熱源與能源管理

供熱技術(shù)系列講座之八:熱源與能源管理主講：清華大學(xué)教授石兆玉6.熱源與能源管理6.1熱電聯(lián)產(chǎn)供熱的伏越性----低品位能源的合理利用在節(jié)能技術(shù)的研究中，為了說(shuō)明節(jié)能效益，常常同時(shí)從能量的質(zhì)量和數(shù)量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行分析。能量數(shù)量，一般是在同一單位（為焦耳、大卡等）下，由數(shù)量大小判斷。能量質(zhì)量，則是比較能量作為能力的大小來(lái)說(shuō)明。這里所說(shuō)作功能力，是指能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械能的大小。通常機(jī)械能包括動(dòng)能、勢(shì)能、推動(dòng)能、膨脹能等。電能多數(shù)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換而成。就能量而言，主要有化學(xué)能、機(jī)械能和勢(shì)能。我們行業(yè)研究的供熱空調(diào)制冷，主要研究熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。所謂勢(shì)能的質(zhì)量、品位高低，就是指熱能轉(zhuǎn)換的機(jī)械能的能力大小。衡量熱能質(zhì)量或品位高低，在熱力學(xué)中通常用?的參數(shù)衡量，有時(shí)也稱為能質(zhì)系數(shù)。h0、s0、T0，分別為環(huán)境狀態(tài)下的焓、熵和絕對(duì)溫度。在一般情況下，常常把0℃,20℃作為環(huán)境狀態(tài)，此時(shí)環(huán)境狀態(tài)的絕對(duì)溫度分別為=273.16K,或=20+273.16K。從公式看出，工質(zhì)具有的熱能不能完全轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（由表示，而必須有的T0-(s-s0)能量損失。我們研究能量轉(zhuǎn)換，最主要的目的就是盡量減少轉(zhuǎn)換過程的能量損失。在供熱系統(tǒng)的研究中，常常碰到鍋爐、換熱站等傳熱設(shè)備。在這些設(shè)備的傳熱過程中，由于有能量損失，所以在傳熱過程中，做功能力都有下降。也就是說(shuō)，在傳熱過程中，熱量的質(zhì)量、品位或值都會(huì)降低。在這些換熱設(shè)備早，公式1）從發(fā)電效率上分析，?分析法（即能量質(zhì)量）與熱量分析法（數(shù)量）是一樣的。對(duì)于小機(jī)組（發(fā)電容量為6，12,25mw）發(fā)電效率在23%與26%之間；對(duì)于大機(jī)組（發(fā)電容量為300mw，600mw）發(fā)電效率為34.5%。發(fā)電效率指做功能力，兩種分析方法本質(zhì)是相同的。2）在發(fā)電工藝中，無(wú)論汽輪機(jī)不可逆損失，還是管道、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的機(jī)械損失，熱量分析法（數(shù)量）、?（質(zhì)量）分析法，其值相差不大。主要是鍋爐（熱源）、泠凝器（冷源）的數(shù)值差別很大。對(duì)于?值分析，最大的損失在鍋爐（熱源），一般在50-60%。因?yàn)樵阱仩t中，燃料的理論燃近1500℃,過大的溫差導(dǎo)致做功能力的過大損失。而冷凝器（冷源）熱量損失很大，占45-50%，但品位低（溫度一般為36℃左右?值損失只占2.5-5.0%左右。因此，提高?值效率的途徑在熱源鍋爐。3）冷凝器一端，提高?效率的潛力有限，但熱量數(shù)量的浪費(fèi)龐大，而供熱行業(yè)正是吸納低品位熱量的極大領(lǐng)地。6.2供熱系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的參數(shù)配置這里主要討論熱用戶（即散熱器）供水溫度如何確定的問題，當(dāng)然連帶的會(huì)涉及到熱源的供水溫度的確定問題。我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范一直延用蘇聯(lián)時(shí)代的設(shè)計(jì)值，熱用戶供回水溫度并用。最近，最新一次變動(dòng)，改為75/50℃。供回水設(shè)計(jì)溫度一次一次的下降，概括起來(lái)，大體上有這樣幾個(gè)原因：1）建筑外墻保溫的設(shè)置，維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能的改善，導(dǎo)致供熱負(fù)荷的減少，適當(dāng)降低供回水設(shè)計(jì)溫度是應(yīng)該的，2）設(shè)計(jì)供回水溫度與運(yùn)行供回水溫度的不符。由于這一原因，降低供回水設(shè)計(jì)溫度是錯(cuò)誤的。作者曾多次指出，這種設(shè)設(shè)計(jì)值與運(yùn)行值的不符，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)的失誤與運(yùn)行的失誤引起的。改正的應(yīng)該是提高設(shè)計(jì)運(yùn)行水平，而不是相反。如果錯(cuò)誤的采取降低設(shè)計(jì)供回水溫度，設(shè)計(jì)運(yùn)行中的失誤依然如故，其結(jié)果必然惡性循環(huán)。3)我國(guó)鋼產(chǎn)過剩，適當(dāng)增加散熱器數(shù)量無(wú)礙大局。這是無(wú)稽之談。任何時(shí)候，適當(dāng)減少金屬耗量，總是應(yīng)該追求的一個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，不能忘記，減少金屬耗量是節(jié)能的一個(gè)重要4)可以降低管網(wǎng)熱損失。這是歐洲采用低溫供熱的重要原因。可是我國(guó)的國(guó)情與歐洲的國(guó)情有很大不同。歐洲的建筑密度小，單位供暖面積的管網(wǎng)敷設(shè)率低，為了減少管網(wǎng)熱損失，采用低溫供熱是符合他們的國(guó)情的。而我國(guó)建筑密度高，單位供暖面積的管網(wǎng)敷設(shè)率也高。在這種情況下，降低供水溫度，帶來(lái)的弊端可能更大。5)是提高?效率的重要途徑。這一點(diǎn)，又陷入了一個(gè)誤區(qū)，下面就這一問題，談一些不成熟的看法。表6.2、表6.3給出了供熱系統(tǒng)有關(guān)工藝環(huán)節(jié)溫度參數(shù)的?值以及換熱過程的?效率。誠(chéng)然，能夠看出：當(dāng)熱用戶供回水溫度為65/50℃（散熱器）和50/40℃（地板輻射采暖）時(shí)，與室內(nèi)溫度18℃的換熱?效率分別為35.6%和44%，優(yōu)于95/70℃的?效率26.7%和85/60℃的?效率29.5%。但判斷能量利用是否合理，光看熱用戶末端是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如果從供熱全系統(tǒng)即熱用戶、熱力站和熱源全面考察，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：最大的?損失是在熱源，當(dāng)熱源的供回水溫度為130/70℃時(shí)，?效率只有26.7%，也就是說(shuō)，此時(shí)?值損失了70%以上。如果為了提高熱用戶處的?效率，一味降低熱力站，熱源處的供回水溫度，則在熱源處的?損失會(huì)更低（當(dāng)熱源處供回水溫度為85/60℃,?值損失近80%），顯然是不合理的。再?gòu)慕^對(duì)的?值觀察，當(dāng)室內(nèi)溫度為18℃,其?值為0.062，能量品位是很低的。從能量品位的合理利用分析，采用低品位的能源供熱是最合理的，上節(jié)討論的熱電聯(lián)產(chǎn)供熱就是一例。反之，對(duì)于區(qū)域鍋爐房，燃料燃燒后（如煤、天然氣）直接供熱，是最不合理的。但目前完全排斥區(qū)域鍋爐房供熱，也不現(xiàn)實(shí)。合理的做法，是盡量提高熱源供回水溫差。這樣做，雖然整個(gè)供熱系統(tǒng)的?效率并未提高，但帶來(lái)的好處是減少了系統(tǒng)循環(huán)流量，降低了管網(wǎng)造價(jià)，這從另一方面得到了一定彌補(bǔ)，總比片面降低供水溫度要全面的多。6）吸收式熱泵供熱的需要。此內(nèi)容下節(jié)詳述。6.3熱泵在余熱利用中的應(yīng)用熱量從低溫向高溫傳遞的機(jī)械設(shè)備稱為熱泵。余熱有相當(dāng)數(shù)量的品位是比較低的。為了實(shí)現(xiàn)低品位余熱供熱，熱泵技術(shù)常常是不可或缺的。6.3.1電熱泵供熱為了節(jié)能減排，應(yīng)用熱泵，特別是水源熱泵、地源熱泵進(jìn)行供熱，目前正被廣泛應(yīng)用。然而，并不是任何地區(qū)、任何條件下，熱泵供熱都是節(jié)能的。本文就電熱泵的應(yīng)用條件、水電熱泵供熱的優(yōu)勢(shì)，談一些粗淺的看法，以期引起業(yè)內(nèi)同行的討論，使熱泵這一節(jié)能技術(shù)，在供熱行業(yè)得到合理應(yīng)用。（1）熱泵的理論能效根據(jù)《工程熱力學(xué)》的基本原理，熱量由低溫?zé)嵩磦髦粮邷責(zé)嵩?，所用的機(jī)械稱為熱泵。熱泵和制冷機(jī)（從低溫?zé)嵩次崃颗畔蚋邷責(zé)嵩吹臋C(jī)械稱為制冷機(jī)），都是按照卡諾逆循環(huán)進(jìn)行的。卡諾逆循環(huán)是熱泵和制冷機(jī)的理想循環(huán)。若設(shè)蒸發(fā)溫度t0（低溫?zé)嵩矗?、冷凝溫度tk（高溫?zé)嵩矗?，則熱泵和制冷機(jī)的理論能效比即卡諾逆循環(huán)的制熱、制冷系數(shù)εc、copc分別為：在滿足供熱供冷的基本條件下，表1給出了不同的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度時(shí)的理論制熱系數(shù)和制冷系數(shù)（即能效比）。表6.3熱泵機(jī)組理論能效系數(shù)從表6.3看出：蒸發(fā)溫度愈高、冷凝溫度愈低，制熱能效系數(shù)和制冷能效系數(shù)愈高，反之亦然；在同一蒸發(fā)溫度、冷凝溫度下，制熱能效系數(shù)高于制冷能效系數(shù)?？ㄖZ逆循環(huán)的熱泵機(jī)組理論能效系數(shù)，是最高值的能效系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)的卡諾逆循環(huán)由兩個(gè)定溫循環(huán)和兩個(gè)絕熱循環(huán)組成，而且該循環(huán)是可逆的。這是熱力學(xué)第二定律告訴我們的：任何由低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鬟f熱量，都不能自發(fā)進(jìn)行，而必須由外界對(duì)其做功，才能完成。任何實(shí)際的熱泵機(jī)組，都不能達(dá)到上述的理論循環(huán)，其外界輸入的功都比理論值大，其能效系數(shù)都比理論值小。因此，熱泵機(jī)組的理論能效系數(shù)是最高標(biāo)尺，是熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)、運(yùn)行的唯一理想目標(biāo)。（2）電熱泵的實(shí)際能效系數(shù)熱泵由電輸入做功，稱為電熱泵；由熱量輸入做功稱為熱熱泵。無(wú)論電熱泵還是熱熱泵，它們的實(shí)際循環(huán)都不是卡諾逆循環(huán)，因此熱泵的實(shí)際能效系數(shù)都比理論能效系數(shù)低。對(duì)于電熱泵,制冷劑的冷凝過程不是定壓定溫過程,而是定壓不等溫過程;制冷劑的壓縮過程,也不是絕熱過程;由于沒有理想的膨脹機(jī),制冷劑不能實(shí)現(xiàn)絕熱膨脹,只能靠節(jié)流膨脹代替;實(shí)際的蒸發(fā)器和冷凝器,都存在溫差傳熱,能量損失不可避免。特別是壓縮機(jī),除了不能實(shí)現(xiàn)理想的絕熱壓縮外,還有各種機(jī)械磨損,因此,壓縮機(jī)的總效率一般在65～75%之間。由于上述原因,實(shí)際市場(chǎng)上的熱泵產(chǎn)品,能效系數(shù)都比理論值低。為了促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,我國(guó)2004年發(fā)布了《冷水機(jī)組能效限定值及能源效率等級(jí)》GB19577-2004標(biāo)準(zhǔn),部分摘錄見表6.4。在該標(biāo)準(zhǔn)里,把熱泵能效高低分五個(gè)等級(jí)。表6.4熱泵機(jī)組能效等級(jí)等級(jí)1為努力目標(biāo),等級(jí)2代表節(jié)能型產(chǎn)品的門檻,等級(jí)3、4代表，我國(guó)目前的市場(chǎng)水平,等級(jí)5為淘汰產(chǎn)品。以舒適性空調(diào)為例,蒸發(fā)溫度在0-5℃之間,冷凝溫度約35℃左右。以等級(jí)3、4的能效系數(shù)與理論能效系數(shù)相比較,約相差35%-50%。（3）火電熱泵的應(yīng)用條件在我國(guó),大部分電熱泵都是用火電驅(qū)動(dòng)的,因此,研究電熱泵是否節(jié)能,必須考慮火電的特點(diǎn)。我國(guó)火電的平均發(fā)電效率約為30%,加上電網(wǎng)3%的線損,進(jìn)入熱泵機(jī)組的用電效率熱泵做為一個(gè)熱源(或冷源)系統(tǒng)(含熱泵機(jī)組、冷凍、冷卻系統(tǒng)),與燒煤的熱源(或冷源)相比較,其熱泵系統(tǒng)的能效系數(shù)只有大于3.7時(shí)才是節(jié)能的。一個(gè)完整的熱泵系統(tǒng),因包括熱泵機(jī)組、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和用戶末端裝置。這些分系統(tǒng),都有能量損耗,因此觀察熱泵系統(tǒng)的節(jié)能水平,只計(jì)算熱泵機(jī)組本身的能效系數(shù)是不夠的,必須計(jì)算整個(gè)熱泵系統(tǒng)的能效系數(shù)才有意義。根據(jù)《GB/T17981-2007空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》規(guī)定,熱泵系統(tǒng)能效比EERs可用下式計(jì)算:其中，冷凍水、冷卻水系統(tǒng)輸送系數(shù)指單位水泵電耗所能輸送的制冷量或制熱量。對(duì)于水源熱泵或土壤源熱泵，水的提取、回灌或循環(huán)所消耗的電能，都應(yīng)包括在WTFchw中。夏天供冷，冬天供熱，冷凍水系統(tǒng)與冷卻水系統(tǒng)是通過四通閥互換的。一般情況下，冷凍水系統(tǒng)輸送系數(shù)取35，冷卻水系統(tǒng)輸送系數(shù)取30。用戶末端裝置(空調(diào)系統(tǒng)供熱、供冷)，性能系數(shù)為8～12(前者為全空氣系統(tǒng)，后者為新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤在進(jìn)行電熱泵與燒煤熱源(冷源)比較時(shí)，只把電熱泵當(dāng)做熱源(或冷源)考慮，因此，在計(jì)算熱泵機(jī)組的能效比EERs時(shí)，只應(yīng)計(jì)算熱泵機(jī)組的能效比EERr和冷凍或冷卻水系統(tǒng)的WTFchw輸送系數(shù)值(只取一個(gè)35即可)。而用戶末端裝置和管網(wǎng)輸送系統(tǒng)(夏天為冷凍水系統(tǒng),冬天為冷卻水系統(tǒng))的性能系數(shù)和輸送系數(shù)不必計(jì)算。今取電熱泵的能效比EERr為4.1，冷凍水輸送系數(shù)35，按公式(3)可計(jì)算出電熱泵系統(tǒng)的能效比EERs值為3.7。這說(shuō)明電熱泵機(jī)組的能效比只有≥4.1時(shí)才是節(jié)能的。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定1、2等級(jí)的電熱泵產(chǎn)品為節(jié)能產(chǎn)品，是有道理的，因?yàn)榇藭r(shí)電熱泵的能效比都將大通過上述討論，可以更加準(zhǔn)確的指出:電熱泵供熱(供冷)的應(yīng)用，是有條件的，并不是任何地區(qū)、任何情況下都是節(jié)能的。表3給出了我國(guó)不同地區(qū)地表水和地下水的水溫分布情況[4]。表6.5冷水計(jì)算溫度從表6.5看出，對(duì)于遼寧地區(qū)，地下水溫度為6～10℃,若采用水源電熱泵供熱，其蒸發(fā)溫度為1～5℃,供熱的供水溫度以55℃(地板輻射采暖)、65℃(散熱器采暖)為宜，從表1可知，在上述參數(shù)下供熱熱泵的理論能效比在5.2～6.6之間，若考慮熱泵實(shí)際能效比只是理論能效比的0.35～0.65時(shí)，電熱泵的實(shí)際能效比只有2.6～4.3左右，多數(shù)情況小于4.1，因此，在東北地區(qū)采用電熱泵供熱是不節(jié)能的。在沈陽(yáng)地區(qū)，通過實(shí)地工程的實(shí)測(cè)，電熱泵供熱系統(tǒng)的能效比只有1～3，也證明上述分析是正確的。對(duì)于北京地區(qū)，采用水源電熱泵供熱，處于節(jié)能不節(jié)能的邊緣狀態(tài)，技術(shù)先進(jìn)可能節(jié)能；技術(shù)落后，完全有可能不節(jié)能。從表3可以分析，黃河以南地區(qū)，采用電熱泵供熱、供冷,一般是節(jié)能的。（4）水電熱泵供熱的優(yōu)勢(shì)用水電驅(qū)動(dòng)的熱泵稱為水電熱泵。水電與火電相比較，最大的優(yōu)勢(shì)是發(fā)電效率高，一般為80%左右。水力發(fā)電，主要依靠勢(shì)能(機(jī)械能的一種)轉(zhuǎn)化為電能。在水輪發(fā)電機(jī)中，最大的能量損失是機(jī)械磨損，不存在火力發(fā)電中的高溫傳熱損失、低溫冷卻損失以及工質(zhì)循環(huán)過程中的不可逆損失。由于水電的發(fā)電效率高，將給水電熱泵供熱帶來(lái)的最大優(yōu)勢(shì)是節(jié)能效益明顯。若以80%計(jì)算水力發(fā)電效率，則有1kwh水電相當(dāng)于1.25kwh熱能。根據(jù)公式6.5進(jìn)行計(jì)算，水電熱泵機(jī)組的能效比EERr只要大于1.3就是節(jié)能的?？紩?huì)得出結(jié)論：在我國(guó)任何地區(qū)，凡采用水電熱泵供熱都是節(jié)能的，因?yàn)闊o(wú)論在任何情況下，水電熱泵機(jī)組的能效比都遠(yuǎn)目前，對(duì)水力發(fā)電最大的爭(zhēng)論是對(duì)生態(tài)的影響。我國(guó)經(jīng)過三峽工程的實(shí)踐，對(duì)興建大壩已經(jīng)有了很多正反面的經(jīng)驗(yàn)，相信在未來(lái)的水力發(fā)電的工程建設(shè)中，一定會(huì)有更多的創(chuàng)新。目前，我國(guó)在不少的水力發(fā)電工程中，采用打隧道的辦法代替大壩興建，只要設(shè)計(jì)合理，完全可以將生態(tài)的影響減少到最小的程度。除生態(tài)影響外，還有冬季枯水季影響發(fā)電量的問題。這些，只要通過負(fù)荷的合理配套，都是不難解決的?？傊覈?guó)有豐富的水力資源，特別是西部地區(qū)，至今尚未充分開發(fā)。相信隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，大力發(fā)展水電資源的春天一定會(huì)到來(lái)。2）在我國(guó)西南地區(qū)應(yīng)用水電熱泵供熱的優(yōu)勢(shì)我國(guó)西南地區(qū)地處黃河以南，至今沒有成套的供暖設(shè)施。按照氣象條件考慮，該地區(qū)的設(shè)計(jì)室外供暖溫度應(yīng)該在-12～-6℃之間，供暖時(shí)間為120天至170天之間。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，人民生活水平的提高，該地區(qū)人民生活的供暖需求迫在眉睫，但這里缺煤、缺油、缺氣，有的是豐富的水力資源和太陽(yáng)能資源。近幾年來(lái)，業(yè)內(nèi)人員，一直在關(guān)心該地區(qū)供暖方式的研究。根據(jù)前述的討論，作者認(rèn)為該地區(qū)最理想的供暖方式應(yīng)該采用太陽(yáng)源水電熱泵供熱。（1）氣象條件這里所說(shuō)的我國(guó)西南地區(qū)，主要是指西藏的拉薩、云南的香格里拉(德欽地區(qū))和四川的阿壩、甘孜地區(qū)。其氣象條件見表6.6所示。表6.6的數(shù)據(jù)，是根據(jù)文獻(xiàn)[6]《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》摘錄的，該地區(qū)屬于寒冷地區(qū)Ⅱ(A)和嚴(yán)寒地區(qū)Ⅰ(C)范圍，不但天氣寒冷，而且供暖時(shí)間長(zhǎng),盡快解決居民的供暖問題，已到了刻不容緩的地表6.6室外氣象參數(shù)（2）能源資源狀況該地區(qū)(指拉薩、香格里拉、甘孜、阿壩)自然資源缺煤、缺油、缺氣。據(jù)了解，國(guó)家“十二五”規(guī)劃，將長(zhǎng)輸天然氣管線進(jìn)入該地區(qū)。該地區(qū)地處雅魯藏布江、金沙江、大渡河和雅礱江流域，有豐富的水力資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，西藏的水力資源占全國(guó)第一。僅雅魯藏布江可開發(fā)的水力資源就占全西藏水力資源的83.7%，其發(fā)電能力約47,375.3Mw。到2003年，全西藏裝機(jī)水力發(fā)電能力約156Mw，根據(jù)自治區(qū)電力規(guī)劃，遠(yuǎn)期全區(qū)水力發(fā)電能力將達(dá)2000Mw。全區(qū)工業(yè)不發(fā)達(dá)，水電負(fù)荷主要用于民用。云南省香格里拉，至2009年，水電裝機(jī)能力300Mw，主要用于德欽市(香格里拉地區(qū)首府，城市人口20萬(wàn))的民用，目前水電供大于求。四川阿壩和甘孜兩個(gè)藏族自治州，共有19個(gè)縣，流經(jīng)該地區(qū)的金沙江、大渡河和雅礱江有豐富的水電資源，預(yù)計(jì)2012年可建成4000~8000Mw(400～800萬(wàn)kw)的水力發(fā)電機(jī)組，相當(dāng)于三峽水力發(fā)電的1/3～2/3(三峽發(fā)電量為12800Mw即1280萬(wàn)kw)。該地區(qū)，特別是西藏拉薩地區(qū)，天氣透明度好云量少，日照時(shí)間長(zhǎng)，具有豐富的太陽(yáng)能資源。拉薩地區(qū)各季日照率高達(dá)77%，全年總太陽(yáng)輻射值達(dá)7782MJ/m2，利用太陽(yáng)能供暖，有很大的發(fā)展遠(yuǎn)景。其他地區(qū)，香格里拉、阿壩、甘孜，各季日照率都在58%～67%之間，太陽(yáng)能資源的利用，也都有相當(dāng)客觀的發(fā)展前景。（3）優(yōu)先采用太陽(yáng)源水電熱泵供熱供熱行業(yè)是一個(gè)能源消耗較大的行業(yè)。各地供熱方式的確定，一個(gè)重要的原則，應(yīng)該與當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)相匹配。我國(guó)西南地區(qū)(拉薩、香格里拉、甘孜、阿壩等)的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是缺煤、缺油、缺氣，但有豐富的水力資源和太陽(yáng)能資源。自從火車進(jìn)藏以來(lái)，煤價(jià)有所下降，但拉薩煤價(jià)仍比內(nèi)地每噸貴800元，且燒煤嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，與這一地區(qū)是我國(guó)旅游圣地直接相悖。因此，大量采用燒煤供熱是不適宜的。國(guó)家“十二五”規(guī)劃期間，青海天然氣的輸氣管線將進(jìn)入該地區(qū)，因此在水電資源不能滿足需求的情況下，適當(dāng)發(fā)展一些燃?xì)夤崾强梢缘?，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，燃?xì)怆m比燃煤對(duì)大氣污染的影響小一些，但比起水電、太陽(yáng)能這類清潔能源來(lái)說(shuō)，還是不可比擬的。通過上述分析，該地區(qū)最好的供熱方式，應(yīng)該是水電與太陽(yáng)能相結(jié)合的供熱方式。近幾年來(lái)，經(jīng)業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的研究，我國(guó)西南地區(qū)靠太陽(yáng)能集熱，可滿足該地區(qū)冬季供暖需求的1/3熱負(fù)荷。根據(jù)這一特點(diǎn)，優(yōu)先采用太陽(yáng)源水電熱泵供熱是最佳方案。參考文獻(xiàn)，提出的太陽(yáng)源熱泵供熱方案可見圖6.5所示。圖6.5中P1～P6為系統(tǒng)各區(qū)段的循環(huán)水泵。該供熱系統(tǒng)的基本思路是以太陽(yáng)源水電熱泵為供熱的主熱源，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的集熱與空氣源水電熱泵的集熱為主熱源的太陽(yáng)能熱源，基本目的是盡量提高太陽(yáng)源水電熱泵的蒸發(fā)溫度，進(jìn)而提高其機(jī)組的能效比。在冬季供熱期間，開始供熱初期和臨近供熱末期，依靠太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的集熱，和太陽(yáng)源水電熱泵加熱即可使室內(nèi)供熱系統(tǒng)達(dá)到要求的供水溫度(一般在45℃~50℃)。此時(shí)空氣源水電熱泵停止運(yùn)行。隨著室外溫度的降低,供暖熱負(fù)荷的增大，上述供熱方式不能滿足室內(nèi)熱負(fù)荷需求時(shí)，啟動(dòng)空氣源水電熱泵系統(tǒng)。太陽(yáng)源水電熱泵系統(tǒng)的供水溫度(冷凝側(cè))按照45℃~55℃(室內(nèi)為地板輻射采暖)、或55℃~65℃(室內(nèi)為散熱器采暖)之間運(yùn)行。當(dāng)太陽(yáng)能儲(chǔ)熱水箱中的水溫達(dá)到上述水溫要求時(shí)，則由太陽(yáng)源水電熱泵和太陽(yáng)能儲(chǔ)熱水箱共同向室內(nèi)系統(tǒng)供熱，否則，太陽(yáng)源水電熱泵單獨(dú)向室內(nèi)系統(tǒng)供熱。為了充分利用太陽(yáng)能熱量，在設(shè)計(jì)中，將室內(nèi)供暖系統(tǒng)的回水先進(jìn)入太陽(yáng)源水電熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器側(cè)，借此提高蒸發(fā)溫度，降低返回太陽(yáng)能儲(chǔ)熱水箱的回水溫度。在最寒冷季節(jié)，光靠太陽(yáng)能采熱系統(tǒng)已滿足不了室內(nèi)供暖負(fù)荷時(shí)，啟動(dòng)空氣源水電熱泵，將提升的熱水儲(chǔ)入低溫水箱，并與室內(nèi)供暖系統(tǒng)的回水混合進(jìn)入太陽(yáng)源水電熱泵的蒸發(fā)器側(cè)。在夜間和陰雨天時(shí)，依靠太陽(yáng)源水電熱泵和太陽(yáng)能儲(chǔ)存水箱的儲(chǔ)熱聯(lián)合供熱,供熱量不夠時(shí)，啟動(dòng)空氣源水電熱泵。這樣，就可利用熱泵提升的熱量，補(bǔ)充太陽(yáng)能采熱量的不足，實(shí)現(xiàn)整個(gè)供暖季供熱量與需熱量的平衡。利用太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)集熱和空氣源水電熱泵集熱，可將儲(chǔ)熱水箱的水溫提升至不低于20℃~35℃之間，則可保證太陽(yáng)源水電熱泵機(jī)組的蒸發(fā)溫度在10℃~15℃之間運(yùn)行，冷凝器側(cè)的供水溫度保持在45℃~65℃,參考表6.3、表6.4，熱泵的實(shí)際能效比可達(dá)3～5之間，節(jié)能的效益是非常明顯太陽(yáng)源水電熱泵供熱系統(tǒng)，完全可以設(shè)計(jì)成分布式循環(huán)系統(tǒng)，這樣節(jié)電效益更明顯，更有利于提高系統(tǒng)的能效比。由于西南地區(qū)，城市規(guī)模不大，建筑密度較小，建筑容積率不高等特點(diǎn),太陽(yáng)源水電熱泵供熱系統(tǒng)應(yīng)以中小型規(guī)模為主，必要時(shí)可與被動(dòng)式太陽(yáng)房或蓄熱型電暖器供熱相結(jié)合，充分體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和靈活性，更好滿足當(dāng)?shù)鼐用竦墓┡枨?。這里介紹的太陽(yáng)源水電熱泵供熱，除了充分發(fā)揮水電的優(yōu)勢(shì)外，另一特點(diǎn)是利用太陽(yáng)源(含空氣源)熱泵代替水源熱泵和土壤源熱泵。西南地區(qū)另一優(yōu)勢(shì)是有豐富的太陽(yáng)能資源。如果不充分利用用之不竭的太陽(yáng)能，而是煞費(fèi)苦心向底下水要熱，向土壤要熱，實(shí)際上是一種舍近求遠(yuǎn)，本末倒置的做為11℃,如果采用水源熱泵,蒸發(fā)溫度只有6℃左右(土壤源熱泵也接近如此)，比利用太陽(yáng)源熱泵的蒸發(fā)溫度低了很多(約10℃~15℃)，顯然系統(tǒng)能效比不高，節(jié)能不顯著。這說(shuō)明，西南地區(qū)，利用太陽(yáng)源熱泵遠(yuǎn)比利用水源熱泵、土壤源熱泵更為有效