燃气热泵系统优化与经济性分析

论文摘要

燃气热泵是利用燃气驱动燃气发动机,并带动压缩机进行制冷循环的空调装置。燃气热泵系统具有高效、节能、环保等特点,并且对电网起到“削峰填谷”的作用。随着我国“西气东输”等一系列工程的实施,燃气热泵的使用对我国能源结构调整也有着一定的积极意义。本文首先概述了近年来我国的能源利用现状,指出节能的重要性。通过对电力紧张、天然气的利用以及空调发展状况的分析,说明了在我国开展燃气热泵技术的必要性。然后,从燃气热泵的工作原理出发,建立了热力学模型,说明了系统内部各部件之间的匹配关系。对燃气热泵系统的性能系数(COP)和一次能源利用系数(PER)进行评价,阐述了系统在实际运行中的性能特点,并进一步与电动热泵进行了全面的比较,得出了燃气热泵系统具有高效、节能、适应性广、运行成本低等特点。为使系统运行达到最优工况,建立了燃气热泵运行过程的热经济学模型,并对其进行了优化计算,得到了燃气热泵制热、制冷成本的最优解以及在该工况下的各运行参数。通过对优化结果的分析,可以看出主要决策变量对制热、制冷成本的影响状况。通过引证一工程实例,针对四种不同的空调方案,利用热经济学的研究方法进行对比分析,并对能源价格进行灵敏度分析。结果表明了燃气热泵的经济性优势和能源价格的变化对各方案的影响状况,获得了适宜燃气热泵推广应用的能源价格范围。最后,结合国内六大城市空调机组的实际运行状况,对比分析了燃气热泵具有的运行成本低的特点,说明了燃气热泵系统所具有的经济性优势。本文对燃气热泵系统进行了探讨与研究,以对比分析为主,充分结合实际,阐述了燃气热泵性能高和成本低的优势,体现了这一节能环保技术的优点,表明了燃气热泵在我国具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 能源利用状况
• 1.1.1 能源现状
• 1.1.2 我国能源状况分析
• 1.1.3 节能的重要性
• 1.2 电力紧张和天然气的利用
• 1.2.1 电力利用状况
• 1.2.2 天然气的利用
• 1.3 我国空调的发展状况
• 1.4 燃气热泵的发展及应用
• 1.4.1 燃气热泵的发展
• 1.4.2 燃气热泵在日本的应用
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 燃气热泵技术分析
• 2.1 燃气热泵工作原理
• 2.2 燃气热泵的热力学模型
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 燃气机循环部分的热力学模
• 2.2.3 热泵循环部分热力学模型
• 2.2.4 发动机与热泵的工作匹配
• 3 燃气热泵系统性能评价
• 3.1 热泵性能指标
• 3.2 系统的性能评价
• 3.2.1 热泵性能系数
• 3.2.2 一次能源利用系数
• 3.2.3 影响系统性能系数的因素
• 3.3 燃气热泵性能特点
• 3.3.1 余热利用
• 3.3.2 部分负荷时性能良好
• 3.3.3 受外界空气温度影响小
• 3.3.4 能快速提供采暖用热量
• 3.3.5 可保持恒定的设定温度
• 3.3.6 一次能源利用系数高
• 3.3.7 定期保养时间长
• 3.3.8 可以显著减少夏季的用电峰值
• 3.3.9 节能环保
• 3.4 燃气热泵与电动热泵综合技术比较
• 3.4.1 一次能源利用率比较
• 3.4.2 单位运行成本比较
• 3.4.3 整体系统方面比较
• 3.4.4 系统配置方面比较
• 4 系统优化分析
• 4.1 燃气热泵数学模型的建立
• 4.1.1 目标函数的建立
• 4.1.2 模型的约束方程
• 4.1.3 设备成本估算方程
• 4.1.4 系统状态参数的取值
• 4.2 优化计算结果及分析
• 4.2.1 优化计算结果
• 4.2.2 优化结果分析
• 5 燃气热泵系统经济性分析
• 5.1 经济性实例分析计算
• 5.1.1 投资方案的设定
• 5.1.2 投资分摊计算
• 5.1.3 年度成本计算
• 5.1.4 价格灵敏度分析
• 5.2 空调机组运行经济性分析
• 5.2.1 各地空调机组运行费用计算
• 5.2.2 运行费用的对比分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A 部分参数优化代码
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢