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空气源热泵的性能评价及节能潜力分析

时间: 2017-06-22 10:34  来源: 未知   作者: chinakqn   点击:  

空气源热泵的性能评价及节能潜力分析
根据国际通行的方法,可依据一次能源的利用率对空气源热泵系统进行性能评价,并提出最低能效要求。空气源热泵技术在不同工况下或气候环境具有不同的运行能效(COP),能效的高低最终可以反映出一次能源的利用率及可再生能源贡献率的高低[4-6]
空气源热泵系统运行能效计算公式如下:
COP= Q / W   (1)
式中:Q——热泵机组供热总量;W——机组耗电总量。
而一次能源利用率(primaryenergy ratio,PER)是指供热总量与机组耗电换算一次能源热值的比例,其与机组COP 关系如下:
PER = Q / Qo= COP·ee    (2)
其中,Qo为机组耗电量换算成的一次能源热值;ee为火力发电效率;对于电驱动热泵机组,上述COP为考虑压缩机、水泵、风机和辅助电加热等系统总耗电量而得出的系统COP。
可再生能源贡献率(Fa)是指机组从空气中获取的热量占供热总量比例,与机组COP关系如下:Fa = Qa / Q = 1 – 1/COP (3)
其中,Qa为从空气中获得的热量(可再生能源贡献量)。
由以上公式可得出,一次能源利用率(PER)与可再生能源贡献率(Fa)之间存在以下关系:PER= ee / (1 – Fa) (4)
当系统COP满足COP>1/ee时,即一次能源利用率超过1。根据中电联规划与统计信息部2014年度统计数据,全国6,000kW及以上电厂供电标准煤耗318g/kWh,全国电网输电线路损失率6.34%。折合电力用户端煤耗318×(1+0.0634)=338g/kWh,即到用户端发电效率为36%。则当空气源热泵机组实际运行能效满足COP>2.78时,机组一次能源效率超过100%。
目前市场应用的家用空气源热泵热水器的能效现状如图5 所示。该图汇总了主要销售品牌的家用空气源热泵热水器(制热量小于10 kW)能效分布状况。从图中可以看出,大部分能效在3.5~4.2。商用空气源热泵热水器的能效现状如图6所示。
该图汇总了主要销售品牌的商用空气源热泵热水器(制热量大于10 kW)的能效分布状况。从图6中可以看出,大部分能效在3.7~4.4。

与常规能源热水器(电阻式电热水器、燃气热水器、燃煤锅炉等)相比,空气源热泵热水器采用空气能替代常规能源,具有较大的节能减排潜力。与常规能源热水器相比,当机组向热水提供的总热量为Q(单位kJ),空气源热泵节能量为:ES = Q / (1 / e0 – 1 / COP) (5)
式中,e0为常规能源热水器的能效(电阻式电热水器的电加热效率或燃气热水器、燃煤锅炉的热力效率)。
举例计算,将水由15 ℃加热至55 ℃,热水机组每加热一吨水需提供热量:
Q = 4.2× 1,000 × (55 – 15) = 168,000kJ (6)
当空气源热泵热水机组平均COP 为3.7,则空气源热泵可再生能源贡献率:
Fa = 1 –1 / 3.7 = 0.73 (7)
一次能源效率:
PER =3.7 × 0.36 = 1.33 (8)
取电阻式电热水器电加热效率95%,则与电热水器相比,每加热一吨水,空气源热泵机组节电量为:
ES =168,000 / (1 / 0.95 – 1 / 3.7) =131,437kJ=36.5 kWh (9)
相当于节约标煤:36.5×0.338 =12.34 kg。
(责任编辑:chinakqn)
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