畢業(yè)論文答辯(空氣源熱泵與天然氣鍋爐天津市-供暖策略對比分析)

1、空氣源熱泵與天然氣鍋爐在天津市居民建筑供暖的經(jīng)濟性分析,指導(dǎo)老師：宋孟杰,學(xué)生：盧樂聰,1,課題背景與意義,供暖方案參數(shù)確定及設(shè)備選型,兩種方案的費用計算,兩種方案的綜合對比,,目錄,結(jié)論與展望,01,,02,,03,,04,,05,,2,,課題背景與意義,1.研究背景2.供暖設(shè)備（燃氣鍋爐、空氣源熱泵）節(jié)能的意義3.我國“煤改電”、“煤改氣”政策,3,,1,RESEARCH BACKGROUNDS,,,第一章概述,我國能源結(jié)構(gòu),

2、我國供暖設(shè)備現(xiàn)狀,從2015年我國能源消費結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中，煤炭占63%，石油占18%，天然氣占8%，水能占8%，核能占1%，可再生能源占2%，可見，煤炭占主要地位（如圖1.1）。,我國集中供熱能耗平均在20至25公斤標(biāo)煤/平方米，而歐洲為10至15公斤標(biāo)煤/平方米，高出歐洲同緯度甚至更高緯度國家一倍?？傮w來說，有三種原因：①我國現(xiàn)階段城鎮(zhèn)供暖產(chǎn)熱方式主要為燃煤鍋爐，而歐洲供熱主要使用的燃料為天然氣；②供熱系統(tǒng)的自動化水平低，也是我國集中供熱

3、能耗較高的原因；③我國在基建方面，墻體比較薄、門窗也幾乎沒有考慮到節(jié)能因素，建筑能耗卻高。,4,,1,RESEARCH BACKGROUNDS,,,第一章概述,煤改電,煤改氣,“煤改電”，即北方居民采暖領(lǐng)域，主要針對燃氣（熱力）管網(wǎng)覆蓋范圍以外，大量使用散燒煤進行采暖的城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村等，使用蓄熱式電鍋爐、蓄熱式電暖器、電熱膜等多種電采暖設(shè)施替代分散燃煤設(shè)施。,由于天然氣的能效、環(huán)保型優(yōu)越于傳統(tǒng)的煤炭，我國近年來正開展由燃煤供暖鍋爐替換

4、成為燃氣供暖鍋爐的改造工程，同時也對改造的單位施與相應(yīng)的補貼。以湖南省長沙市為例，在2014年10月31日之前，完成燃煤鍋爐改造且達到要求的單位，每蒸噸補助5萬元；在2015年10月31日之前完成改造達到要求的單位，每蒸噸補助3萬元。,燃煤鍋爐的害處,散燒煤是霧霾主要原因。我國華北平原則是霧霾污染的重地，大量散燒煤、燃油消費是造成嚴(yán)重霧霾的主要因素之一。我國每年散燒煤消費約7-8億噸，主要用于采暖小鍋爐、工業(yè)小鍋爐（窯爐）、農(nóng)村生產(chǎn)生活

5、等領(lǐng)域，約占煤炭消費總量20%，遠高于歐盟、美國不到5%的水平。大量散燒煤未經(jīng)潔凈處理就直接用于燃燒，致使大量大氣污染物排放。燃煤鍋爐在實際使用運行中，熱效率低，能源浪費大，排塵濃度大，煤的含硫量高，對大氣污染嚴(yán)重。尤其是近年來，能源供需和環(huán)境污染的矛盾日益突出。,5,,1,RESEARCH BACKGROUNDS,,,本文研究流程,,6,,供暖方案參數(shù)確定及設(shè)備選型,1.天津某居民建筑工程概況及設(shè)計參數(shù)2.供暖熱負荷概算3.供暖系

6、統(tǒng)方案及設(shè)備選型,7,,2,RESEARCH PURPOES,,,供暖方案參數(shù)確定,表2.1 天津市觀象臺歷史氣象信息,天津位于中緯度歐亞大陸東岸，天津位于華北平原東部，北依燕山，東臨渤海，是海河流域許多河流入海的匯合地。地處北溫帶半干旱半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，冬季受蒙古冷高壓控制，盛行西北風(fēng)，天氣寒冷干燥；主要受季風(fēng)環(huán)流的支配，屬大陸性氣候。主要氣候特征是，四季分明，春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥

7、少雪。天津年平均氣溫在11.4~12.9℃，市區(qū)平均氣溫最高為12.9℃。1月最冷，平均氣溫在-3~-5℃；7月最熱，平均氣溫在26~27℃。,天津氣候條件,,,,8,,2,RESEARCH PURPOES,,,供暖方案參數(shù)確定,選定天津市某棟居民建筑為研究對象，根據(jù)天津市城鎮(zhèn)居民建筑調(diào)查，筆者擬下表為該建筑工程基本信息。,,,,本文建筑工程基本信息,9,,2,RESEARCH PURPOES,,,供暖熱負荷,圖2.3 供暖期每月供暖熱

8、負荷（kW）,圖2.4 每月平均人均生活熱水量波動圖,10,,2,RESEARCH PURPOES,,,選題目標(biāo)概括,系統(tǒng)回路簡圖,本系統(tǒng)提供了一套自給自足的能源解決方案：供暖期時，供生活熱水和室內(nèi)供暖用；非供暖期時，則僅提供生活熱水。確保用戶全年365天過上便捷、舒適的生活。,11,,2,RESEARCH PURPOES,,,選題目標(biāo)概括,室內(nèi)回路系統(tǒng)圖：,首先，冷水統(tǒng)一經(jīng)過室外熱源（燃氣鍋爐/空氣源熱泵）加熱到一定溫度后，通過管道送

9、往用戶室內(nèi)各處。一部分熱水流向埋設(shè)于需要供暖的客廳、房間地板下的加熱管--鋁塑回折型復(fù)合盤管，通過熱輻射，對應(yīng)不同的需求，把地板加熱到不同的表面溫度均勻地向室內(nèi)輻射熱量達到采暖效果，換熱后的水又回到熱源中循環(huán)加熱；另一部分熱水直接流向洗手盆、淋雨花灑等設(shè)備生活熱水使用。考慮到家具對地暖輻射的遮掩，射家具遮掩率為θ=20%。,12,,2,RESEARCH PURPOES,,,設(shè)備選型,表2.6 160-480kW燃氣模塊鍋爐技術(shù)參數(shù),表2

10、.7 某型號空氣源熱泵模塊參數(shù)表,采用4臺Q240燃氣鍋爐模塊（總額定熱功率240×4=960kW，稍大于建筑總熱負荷，符合設(shè)計要求；,燃氣鍋爐,擬選用13臺空氣源熱泵模塊（LSQ50RH），額定輸入功率46kW，額定制熱量138kW ，額定COP為3.0,空氣源熱泵,13,,兩種方案的費用計算,1.燃氣鍋爐系統(tǒng)費用計算2.空氣源熱泵系統(tǒng)費用計算,14,,本章根據(jù)第二章的設(shè)備選型費用和整個供暖系統(tǒng)的費用計算出設(shè)備初投資費用；

11、然后根據(jù)天津當(dāng)?shù)氐碾妰r、氣價計算出每年運行需要的費用；并假設(shè)出可能出現(xiàn)的設(shè)備維護費用；最后得出兩種方案所需支出的費用。,,6,FUTURE PROSPECT,,,兩種方案的費用計算,15,,3,RESEARCH PROCESS,,,設(shè)備初投資,表3.1 燃氣鍋爐初投資費用表,表3.6 空氣源熱泵初投資費用表,16,,3,RESEARCH PROCESS,,,運行費用,表3.4 燃氣鍋爐每月運行費用表,17,,3,RESEARCH PRO

12、CESS,,,運行費用,表3.7空氣源熱泵每月運行費用表,18,,3,RESEARCH PROCESS,,,設(shè)備維護費用,表3.5 燃氣鍋爐維護內(nèi)容,表3.5 空氣源熱泵維護內(nèi)容,19,,兩種方案的綜合對比,1.經(jīng)濟性對比2.能效性對比3.環(huán)保性對比,20,確定對用戶的的收費方式,根據(jù)兩種方案的能源成本決定，假設(shè)在滿入住率的情況下，對本棟居民建筑64個用戶單位采取以下收費方式：①供暖費用：供暖期120天內(nèi)0.51元/m2?天②

13、生活熱水費用： 35元/t。根據(jù)每戶建筑面積和每月人均生活用水量算出每年收取用戶的費用為：719770元。,計算兩種方案的成本回收期,按照下列公式計算成本回收期。成本回收期=設(shè)備除投資費用÷每年凈利潤算得燃氣鍋爐方案成本回收期為16年，空氣源熱泵方案成本回收期為6年。顯然，從成本回收角度來看，空氣源熱泵具有很大的優(yōu)勢。,,4,RESEARCH RESULT,,,成本回收期計算,21,,4,RESEARCH RES

14、ULT,,,能源單價對比,我們可以對比兩種供熱方式產(chǎn)生單位熱量的價格。以產(chǎn)生1kWh熱量為例。1m3天然氣的熱值等于9.89kWh（8500大卡），即產(chǎn)生1kWh熱量的費用為2.67×1÷9.89=0.27元；1kWh電能價格為0.51元，空氣源熱泵COP為3，則產(chǎn)生1kWh熱量需要的費用為0.51×1÷3=0.17元?？梢钥闯觯烊粴忮仩t產(chǎn)生單位熱量的價格比空氣源熱泵高出59%。 

15、;從其他費用來看，燃氣鍋爐的設(shè)備初投資和運行維護費用低?？梢?，能源價格是天然氣鍋爐最大的問題。,22,,4,RESEARCH PURPOES,,,能效性對比,天然氣在鍋爐中燃燒放熱后經(jīng)過換熱器把熱量傳遞給工質(zhì)水，其中會有一小部分的熱量散失到環(huán)境中；熱水再通過管道傳輸?shù)接脩艚K端進行使用，在管道運輸中也會出現(xiàn)熱量的損失。相對空氣源熱泵而言，天然氣鍋爐的能源轉(zhuǎn)化流程更簡單直接，中間的能量損失更少，但是使用天然氣燃燒的高品位能源直接轉(zhuǎn)化為低品位

16、的熱能，存在一定的能源品位的浪費。,燃氣鍋爐,空氣源熱泵使用的電能是二次能源，需從發(fā)電廠發(fā)電并經(jīng)過電網(wǎng)輸送最終才能使用，其中會有各種線路、變壓器損耗；好處是可以使用可再生能源（風(fēng)能、太陽能等）所發(fā)出的電能來進行供熱，可實現(xiàn)“零排放”,。,空氣源熱泵,,,23,,4,RESEARCH RESULT,,,環(huán)保性對比,,燃氣鍋爐和空氣源熱泵都是環(huán)保、污染低的供暖設(shè)備，都是燃煤鍋爐的理想替代品。我們可以從表4.1看出兩者的優(yōu)越之處。從污染排

17、放上看，無論是煙塵還是SO2、CO2、NOx排放量，燃氣鍋爐都比燃煤鍋爐低得多，原因在于天然氣中雜質(zhì)含量少。而空氣源熱泵采暖屬于清潔能源，使用電能驅(qū)動供暖，所以不存在燃燒設(shè)備的排放，尤其在風(fēng)電、水電、核電大力代替燃煤的今天，更加環(huán)保節(jié)能。,注：數(shù)據(jù)為制取1000 kW 熱量的排放量,表4.1 污染排放對比,24,,4,RESEARCH RESULT,,,綜合對比,,很明顯可以看出，空氣源熱泵設(shè)備初投資費用要遠高于燃氣鍋爐，但是運行費

18、用比燃氣鍋爐低，成本回收期也比燃氣鍋爐短很多。所以，如果設(shè)計妥當(dāng)、用戶使用率合適，空氣源熱泵對于物業(yè)管理方將會是一個非常經(jīng)濟的供暖方案。從可靠性上來看，燃氣鍋爐采暖的可靠性受供氣壓力的影響，在燃氣不足的地方使用受影響。而空氣源熱泵采暖只和供電電壓有關(guān)，只要電壓穩(wěn)定，空氣源熱泵系統(tǒng)的穩(wěn)定性和空調(diào)的穩(wěn)定性一樣，經(jīng)受住考驗。而且目前還多采用變頻機，機組的可靠性和適應(yīng)性更強。從能效性上看，加熱相同參數(shù)的水到相同的溫度，燃氣鍋爐速率要比空氣源

19、熱泵快得多，所以在某些緊急情況下，燃氣鍋爐的應(yīng)急能力更強；,表4.2兩種方案對比,25,,結(jié)論與展望,1.結(jié)論2.展望,26,,5,ANALYSIS & DISCUSSION,,,結(jié)論,,,空氣源熱泵機組初投資費用比燃氣鍋爐機組大,空氣源熱泵的能源單價遠比燃氣鍋爐低，因此，即使在初投資費用高的情況下，空氣源熱泵的成本回收期依然比燃氣鍋爐短得多,空氣源熱泵使用能源為二次能源電能，電源品種多樣，更可使用太陽能、水電、風(fēng)電等可再生能

20、源進行供熱，較燃氣鍋爐更靈活,而能源費用高則是燃氣鍋爐要面臨的最大問題，相對于空氣源熱泵，燃氣鍋爐更加適用于郊外低密度住宅,結(jié)論二,空氣源熱泵較燃氣鍋爐還有運行穩(wěn)定、零污染、無需機房、安裝方便等優(yōu)點,,,結(jié)論四,結(jié)論一,結(jié)論三,結(jié)論五,27,,5,ANALYSIS & DISCUSSION,,,展望,,,,,02,03,04,01,,,,不足之處概述,由于時間和異地調(diào)研條件的限制，本文無法十分貼近實際的獲取天津市的氣候、建筑圍護

21、條件、供暖政策、居民用能水平等情況，因此可能導(dǎo)致最終費用的計算出現(xiàn)偏差。但是，經(jīng)過本文的計算對比，空氣源熱泵的優(yōu)越性已得到了體現(xiàn)。若有機會進行更深入的研究，還可在這些方面進一步探索：1、本文的計算方法有進一步優(yōu)化的空間：可使用數(shù)學(xué)模型來模擬實際運行費用的變化，從而得出更加科學(xué)的費用預(yù)測。2、可繼續(xù)探討在用戶數(shù)量變化、能源單價改變時兩種方案的成本和收益的變化，從而得出更深入的結(jié)論。,準(zhǔn)備工作不充分,數(shù)據(jù)分析不細致,未能控制變量因