那么多余的蒸汽将被用于加热给水，然后将给水转变为饱和水在蓄热器当中储存。然而在汽量不断上升的过程中，蓄热器可将饱和水送入锅炉，以此来加大锅炉的蒸发量。相对而言给水蓄热器更加实用与小型锅炉，大型锅炉温度较高，会使得蓄热器的蓄热能力有所下降。蒸汽蓄热器的压力则会受到热量影响，热量增减时它也会随之出现变化。在锅炉蒸发量较汽量更大时，多余的蒸汽将进入至蓄热器当中并对饱和水进行加热，而蒸汽本身也凝结与其中，此时蓄热器压力也会在一定范围内提升。而汽量高于锅炉蒸发量时，也就是说蓄热器会产生加压，饱和水沸点下降，从而出现沸腾态，同时蓄热器将向锅炉提供蒸汽让锅炉负荷可维持不变。在这个过程中有一组自动阀门可对气压进行控制，从而让蓄热器以及锅炉的压力维持在正常态，在大型工业系统当中蒸汽蓄热器较为常见。

2.3热泵

热泵技术作为一种新型能源技术近年来受到了广泛关注。它的主要功能是将低位热源导向于高位热源。它主要是从自然界当中取得热能，然后以电力进行做功从而将其转变为高品位热能供用户使用。通常采取COP性能指数对热泵性能进行评价。大多数热泵制冷系数处于3至4范围内，换句话说热泵可将自身能量需求的3至4倍热能从低温物体导向于高温。事实上热泵是一种能量提升装置，工作时自身需消耗一部分电能，但经过转变提取的能量是消耗电能的数倍，因此带来了巨大的效益。在最新的报道中称最新的热泵制冷系数可达到6至8，若该技术可得到普及将能够大大地促进能源使用。

3节能降耗技术在化工工艺中应用建议

3.1加强催化技术使用

在大多数化学反应当中都需要利用催化剂来提升反应活性，特别是在规模化生产中催化剂有着十分重要的作用。通过使用催化剂不仅仅可以提升化学反应效率，同时可以降低化学反应条件，使得反应在低温低压条件下也可正常进行，这就大大地降低了能耗。在部分高效催化剂的作用下可以降低反应当中的副产物含量也就让原材料的使用量得到了有效控制。

3.2加强工艺自动化控制

在实际生产过程中通过投入自动化设备来对工艺进行控制，来提升工艺生产的稳定性以及安全性。例如将PLC应用在实际化工工艺控制当中便可实现化工生产自动化。PLC（ProgrammableLogicController）即为可编程逻辑控制器，它实质上是储存器但具有可编程功能，同时可实现逻辑计算、顺序控制并且可借助输出、输入手段对各类型生产过程进行调节。PLC系统通过数据采集对相关工艺进行控制，数据采集即按照自动化控制系统模数对精度进行转换，同时可对数据周期进行自动化扫描从而得到模块采样速度，然后利用各种方式如图表、文字等对数据进行表达从而将实时信息展示在相关工作者面前。工艺顺序控制则是对可选功能组级进行独立性的开启或停止工作，同时可满足单项控制需求。一旦出现特殊情况产生程序故障时，PLC将会直接对信号进行中断并关闭或停止相关程序，让自动化控制可保持安全态工作。自动化生产无疑较人为操作精确性更高，并且避免了人为操作错误，由此来达到能耗控制的目的。

3.3控制生产动力损耗

在生产线上投入变频调速器并构建出有效的变速调节方案，以此对电机能源消耗进行控制。方案设定中要保证电机拖动系统可在输入过程中与输出过程中维持平衡态。相对而言化工生产装置的负荷率较低，因此采取节能变频技术可避免机器长时间处于工频运作状态，让电量得到有效控制。同时对于供热系统进行改良，在这个过程中可采取组合装置来实现系统优化，来提升冷热能源转化的效率，从而产生低热高勇的效果。对余热回收进行完善。在使用传统工艺生产的过程中大量余热会直接被浪费，事实上这部分余热涵盖了很大的能量，完全可以被再次回收、利用来进行生产。在部分高温反应当中便可采取特殊装置如蓄热器对余热进行回收利用以此来提升热效率同时控制生产成本。

3.4合理利用阻垢剂

在部分设备如锅炉等使用一段时间后，设备内部必然会出现结垢或锈蚀，这显然会对设备的传热带来影响，降低设备的换热效果，采取阻垢剂能够将这些结垢或锈蚀出去从而保证设备的换热系数处于正常状态当中，这不仅仅可以控制能耗同时也提升了设备的使用安全性。

3.5加入新工艺促进生产效率提升

化工生产效率的提升必然与新工艺的加入有着明显关系，化工企业在资金、条件、规模允许的情况下应当引进国内外先进工艺以及节能型设备，以此来将降低能耗，控制成本。对一些基础技术如结晶技术、蒸馏技术等进行优化，从而让整个生产流程整体上更加合理化，进一步控制消耗。

4对化工工艺生产管理进行完善

节能降耗技术的有效实施不仅仅需要设备支持，同时还需要管理工作相互配合。由于化工生产涉及面及规模较大，因此整个流程较为复杂，在一定程度上能源损耗也取决于环境因素以及管理因素等。因此在实际管理过程中需要对节能损耗给予充分重视，加强生产监督，并落实执行生产制度的执行力，对违规行为进行严惩。对于生产操作进行规范，同时对生产设备使用投入进行合理化组织，预防出现过负荷生产。在上述基础上加强设备维护工作，让设备维持正常状态投入到实际生产当中。

5结语