空气源热泵用作北京保育猪舍地暖的供暖效果研究

中国"2+26"城市禁煤供暖,猪场迫切需要找到可以替代燃煤、满足供暖需求的供暖方式。为了解空气源热泵在猪舍地暖的供暖效果,选择北京猪舍,配置空气源热泵设备,进行供暖期间保育猪舍热环境效果试验。结果表明:试验期间,室外最低和最高温度分别为-11.0和12.1℃;在地暖供暖猪舍中,地面温度与供水温度、室外温度都呈正比例相关关系,与供暖距离呈反比例线性关系;在系统供水温度范围为30.0～41.0℃时,猪舍无猪单元距离分水器最近(24 m)测点和最远(60 m)测点地面温度为19.1～28.6℃;实际供水温度平均值较设定温度降低1.8～4.0℃;距离分水器最近(24 m)测点地面温度较实际系统供水温度下降8.3～13.1℃;距离分水器最远(60 m)测点较最近测点(24 m)地面温度下降0.5～1.8℃。无猪时,0.3 m高温度较地面温度降低5.0℃;距离地面0.3 m以上不同高度温度变化不明显。对于北京保育猪舍适宜采用空气源热泵地暖供暖,推荐蓄水罐设定温度宜为43～32℃,实际供水温度宜为40.6～29.9℃。     

堆肥废气余热回用对寒区好氧堆肥的影响

黑龙江地处高寒地区,好氧堆肥存在自然升温、高温维持困难、增温设备能耗高、堆肥周期长等问题。该研究在传统好氧堆肥设备中增设板翅余热换热系统,利用堆肥废气热能预热通风空气,系统研究不同环境温度时堆肥废气余热回用对好氧堆肥增温效果及堆肥品质的影响。结果表明：通风量、通风频率分别为16 L/min、每间隔2 h 通风20 min时更有利于堆体升温;回收堆体排出废气的余热预热通风空气能够显著提升好氧堆肥堆体的温度（P<0.05）,环境温度分别为11.4～13.4 ℃和7.1～8.6 ℃时,堆体最高温度可分别达到63.8和62.4 ℃,50 ℃以上可分别维持7.15和5.61 d,而且在含水率、有机质、C/N、pH值、电导率（Electrical Conductivity,EC）等堆肥效果方面也更具优势,有机质含量可分别降到53.28%和55.06%。该余热回收系统实际可行,且当环境温度为7.1～8.6 ℃及以下时,好氧堆肥必须采取余热回用措施才能维持正常的堆体温度,达到无害化标准要求。研究结果可为北方高寒地区好氧堆肥技术的应用及推广提供支撑。     

用热管换热器回收密闭式鸡舍冬季换气中的余热

中国北方地区冬季气温低且冬季长，鸡舍结构上多采用密闭式以保温，使得冬季舍内空气质量恶化，须强制通风换气以保证空气质量，其结果使舍内气温降低。各种鸡舍在通风换气下舍温仅-2～3℃(东北地区舍温更低)，导致蛋鸡舍在冬季的生产性能下降5%～10%。由于冬季舍内排出的废气与补充的新风温差可达10～25℃，废气与新风还有湿度差，废气余热(包括显热和极少量的潜热)有一定的利用价值。为解决通风换气与保温这一对矛盾，该文提出将热管换热器用于回收密闭式鸡舍冬季排出废气中的余热。利用热管换热器可以将废气的50%以上余热回收以加热由舍外强制送入鸡舍的新风，以适当提高新风的温度。文中对热管换热器作了传热及阻力设计计算，对一定工况进行了参数优化并编制了通用程序。将热管换热器系统运用在鸡舍中运行，热管换热器实测热效率可达50%～65%，可节能、节省饲料 、提高产蛋率，有一定的推广价值。     

热回收通风系统结合锅炉房预热改善严寒地区兔舍室内环境

热回收通风在寒冷地区畜舍中应用越来越广泛,但严寒地区热回收通风的热交换器的结冰问题限制其应用。为找到经济的办法解决热回收通风在严寒地区冬季运行的问题,探索严寒地区冬季兔舍通风与供暖合理搭配的模式,缓解通风与保温之间的矛盾,本研究在我国东北阿荣旗冬季兔舍开展了热回收通风结合锅炉供暖的试验。试验中利用锅炉散发的余热对寒冷空气预热后,再进入热交换器中进行排风热回收,防止热交换器结冰导致其无法运行。结果显示,当该系统运行时,兔舍内氨气和二氧化碳浓度分别降低了46% 和64%。室外温度为-15.8 ℃～-11.8 ℃时,通风带来的兔舍温度下降仅为1.8 ℃;家兔呼吸道和皮肤病冬季的发病率相比上一年分别降低了16%和4%。室外冷空气通过锅炉房预热,温度提高了10.1℃,再通过空气热交换器时,温度从提高了6.5 ℃,运行过程中未观察到热交换器结冰的现象。锅炉房预热和热回收通风对冷风的加热能量负荷分别为12.6 kW和5.0 kW。热回收通风系统的显热回收效率为75.6%,能效比为6.2,设备投资回收期为3年。将热回收通风系统结合锅炉房预热可以在不额外增加耗能的情况下,大幅改善冬季兔舍的环境,为改进严寒地区兔舍冬季通风与供暖模式提供了参考。     

基于沼液余热回收的沼气工程系统净产能特性

沼气发酵是目前最常用的有机废弃物处理方法。为研究发酵温度、进料挥发性固体浓度(volatile solid,VS)、沼液余热回收等对沼气工程系统净产能的影响,该文基于系统能量平衡模型,以能效比和净产能为评价指标,探讨了以猪粪尿为原料的小型沼气工程系统的净产能特性。研究表明:针对基准指标,进料VS浓度与发酵温度都存在一定的对应关系,且随系统运行模式的不同而不同。进料VS质量分数为4%时,若保证系统达到基准能效比,沼气锅炉加热模式下,发酵温度最大为28.9℃;实施沼液余热回收后,最大发酵温度增大为36.5℃。当系统取得最大净产能时,上述2种模式下对应的发酵温度分别为30和35℃。此外,同一进料浓度下,沼液余热回收前后最大净产能的增幅可达11.5%,其对应的能效比增幅为53.1%。因此,需综合考虑进料浓度、发酵温度、运行方式、净产能和能效比等因素确定合理的运行参数,确保沼气工程系统良好有序运行。     

冬小麦/大葱轮作体系N_2O排放特征及影响因素研究

采用静态暗箱-气相色谱法研究了冬小麦/大葱轮作体系不同施肥处理下农田N2O排放特征及排放系数,分析了土壤湿度和土壤温度等环境因子对N2O排放的影响。结果表明,农田N2O排放高峰值主要出现在每次施肥＋灌溉或强降雨之后的一段时间,大葱生长季排放峰值高且出现的频率比小麦生长季密集;N2O排放通量变化范围为-3.85～507.11μg N·m-2·h-1,平均值为251.63μgN·m-2·h-1,对于不同施肥处理,其年度N2O排放总量介于1.71 kg N·hm-2到4.60 kg N·hm-2之间。整个轮作体系不同处理N2O排放系数介于0.31%到0.48%之间,均值为0.43%;相对比农民习惯（FP）处理,优化施肥（OPT）、优化减氮（OPT-N）以及秸秆还田（C/N）处理均能显著减少N2O的排放,秸秆还田处理和优化减氮处理N2O排放总量比优化处理分别减少了17%和10%。在10℃〈土壤温度（T）s〈20℃时,N2O排放随温度的升高而增加;整个小麦生长季N2O排放随土壤湿度的增加而增加,且达到0.05的显著水平;大葱生长季在20℃〈Ts〈30℃时,土壤水分含量成为主要限制因素,N2O排放与土壤孔隙含水量（WFPS）呈显著指数正相关关系。秸秆还田处理作物产量高于其他处理,是具有减排增产＂双赢＂效果的农田管理措施。     

甜高粱茎秆固态发酵制取燃料乙醇中试项目能耗分析

对以甜高粱茎秆为原料燃料乙醇中试项目的工艺进行了描述,对乙醇及副产品生产进行了能耗分析。该项目采用固态发酵工艺,乙醇转化率达到理论值的95.8%,并对剩余的茎秆渣进行综合利用,实现了余热回收利用,具有低排放的环保特性。项目年产无水乙醇1000t/a、发酵秸秆蛋白饲料1500t/a和秸秆纤维纸浆5000t/a。能耗分析表明,在考虑余热回收情况下,系统全年生产总能耗为4.31×106kW·h/a,无水乙醇的单位生产能耗为2759.67kW·h/t,蛋白饲料的单位生产能耗为36.86kW·h/t,秸秆纤维纸浆的单位生产能耗为298.41kW·h/t。无水乙醇生产工艺中回收余热量8.9×105kW·h/a。该系统中乙醇生产能量回收率为62.9%,高于以玉米等粮食原料生产乙醇的能量回收率。     

南美白对虾太阳能干燥能耗参数优化及中试

为降低南美白对虾干燥能耗,提高南美白对虾干燥品质,该文探讨了实验室太阳能干燥温度、风速及干燥量对干燥效果的影响和中试试验。通过实验室试验确定干燥温度范围为45～55℃,风速6～8 m/s,干燥量3～4 kg,响应面分析法分析了太阳能干燥温度、风速及干燥量与干燥能耗的关系,建立了二次回归模型,确定南美白对虾太阳能干燥最佳工艺参数为：干燥温度为53.40℃,风速为7.43 m/s,干燥量为3.65 kg。在实验室数据的基础上进行了中试试验,结果表明干燥鲜虾量100 kg（煮后69.5 kg）得到38.16 kg产品,所需总能耗549827.05 kJ,其中太阳能提供了379619.05 kJ,实际耗电47.28kW·h（折合能量170208 kJ）。太阳能干燥单位质量（1 kg）南美白对虾实际能耗0.68 kW·h/kg,相比热风纯电加热器干燥节能1.51kW·h/kg,相比燃煤烘房干燥可减少0.75kg/kg CO2排放。该研究结果为南美白对虾太阳能干燥工业化生产提供参考。     

气-气换热器对太阳能再生装置性能的影响

再生装置是太阳能蒸发除湿降温系统的重要组成部分,但普遍存在再生性能较低的问题。为了提高再生性能,将气-气换热器加装于再生装置中用于回收部分空气余热。讨论了两种再生装置的特点,测试了加装前后再生装置的性能。试验结果表明：再生装置的除湿增量、再生效率都随着太阳能热水温度的升高而提高;气-气换热器的加装能有效提高再生装置的再生性能,除湿量可以达到40～55 g/kg,较未加装时提高了35～45 g/kg;再生效率在热水温度90℃时可以达到60%,同等温度下高出未加装换热器50%。因此,余热的回收利用对于再生装置性能的提高至关重要。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第3～7 d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43～4.84 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%～0.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.89～2.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%～0.47%。小麦季和水稻季施氮后0～15 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%～66.72%和87.97%～93.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

逆流式气-气换热器的设计与性能试验

介绍了一种逆流式气-气换热器的结构、设计及工作过程,并利用数值计算与现场试验的方法对该换热器进行了性能测试。该气-气换热器采用聚丙烯（PP）塑料材料作为换热片,流体方向为逆流式换热。数值方法计算结果表明,换热器换热量与风量呈正相关关系,换热效率随热端风量的增大而提高：热端风量为4 475 m3/h时,换热效率为0.55～0.75;热端风量为7 800 m3/h时,换热效率为0.6～0.8。性能测试的结果表明,该换热器的实际换热效率与数值计算的换热效率基本吻合：热端风量为4 475 m3/h时,实测值为0.45～0.7;热端风量为7 800 m3/h时,实测值为0.65～0.9。因此,该PP逆流式气-气换热器具有很好的换热性能。     

车用生物燃气工程范例余热定量评估及可利用性分析

针对车用生物燃气工程能耗高、余热利用率低的问题,该文以国内4个典型工程为基础,构建了产气规模为1万m3/d的示例工程,并对其进行余热分析.分析结果显示,此类工程用能量大,占总产能的30.01%~36.44%;余热利用率低,只有部分贫液余热得以回收;系统余热主要由脱碳塔顶气余热、脱碳贫液余热、压缩机余热、沼液余热和锅炉尾气余热5部分组成,其多为低品位余热、量大稳定.余热计算表明,在最冷月和最热月系统余热潜力分别为5.87×104、4.79×104MJ/d,最大节能潜力分别为74.81%和73.92%,节能潜力降序排列为沼液余热>贫液余热>塔顶气余热>压缩机余热>锅炉余热.余热可利用性分析认为工程余热可利用性较高,回收价值较大.     

海水源热泵对海参育苗废水热能回收的工程应用

该文针对水产生物工厂化育苗水体升温技术需求,开展了利用育苗废水作热源为育苗水体升温的海水源热泵集成技术应用示范,探讨了集成系统对海参育苗水体升温和废水热能的回收效果。结果表明,进入I级换热器的育苗废水和新鲜海水温度分别为10.3~14.9℃和-1.9~4.9℃时,新鲜海水出水温度提升4.6~5.8℃,废水热能最大回收率达到59.2%;海水源热泵的废水热源温度和流量一定时,新鲜海水的温升幅度随其入流流量和温度升高而降低,入流温度分别为7.3和10.3℃的新鲜海水,流量不超过15和20 m~3/h时,出水温度均保持在15℃以上,满足海参育苗水温要求。热泵对废水热能的最大回收率为40.7%,COP(coefficient of performance)在5.03以上;集成升温系统比传统锅炉升温综合节能37.6%以上,减排二氧化碳约2 200 t/a,当年内可收回设备投资费用。     

海水源热泵在养殖水体升温与废水余热回收中的应用效果

该文开展了利用鲆鲽鱼类养殖废水作热源、为养殖用水升温的海水源热泵设备试验研究。探讨了养殖废水温度和流量对热泵的制热性能、养殖用水升温和废水余热的回收效果的影响。结果表明,养殖废水温度和流量愈高,热泵的制热性能改善愈明显,当废水温度为8.0~9.0℃、流量为200~700 L/h时,热泵的制热性能系数(coefficient of performance,COP)为2.61~3.85,废水温度升至10.5~14.6℃时,在上述流量范围内,热泵的COP值达到3.19~5.12;另外,养殖废水温度愈高或流量愈低,海水源热泵对养殖用水的升温效果愈好。当养殖废水温度低于10℃时,将流量控制在400 L/h以下,海水源热泵可将7℃的养殖用水的温度提升至10.0~12.8℃,如果利用10.5~14.6℃的养殖废水作热源,流量达到700 L/h时,海水源热泵能将养殖用水的温度由7℃升至10.4~13.4℃,利用10℃以上的养殖废水作热源时,废水的最大降温幅度达9.2℃;此外,对比分析发现,利用10.5~14.6℃的养殖废水作热源时,海水源热泵对养殖用水的升温费用比燃煤(油、气)锅炉和电加热分别降低0.36、2.91、5.86和5.68元/t,每年比燃煤锅炉减排二氧化碳2.7~7.3 t。     

生物质好氧发酵热生产与回收利用研究进展

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。为将生物质能高效转化为热能利用,人们对发酵热回收利用进行了研究,但是没有将热生产、热回收和热利用三个阶段进行系统联系,导致热回收工艺效率不高。该文主要阐述了好氧发酵产热原理,并从菌剂、原料理化性质和发酵工艺三个方面对发酵热生产的影响进行了探讨,总结了现有热回收利用系统,最后对生物质好氧发酵热生产与回收利用系统的发展方向进行展望,以期为生物质发酵热能利用提供支持。     

鸡舍换气余热干燥鸡粪设备夏季干燥性能研究

鸡舍换气余热干燥鸡粪是指利用鸡舍换气时排出废气的余热来除去鸡粪中水分的热力干燥方法,该方法的主要特点为工艺简单、能耗低。该文主要对鸡舍换气余热干燥鸡粪的原理进行了阐述,探讨了鸡粪干燥过程中各种热量的计算方法,并针对中国的气候特点,结合鸡舍换气余热干燥鸡粪设备设计改造了一种可在夏季利用环境空气对鸡粪进行干燥的通风方式,最后对湖北应城的一套鸡粪干燥设备(manure drying system,MDS)进行了夏季应用效果的测试。结果表明:夏季不同天气条件下干燥设备的干燥速率差异较大;晴天天气下由于外界环境空气的混入,鸡粪含水率从初始含水量降至28%(湿基)耗时只需28 h左右,比阴雨天气下缩短约20 h;夏季阴雨天气下鸡舍换气余热可满足48 h内把鸡粪含水率降至30%以下的热量需求,但阴雨天气会降低鸡粪的干燥速率。晴天天气下由于湿帘的影响,鸡舍所排废气湿度过大,此时可结合环境热空气对鸡粪进行干燥,提高鸡粪干燥速率。研究结果可为优化鸡粪干燥工艺,探索节能环保的干燥方法提供理论参考。     

拖拉机排气余热板翅式蒸发器热力性能分析与参数优化

利用拖拉机排气余热能够有效降低燃油消耗,其中基于有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC)的余热能量转换效率最高。该研究根据拖拉机实际空间尺寸,试制了一种板翅式蒸发器用以回收柴油机排气余热。基于移动边界法建立排气与工质对流传热数值模型,结合台架试验数据验证模型有效性,并定量分析了柴油机全工况下蒸发器热力性能。为提高蒸发器传热量和适用范围,采用CFD仿真和BP神经网络进一步分析非设计工况时蒸发器传热特性,并对结构与工质参数进行优化。结果表明:1)蒸发器热力性能随转速和负载增大而提高,最大传热量为69.89 kW,在中低转速负载工况下,蒸发器出现传热不稳定现象;2)增加接管倒角和改变翅片形状,在蒸发器尺寸不变条件下传热量可提高5.2%,传热面积增大0.19m~2;3)通过优化流道、工质流量和进口温度,能够改善中低负载工况热力性能,如柴油机1 500 r/min时,工质流量可在0.03～0.08 kg/s范围变化,最大传热量可达19.46 kW。研究结果可为蒸发器实际应用于拖拉机及与柴油机工况匹配提供参考。     

间歇热处理抑制热伤害提高黄瓜贮藏品质

为了研究间歇热处理抑制黄瓜热伤害及对其贮藏品质的影响,以38℃热水为介质,分别对黄瓜进行连续处理60 min(H组)、及每连续处理10 min便放到常温水(20℃)中回温的间歇处理(I组),其中I组总有效热处理时间为60 min。处理后将所有黄瓜转移到温度12℃、相对湿度90%的冷库中贮藏15 d。测量了热处理过程中黄瓜内部组织温度分布;记录了贮藏期间黄瓜某些品质及抗氧化酶活性指标的变化,如呼吸速率、细胞膜透性、过氧化物酶(peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)及过氧化氢酶(catalase,CAT)活性等。结果显示,与CK组(不做任何处理)相比,H组有较高的呼吸强度、失重率、细胞膜透性及较低的硬度,表明H组出现了热伤害现象,同时H组和CK组在抗氧化酶活性方面没有显著差别(P0.05)。贮藏结束时,H组呼吸速率、硬度、相对电导率分别是CK组的1.19倍、92%及1.13倍。I组在品质及抗氧化酶活性方面均表现较佳。贮藏结束时,I组呼吸强度、失重率、POD、CAT、SOD活性分别是CK组的80%、55%、1.41倍、1.67倍及1.24倍。此外,通过对黄瓜内部组织温度的动态分析得:热处理过程中黄瓜组织所达到最高温度及在该温度下连续时间是造成黄瓜热伤害的内在因素;具有较快温度变化的热处理前期是黄瓜产生热处理保鲜效果的重要阶段。     

番茄叶片和果实热容量的热平衡测定方法

为了分析植物器官体温形成机制的需要,即在植物与环境间热平衡分析时,有准确的植物器官热容量参数,该文采用热平衡法测定了番茄叶片和果实的热容量参数。考虑胁迫生态环境植物传热分析问题,也选择了侧柏等生态恢复先锋树种,以及作为参照的肉质植物芦荟的热容量参数。结果表明,番茄叶片热容为3253.7±97.10J/(kg℃),与针叶植物侧柏和肉质叶植物芦荟叶片的热容相近;番茄果实热容为3517.4±68.50J/(kg℃)。热平衡法可以用来测定植物器官的热容量;其热容量均低于水的热容量。对前人用热平衡法测定生物质热物性参数的方法,进行了改进和完善。该文既为其他生物质的热容量测定提供了试验方法,也为植物气候空间研究提供了热物性参数基础数据。     

畜舍热交换芯体-风机热回收通风系统的热回收效果

热回收通风作为一种节能的通风换气方式,可缓解畜舍保温能耗与通风的矛盾。然而民用一体式热回收通风系统在畜舍中直接应用时存在通风量小、单位通风量的设备造价高等问题。该研究设计了适用于畜舍的新型节能热回收通风系统,并研究该热回收通风系统在以下3种不同配置条件下的热回收效果,探究该系统在畜舍中的较佳运行条件:板翅式热交换芯体配置不同迎面风速的热回收效果;新风依次经过2个串联连接的板翅式热交换芯体后的热回收效果;优化了板式热交换芯体与噪声小、风量大的轴流风机的参数配比后的热回收效果。结果表明:在舍内外温差为12.08℃,芯体配置迎面风速分别为1.05和0.86 m/s时,新风温度经过板翅式热交换芯体后分别升高了1.93和2.79℃,显热回收效率、热回收负荷和能效比分别为35.88%和43.63%、0.16和0.19 kW,1.37和1.61,两者显热回收效率均未达到冬季65%的节能标准。在舍内外温差为10.49℃时,新风依次经过串联的2个板翅式热回收芯体,经过第1次热交换后新风温度升高2.59℃,显热回收效率为52.11%,热回收负荷及能效比分别为0.39 kW,3.26;新风经过第2次热交换芯体时热回收作用甚微。优化板式热交换芯体与风机配比后,在舍内外温差为12.12℃,迎面风速为4 m/s时,新风温度升高8.23℃,显热回收效率为69.9%,能效比为8.0,达到了冬季节能标准。从该研究热回收效果看,第3种配置参数条件平衡了热回收效率及通风需求的关系,可满足畜舍大通风量及节能的需求。