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如何计算热泵的节能效果

作者: 小编 编辑: 心日源 来源: 资料搜集 发布日期: 2022.08.30 点赞:1
信息摘要:
在我们实际的空调工程中,采用热泵节能的经济性评价问题十分复杂,而且影响的因素很多,其中主要有负荷特性,系统特性,地区气候特性,低温热源特性、…

一般来说,热泵比燃煤供热锅炉节能,但是同时增加设备投资费用。因此,必须对热泵的经济效益作出综合评价。以判断热泵在实际项目应用中是否省钱了,帮助业主在不同的方案比较重作出正确的选择。


额外投资回收年限法

这也是常用的技术经济比较方法。

采用热泵系统时候,设额外投资将增加ΔK,而每年带来的节约燃料等运行费用为ΔS,假设投资回收期 τ 不超过允许的投资回收期 τ0 ,

即:


式中: Krb、 K -------  热泵系统与锅炉供热系统的投资;

            S rb、 S ------ 热泵系统与相比较的锅炉供热系统的运行费(能源费及设备维修费)


如果暂时不考虑维修费的差别,则运行费的差别主要是能源费的差别。如果热泵所需的电能由火电站提供,其火电站所消耗的燃料与锅炉供热所消耗的燃料相同。则能源费的差别可按节约的燃料费用来计算。

即:

ΔS   = a * ΔB

式子 ΔB ------ 热泵系统每年节约的标准燃料量

        a  -------- 标准燃料单价


现设供热系统(热泵和锅炉)每年需向热用户提供热量 Q1(kj /a )

当由锅炉供热时,每年的标准煤耗量 B 为

B =  Q1 /  (7000 * 4.1868η1 *  η  )    (kg/a)

式中  η ----  供热锅炉效率

         η 2 ----  热网效率


压缩式热泵系统的标准煤耗量 Brb ,y  =  W  /  (7000 * 4.1868η 1  η 2 ) =  Q1 /  (7000*4.1868 η1   η 2  )    * (1/ εh  )     (kj /a )

每年节约的标准煤量为:

ΔB = B  -   Brb ,y  =  


式中    η  ----  凝汽式 电站的发电效率,取  η 1   =  0.25-0.35

           η 2   ----  输配电效率,可取   η 2   =  0.9


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能耗费用


所谓的能耗费用是指热泵或其他锅炉等加热同一热量时所需的燃料费用,又称动力费用或加热费用。下面把用热泵、煤、燃气、油等多种方式供暖时,在一小时里加热同一热量 Q = 41868kj 时所需的费用作一比较计算。


(1) 采用电动热泵,所需功率 W = Q / (860 *  ε )

εh = 3.5,则 W = 10000/(860*3.5) =  3.32kw 若工业与民用的电费单价分别为0.8 元/ kwh 及 0.6元 kwh,则上述电费为:

工业:3.32* 0.8 = 2.656元

民用: 3.32*0.6 = 1.992元


(2)采用煤,所需燃料量为

B = Q / (6700* η  ) 

    =  【 10000/ (6700*0.7)】= 2.13kg。

若煤价为350元/t(0.35元/kg),则费用为2.13*0.35元 = 0.75元。


(3)采用燃气。所需燃气(城市煤气)燃料用量为

B = Q/ (3500  *  η) = [  10000 / (3500 * 0.75 ) ] = 3.81 m³ 

若城市煤气单价为 1.0 m³  ,则费用为 3.81 * 1.0 元 = 3.81元


(4)采用轻油,所需油量为

B  = Q / (10800 *  η) = [ 10000/ (10800 * 0.8) ] = 1.16 KG

若油价为2.6元/kg,则费用为1.16 * 2.6元 = 3.02 元

由以上预算可知,上述各种供暖方式的能源费用,由高到低的顺序依次为:

 燃油费  >  轻油费  >  热泵电费   煤费 


那么,如何才能使热泵耗电费不高于锅炉耗煤费用呢?

从上述的计算过程,可以明显的看出:

一是提高热泵的制热性能系数和发电的总效率;

二是从能源价格,各个地方的能源价格不同,而且也会呈现出变化。

为了说明此问题,可作下述简单计算。


设在其他条件不变的情况下,当燃煤价格为Y (元/kg) , 热泵能源费用等于燃煤费用。即2.13 * Y = 2.656 元,则 Y =  1.247 元 /kg。 此时,煤 (元 / t )、电( 元 / kwh )价格比 ( 元 / t )、电 (元 /kwh )价格比 (元 / t  / kwh ) 为 1247 / 0.8 = 1558 。

若 2.13 * Y = 1.992.

则 Y = 0.935 元/ kg      此时,935 /0.6 = 1558 

由上述简单计算说明,在本技术条件 (如  εh = 3.5、 η g =  0.7)下,煤电价格比应该大于1558,热泵供暖才能比燃煤锅炉“省钱” 。

但是目前我国该价格比约为500左右,而美国则高达4000,原苏联为 2000。即这些国家应用热泵在节能能源耗费方面更为显著。

当然,热泵供暖气会比燃气(燃油)锅炉“省钱”。


为方便计算和比较,下图给出了以不同热泵  εh  、 煤价、燃气价 、 电价 、 燃烧效率 等 按以上计算所作出的动力费用线算图,以推断各种供热方式的经济性。

早在多年前,瑞典学者劳伦教授就指出,某一地区适宜采用热泵、电热、或者是锅炉供暖的方式,不仅取决于电价 X 与 燃料 Y 之比,还和供暖期的长短有关。


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上图表现出了他们之间的关系。

图中,纵坐标是电价与燃料价之比 m = X / Y ,横坐标是供暖日数占全年天数的比例 τ,该图是热泵制热系数 ε 为定值时候做出的。图中E区表示电气供暖范围,当电价低(m值小)和 τ 值小时可采用。


B 去适合锅炉供暖,主要适用于电价比燃料价高和供暖时间长的地方。热泵(HP)区则对于 m 值中等,供暖季节长的地方总是合适的。


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三种供暖方式与电价/燃料价、供暖期的关系


对不同地点和不同类型的热泵,其图中O点位置以及曲线形态各不相同。












     


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