燃气锅炉排烟余热调节地源热泵系统冷热平衡应用探究

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1、燃气锅炉排烟余热调节地源热泵系统冷热平衡应用探究摘要：通过利用燃气锅炉使用时的排烟废热为地源热泵系统的室外换热系统提供补充热源，两个系统形成良好的互补，既解决了我国北方地区应用地源热泵长期运行的地下冷热量平衡的难题，又降低了燃气锅炉的排烟温度，减少了污染物排放。文章介绍了利用燃气锅炉排烟余热解决地源热泵系统地下冷热量平衡的方法及控制方式，并对实际应用效果进行了分析。关键词：地源热泵；燃气锅炉；排烟余热；冷热平衡中图分类号:Q938文献标识码：A文章编号:1009-2374(2013)32-0085-02地源热泵技术是目前

2、成熟的供暖制冷技术，已经在很多实际应用中得到了验证，可以冬天供热、夏天制冷，一机两用，并具有高效节能、对环境污染小、运行稳定可靠、维护费用低、运行费用低等诸多优点，是理想的建筑冷热源，特别是在我国北方地区，冬季寒冷漫长建筑能耗高，使用地源热泵作为建筑的冷热源会明显降低能耗、减少污染物排放。但是因为北方冬季的热负荷远大于夏季的冷负荷，单一应用地埋管系统而没有调节地下冷热平衡的措施，冬季取热、夏季排热，由于其负荷差很大、冷热不平衡，长期运行将会造成地温持续下降，在地埋管区域形成“冷岛”，最终将导致地源热泵系统效率降低甚至不能

3、运行。使用太阳能集热板、余废热等为冬冷夏凉地区地源热泵系统提供补充热能是调节室外换热系统冷热平衡的有效办法。本工程位于吉林省长春市，地源热泵系统总建筑面积26000m2,共有两栋建筑，一栋为工厂综合办公楼，一栋为工厂生产辅助用房。经业主与设计院反复论证和实际项目考察，建筑的冷热源采用土壤源热泵系统，利用为工厂生产提供蒸汽的燃气锅炉的排烟废热作为地源热泵室外换热系统的补充热源。1主要设计参数及热参数换算1.1夏季室外设计计算参数表1干球温度日平均温度湿球温度极端温度大气压力30.4°C26.1°C24°C36.7°C967

4、80Pa1.2冬季室外设计计算参数表2采暖温度室外相对湿度干球温度极端温度大气压力-20.9°C77%-24.3°C-33.7°C99650Pa1.3夏季室内设计计算参数详见表3O1.4冬季室内设计计算参数详见表4。1.5冷热负荷详见表5o1.6燃气锅炉系统参数表6额定蒸发量额定蒸发量节能器进出口烟温循环水泵16t/h22t/h110°C/50°C扬程32m、流量35t/h1台2台3台1.7地源热泵系统冬季取热量的计算实际运行平均热负荷按计算热负荷40%,采暖天数170天，热泵机组COP值3.8。冬季取热量二(1860X

5、40%)X(1-1/3.8)X170X24X3600=8052116210kJ1.8地源热泵系统夏季放热量的计算实际运行平均冷负荷按计算冷负荷70%,制冷天数70天,每天制冷时间10h,热泵机组COP值5.5。夏季放热量二(1650X70%)X(1+1/5.5)X70X10X3600二3439800000LJ1.9地源热泵系统冷热不平衡量的计算冷热不平衡量=8052116210-3439800000=4612316210kJ1.10燃气锅炉系统余热量计算锅炉系统年均补水按23000t,平均进水温度15°C,平均出水温度4

6、5°C,锅炉年均消耗天然气3700000Nm3,天然气低位发热值32650kJ/Nm3,锅炉平均效率按92%,节能器热回收率80%0锅炉系统出加热补水外可提供给热泵系统的余热量=32650X(1-92%)3700000X80%-23000X1000X(45-15)X4.186=4843180000kJo1.11板式换热器换热面积计算按逆流换热进行计算，计算公式：F=Wq/(K・ZT)。换热量：Wq按锅炉锅炉节能器可提供的余热量取值，即热水箱水位处于高位，电动给水阀关闭且软水箱温度达到设定值，全部水流都流经地源热泵系统补

7、热板式换热器，锅炉最大天然气流量1500Nm3/hoWq=1500X32650X(1-92%)X80%X1000/3600=870666Wo进出口温度：热媒进出口温度50/20°C,冷媒进出口温度9/19°C进行计算，传热系数K值取4000W/m2°C；平均温差ZT：AT=1(50-19)+(20-9))/2=21°CO换热器的有效换热面积：F=Wq/(K•AT)=870666/4000•21=10.4m2o1.12过渡季节循环水泵选型计算流量Q二W/(T2-T1)其中：W为总热量(单位：kcal).T2为换热器出口温

8、度(单位：°C)、T1换热器进口温度(单位：°C)W=870666X3600/1000/4.186=748781kcalQ=W/(T2-T1)=748781/(19-9)/1000=75m3/h扬程：板式换热器压降取0.05MPa,管道不超100m且管件等较少阻力取0.IMPa,压头余量按0.IMPa,则水泵扬程=0