蓄能型地源热泵式植物工厂供能系统节能运行调控

蓄能型地源热泵式植物工厂供能系统虽然避免了传统化石能源供能所存在的一次能源利用率低且污染严重的问题,但目前缺乏长期运行经验。以上海崇明自然光植物工厂为例,对蓄能型地下水源热泵供能系统进行节能运行优化调控。研究发现该系统存在3种不合理运行情况:A.植物工厂热负荷为负值时热泵仍继续供热、B.热泵向蓄热水箱输出过多热量蓄热、C.热泵在用电高峰时仍运行。经过优化调控后,避免A运行情况,第1季度热泵最终可减少输出能量21.55 GJ,可减少耗电1 012.50 kWh,折合成电价可节约747元;避免B运行情况,设定第1季度热水充满率上限为85%,在保证热泵充分供能植物工厂前提下,可减少输出97.2GJ能量;避免C运行情况,热泵总输出能量不变,将第1季度中热泵140.25 GJ的热量转移到平价阶段输出,可以节约5 530元,此时电量总计8 654.07 kWh。通过优化自然光植物工厂供能系统运行过程,可以节能降耗,经济运行。     

植物工厂地源热泵系统热负荷BP神经网络预测及验证

为提高水蓄能型地下水源热泵自然光植物工厂供热系统节能性,供热系统必须能够很好地预测热负荷变化。针对自然光植物工厂热环境系统非线性特点,利用具有很强非线性映射能力的BP神经网络(back propagation,BP),选取室内外空气干球温度、太阳辐射强度、室内相对湿度和绝对湿度、室内风速等输入参数,确定算法步骤和评价指标,构建神经网络模型预测植物工厂次日负荷。采用Matlab神经网络工具箱对崇明试验基地水蓄能型地源热泵自然光植物工厂的样本集进行训练,训练后误差函数值为0.002 999 94,神经网络收敛。通过对比热负荷预测值与实际值,证明了神经网络预测热负荷值与实际值趋势一致,基本误差在±6%以内,结果表明神经网络法可以用于植物工厂次日热负荷预测。通过热负荷预测能够更加科学地调整供热系统运行模式,更好地匹配植物工厂需求热量与热泵的输出能量,实现运行节能和降低供能成本的目的。     

基于地下水源热泵的寒区沼气工程加热模式的探讨

合理选择节能环保型沼气发酵料液加热增温的模式和设备,是北方高寒地区发展大中型沼气工程必须解决的问题。该文提出了利用地下水源热泵对沼气发酵系统进行加热的模式,通过沼气工程应用实例与现场测试,验证了地下水源热泵加热系统对保持沼气中温发酵系统稳定运行的作用;获得了热泵机组的平均能效比为4.39,加热系统平均能效比为2.71;热泵机组一次能源利用系数为1.27,高于燃煤锅炉直接供热方式近1倍。同时通过对加热系统在2010-09-29—2011-02-25供热期内的实时跟踪监测,获得系统的实际能耗为4.79×108kJ,与燃煤锅炉直接供热方式相比,可节约标准煤10.8t,节约标准煤44%,减少二氧化碳排放量25.9t。结果证明地下水源热泵加热系统应用于沼气工程中是可行的,具有高效节能,运行稳定可靠,环境效益显著等优点,可为热泵技术在寒区沼气工程中的应用提供参考。     

太阳能蓄热联合空气源热泵的温室加热试验

针对日光温室被动采光蓄热的特点,该文在2014年1-2月期间,针对西安地区-6~10℃冬季气温条件下,开展了太阳能蓄热联合空气源热泵温室加热试验研究,通过对比太阳能蓄热联合空气源热泵系统改善温室内的空气温度、湿度及土壤温度等环境因素,分析评价太阳能联合空气源热泵系统在日光温室冬季应用的性能,结果表明:太阳能蓄热联合空气源热泵加热系统不仅明显提高了温室内的空气温度和土壤温度,也有效降低了温室内的湿度;在试验天气条件下,热泵单独供热时,系统的性能系数COP(coefficient of performance)在2.09~2.45之间;太阳能联合空气源热泵供热时,系统的COP在3.45~5.56之间;相比于其他天气工况,晴天条件下,太阳能蓄热供热时间较长,热泵补充供热时间缩短,系统的COP较高;采用地暖联合风机盘管作为末端供热方式,能够维持较高的室内气温和土壤温度,降低室内相对湿度。该文为今后进一步简化温室结构和降低建设成本,实现日光温室主动采光蓄热,奠定前期研究基础。     

寒区沼气工程地下水源热泵加热系统能效分析

在北方寒冷地区,沼气工程加热系统如何能有效、合理地利用能源,提高能源利用率,是沼气工程实现低能耗,高产能必须解决的现实问题。该文依据地下水源热泵加热系统在沼气工程中应用的实例,建立了以?效率、热效率以及能级系数为评价准则的沼气工程加热系统能效分析模型,并通过对加热系统实际运行参数的测试,得到了沼气工程用户系统?效率为97.8%,地下水源热泵机组系统?效率为13.4%,沼气工程加热系统总的?效率为13.1%;加热系统总的热效率为85.3%;沼气工程用户耗热量的能级系数为0.161,用户供给热量的能级系数为0.164,地下水源热泵机组的能级系数为0.567。结果表明,对于沼气工程低品位热能用户,采用低温水供热科学合理;热泵机组系统回收了地下水中低品位热能,节约了高品位电能,加热系统能的数量有效利用程度较高;但热源与用户之间供需能质存在差异,在能质利用方面还需进一步完善。该结论可为今后沼气工程选择合理的加热模式提供参考依据。     

地源热泵技术对规模化猪场节能减排的影响

为寻求规模化猪场环境控制中的节能减排措施,根据地源热泵技术在规模化猪场应用的实例,计算分析其投资的经济可行性和节能减排效果。结果表明,地源热泵系统较燃煤锅炉系统增加了环境控制设备投资,在现行煤电价格体制下,额外静态投资回收期6.4 a。地源热泵系统比传统的燃煤锅炉节能,热泵机组的理论COP大于4.0,一次能源利用效率大于1.28。地源热泵系统的CO2减排量为燃煤锅炉供暖方式排放量的60%。另外,在猪舍夏季降温方面,地源热泵系统较传统的蒸发降温方式节水。地源热泵系统是一种节能减排的规模化猪场环境控制方式。     

蓄能型振荡热管太阳能集热器的热性能

太阳能集热器是太阳能热泵系统的核心部件.该文设计了一种蓄能型振荡热管太阳能集热器,将其应用于蓄能型太阳能热泵系统中,可根据太阳辐射强度切换工作模式,实现太阳能分季节全天候利用,能提高系统热力性能.搭建了蓄能型振荡热管太阳能集热器热性能测试试验台,对振荡热管换热器内充灌不同工质(R134a、乙醇/水、丙酮/水)、集热管内分别利用空气显热蓄能或者石蜡潜热蓄能的蓄能型振荡热管太阳能集热器在白天和夜间工况下的热性能开展了试验研究.结果表明:振荡热管换热器内充灌R134a的集热器,白天工况下集热效率最高,平均集热效率在0.45以上,利用石蜡蓄热时最高达到了0.90;日有用得热量最大,最低可达到7.14 MJ/(m2·d);夜间工况下供热水水温最高.无论利用空气和石蜡蓄能,白天工况下集热器瞬时集热效率均与太阳辐射强度的变化规律相反.真空管内利用石蜡蓄能的蓄能型振荡热管太阳能集热器,阴雨天其集热效率远高于利用空气蓄能的集热器,平均提高64.0％,夜间供水水温均能保持在50℃以上,高于利用空气蓄热的集热器.该研究可为蓄能型太阳能热泵的推广应用提供参考依据.     

地下水源热泵系统热平衡模拟三维数值模型

为了准确模拟预测地下水源热泵系统运行期间的热平衡变化规律特征,避免未来地下水源热泵系统运行期间出现的热贯通现象。以河北省水勘院正定基地地下水源热泵系统示范工程为例,建立了地下水渗流与热量运移三维耦合数值模型,并结合地下水源热泵系统的设计运行方案,预测分析了不同条件下未来地下水源热泵系统的热平衡发展趋势。结果表明,该示范工程按设计方案运行,抽、灌井之间存在热贯通现象。地下水源热泵系统通过增大温差的方法进行调节,可有效地缓解热贯通现象。     

热管联合多级串联热泵玉米干燥系统性能试验

中国东北地区现有的粮食干燥系统多为大型多段塔式燃煤干燥系统,在粮食干燥过程中,热空气与粮食经过一次换热后,生成的高温高湿废气直接排入了大气,不仅造成了能量的巨大浪费,而且严重污染了环境。该文针对东北地区寒冷气候特点及多段塔式燃煤玉米干燥系统存在的高能耗、高污染问题,开发了一种热管联合多级串联热泵玉米干燥系统,该系统能够实现对多段塔式燃煤玉米干燥中废气的余热回收和废气中杂质的清洁处理,从而达到节能减排的效果。在该系统的基础上研制了50、150和300 t/d的系列化玉米热泵干燥装备,进行了3种规模的产业化示范,并对300 t/d的玉米热泵干燥系统进行了性能试验。结果表明,系统每小时的耗电量为538 kW·h,除湿速率为2016 kg/h,热泵机组的制热系数COP(coefficient of performance,COP)在3.7~6.7之间,除湿能耗比SMER(specific moisture extraction rate,SMER)为3.75 kg/(kW·h)。对多段塔式玉米热泵干燥和玉米燃煤干燥经济性进行比较研究,结果表明:得到1 kg干玉米的热泵干燥成本为0.038元,而燃煤干燥的成本为0.049元,单位玉米的热泵干燥成本比燃煤干燥成本降低22.4%。与玉米燃煤干燥相比,玉米热泵干燥能大量降低污染物的排放,节能减排效果明显,可为热泵干燥技术在粮食烘干领域应用提供有价值的参考。     

基于热泵的日光温室浅层土壤水媒蓄放热装置试验

由于日光温室的蓄热能力有限,后半夜温度往往比较低,难以满足作物生长需求。针对这一问题,该文提出了基于热泵的日光温室浅层土壤水媒蓄放热方法,其原理是白天开启循环水泵,将后墙获得的太阳辐射储存到温室浅层土壤中;前半夜通过浅层土壤热量的自然释放加热温室;当温室温度较低时,启动热泵系统将浅层土壤中的热量提升后加热温室。试验结果表明,在阴天系统系数(coefficient of performance,COP)能达到3以上,与燃煤热水锅炉相比节能33%;与对照温室相比,盖上保温被后,由于试验温室蓄热量大于对照温室,试验温室空气温度和土壤温度分别比对照温室平均高3.2和3.3℃;开启热泵机组后,试验温室空气温度和土壤温度分别比对照温室平均高5.7和2.9℃。     

江苏扬中农村家庭生活用能和能源消费的研究

作为地处中国华东地区小康农村的典型,扬中农村家庭生活用能正处于商品能加速替代非商品能的时期。连续五年的家庭生活用能问卷调查表明,用能品种结构变化较大,电力和液化气消费迅速增长,而秸秆和煤炭的使用在下降;人均能源消费量相对稳定,但有效能消费却略有上升;分析表明,人均能源消费与人均收入、户均人口和人均作物收获量有一定的相关性。该文对农村家庭能源消费的性质、中国小康农村家庭能源消费的基本特征等一般问题进行了讨论。     

中国小康农村家庭能源消费基本特征及其评价指标体系研究

根据我国农村经济及农村家庭能源消费的基本状况及相互关系,阐明了农村家庭能源消费的一般特性,分析了小康地区农村家庭能源消费的基本特征,提出了将人均有效热消费、商品能所占比重及人均电力消费作为家庭能源消费特征评价指标,进而给出了不同经济类型区家庭能源消费评价指标值。     

中国农村家庭能源消费研究——消费水平与影响因素

为探讨中国农村家庭能源消费的基本特征和发展规律，根据全国30个省市农村能源消费统计数据，给出了1996年农村家庭能源消费水平和结构，在相关分析的基础上提出了用人均有效热、人均电力及商品能比例作为农村家庭能源消费的特征指标，进而分析了这些指标与人均收入和年均气温的相关关系。人均电力消费(Y，元)与人均收入(X，元)的回归方程为Y=22.964+3.956×10^-2X。     

中国谷物干燥加工中的能源消耗状况

在任何一个国家的经济发展中,能源都扮演着一个重要的角色。在中国,尽管目前消耗在农业生产上的能源占全国能源消耗总量的比例很低,但随着中国农业现代化的发展,尤其是粮食干燥机械化的普及,农业生产对能源的需求将逐渐增加。该文对中国粮食干燥机械化的发展及现状进行了简单分析总结,对中国目前在粮食干燥中的能源消耗状况以及存在的问题进行了深入分析。完成的两组干燥实验结果表明,目前我国粮食干燥的单位能耗远远高于发达国家。因此,建议应在粮食干燥中大量采用干燥新技术、节能技术以及使用再生能源,以有效提高我国粮食干燥过程中的能源使用效率。     

基于典型县入户调查的中国农村家庭能源消费研究

农村家庭能源消费是国家能源消费中的重要组成部分,对农村社会、生态环境的发展有重要影响。该研究对中国8大经济区的典型县的1 440个家庭进行了派员式入户调查。调查数据分析表明,不同区域的农村家庭能源消费水平和结构有很大差异,8县年人均能源消费平均为26.7 GJ,最低10.4 GJ(上杭县),最高86.6 GJ(舒兰县)。在能源消费中秸秆、沼气、薪柴、电力所占比例8县平均分别为44.33%、23.13%、12.79%、9.61%。收入较高的农村家庭使用着更多的电力、液化石油气等商品能源,较少使用秸秆、薪柴等生物质能;从总体上,传统生物质能仍然是中国农村家庭的主要能源。该研究为掌握中国农村地区家庭能源消费现状和未来发展,制定相关能源、环境政策提供了依据。     

独立光伏发电系统在农村的应用

介绍了独立光伏发电系统的原理与构成,通过分析福建农村发展太阳能的自然条件和机遇,并结合一个典型的农村家庭用电需求,阐述了户用独立光伏发电系统的设计,光伏发电系统对于解决无电地区和边远地区的用电问题具有重要意义。     

北方小康农村家庭能源消费结构演变研究——以山东省桓台县为例

目前对中国北方地区农村家庭能源消费结构演变的研究较少。该文根据实地调查数据，从能源品种和最终用能类型两个角度对桓台县农村(北方典型小康农村)家庭能源消费结构演变进行了深入分析。结果表明:在能源品种上，表现为煤炭消耗大量增加，持续占据统治地位，电、汽油、液化气消费快速提升，秸秆等生物质能用量减少；在最终用能类型上，炊事用能由占主导地位演变为与取暖用能并驾齐驱，生活享受用能快速增加。短期内，除了液化气用量将有所减少外，其余能源品种消费都将保持上述演变特征。在全面建设小康社会过程中，桓台县可以作为北方地区农村家庭能源消费发展趋势的一个重要参考。     

户用型可再生能源发电系统在苏尼特右旗应用的调查分析

中国西部地区风力资源和太阳能资源都非常丰富,利用当地资源和能源通过发展户用可再生能源发电系统(独立风能、独立太阳能和风光互补发电系统的统称)来解决牧民的用电问题.该文通过对内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特右旗牧区户用型可再生能源发电系统的使用情况、牧民经济条件进行调查,分析了当地风能和太阳能等地区资源,推广户用型可再生能发电系统过程中所存在的问题及原因.通过调查发现,支付能力低和技术维护的非专业性是阻碍户用型可再生能源发电系统可持续发展的主要障碍.在现有条件下,通过优化系统配置可以有效的降低系统成本、提高系统使用的可靠性.     

沼气建设的综合效益——系统动力学在沼气建设上的应用

沼气建设具有广泛的效益。用系统动力学模型分析沼气建设的综合效益可以得到定量结果。本文以一个县的沼气建设为例,对于20年内总投资5400万元发展沼气带来的多种效益进行了动态模拟。结果表明,发展沼气不仅能解决农村能源的短缺,而且是促进农村经济改善生态环境的重要环节。文章还比较了不同投资方案的模拟结果。 系统动力学的分析结果可使我们定量形象地认识沼气建设的综合效益以及效益变化的动态过程和趋势,为制定发展政策提供有价值的参考。     

广西木薯燃料乙醇项目能效评估

广西具有丰富的木薯资源,以木薯为原料生产的燃料乙醇是一种可再生的燃料。采用净能量和净可再生能量两个指标评估木薯燃料乙醇系统的能量和可再生能量生产的效率,并对木薯乙醇在生命周期内与外界环境的能量交换进行了统计,把能量消耗按照燃料和其副产品进行了分配;以及按照是否再生进行了分别统计。计算结果表明,使用木薯生产燃料乙醇在能量生产和再生能量生产上是可行的,木薯乙醇的净能量为2．417MJ／L,净可再生能量是2．458MJ／L;广西的木薯资源每年能净产出相当于3．508万t汽油的可再生燃料。木薯单产和化肥用量是提高能源利用和再生能源的关键因素;加强副产品的开发有利于提高系统的能效,使用可再生的有机肥代替化肥,能有效的提高系统的可再生性。