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1、-本文出自华誉能源董事长张军的新书 地热能、余热能与热泵技术 第 1.4.3章节能质系数及计算方法分析方法和能级分析法只是在理论上对能量的合理利用做出了指导，在实际应用中，热能能否转化为功还受到实际技术条件的限制，为此清华大学江亿院士等学者在分析和能级分析的基础上提出了一个在实际应用中衡量各种能源品位高低的指标能质系数，并给出了各种能源的能质系数的计算方法。该方法将不同能源对外所能做的最大功和其总能量的比值定义为这种能源的能质系数，用表示，其计算公式如下：(1-4-5)=式中Q为该种形式能源的总能量，单位为kJ；W为总能量中可以转化为功的部分，即这种能源所拥有的的数量，单位为kJ。能质系数与能
2、级的概念十分接近，但能质系数更侧重于能量的实际做功能力，而能级则侧重于能量的理论做功能力。电能和机械能是最高品位的能源，可以完全转化为功，其能质系数为1，其它能源形式的能质系数需要根据其对外做功的能力分别确定。1.燃料的能质系数燃料需要通过燃烧将能量以热能的形式释放出来，再用热能去做功。根据公式（1-3-3），各种燃料做功能力的大小与它们的燃烧温度有关，燃烧温度越高，做功能力就越强。如果燃料燃烧产生的烟气温度为T 燃 ，不考虑换热效率和转化效率，并以大气环境T 0作为低温热源温度，那么燃料燃烧后在T 燃 这个温度下可以做的功为：(1-4-6)=(10燃 )由于做功的过程是动态的，燃料燃烧产生的
3、烟气在做功的过程中温度会不断下降，当烟气的温度为T时，温度稍稍向下降低T所释放出来的热量为Q，其做功的能力为W，那么(1-4-7)=(10)因此以环境温度T 0作为低温热源温度，烟气在从温度T 燃 下降到温度T 0的过程中，所累积的做功的总量需要用积分表示：(1-4-8)=(10)由于Q=CpT,其中Cp为烟气的热容，即每kg烟气温度下降1所释放的热量，上式可转化为：(1-4-9)=(10)Cp T对上式进行积分后可得：(1-4-10)=10燃 0ln燃0燃上式中，Q 燃 为燃料燃烧产生的热量。那么，燃料的能质系数可以初步表示为： （1-4-11）燃 =10燃 0ln燃0根据公式（1-4-11
4、）及相关技术应用条件，可获得各种燃料的能质系数。（1）天然气在现有的常规技术条件下，天然气作功可以通过燃气轮机进行。燃气轮机中天然气燃烧温度为1300（1573.15K）左右。因此，按照式（1-4-11）计算天然气的能质系数时，燃烧温度取1300更符合实际情况和目前的技术水平。式（1-4-12）即按照1300计算的天然气的能质系数，视环境温度不同，天然气的能质系数为0.600.64之间。（1-4-12）=101573.150ln1573.150（2）煤的能质系数天然气等清洁燃料燃烧产生的烟气因为比较清洁，可以直接用于推动燃气轮机做功发电，但像煤碳等不清洁的燃料产生的烟气不能直接作功。煤炭燃烧产
5、生的烟气中含有硫等腐蚀性成分和大量灰尘，在目前的技术条件下不能直接利用，需要经过锅炉等装置将能量传递给蒸汽等二次能源，利用这些二次能源才能做功。在现有的技术条件下，金属材料的耐温条件限制了蒸汽的上限温度，若锅炉材质采用铁素体钢时，其耐受温度的上限大约是585，故目前煤发电系统所采用的蒸汽动力装置的最高蒸汽温度为 T =550(823.15K)，此温度是煤能质系数的实际计算温度。由此，煤的能质系数可按照公式（1-4-13）进行计算。依环境温度不同，煤的能质系数在0.410.46之间。（1-4-13）=10823.150ln823.1502.二次能源的能质系数我们经常利用的二次能源有电力、蒸汽和热
6、水等形式，电的能质系数为1，以下分别介绍市政热水、市政蒸汽以及冷冻水等几种二次能源的能质系数的计算方法。（1）市政供热热水以环境温度T 0作为低温热源温度，供、回水温度分别为T g和T h的市政供热热水在从温度T g下降到温度T h的过程中，其热量中可以完全转化为功的部分为：(1-4-14)=(10ln)因此，市政热水的能质系数计算公式如下，其能质系数的大小与供、回水的温度密切相关。(1-4-15)热 水 =10ln（2）市政蒸汽市政蒸汽一般在0.40.8MPa之间。按照蒸汽压力来计算，蒸汽做功的能力主要为汽化潜热释放阶段，此阶段为等温过程，所以市政蒸汽的能质系数见(1-4-16)式，其中T
7、汽 是蒸汽压力所对应的饱和温度(单位为K)。（1-4-16 ）汽 =10汽（3）冷冻水以环境温度 T0作为低温热源温度，供、回水温度分别为 Tg和 Th的冷冻水，从温度 Tg上升到温度 Th的过程中，其能量中可以完全转化为功的部分为： (1-4-17)=(01)=( 0ln1)因此，冷冻水的能质系数计算公式如（1-4-18）式所示，其数值与供、回水的温度密切相关。（1-4-18）冷 冻 水 =0ln13.能质系数汇总表1-4-1 能质系数（北京市气象参数）名称 夏季能质系数 冬季能质系数 备注天然气 0.60 0.64煤 0.41 0.46市政热水 0.15 0.23 与供回水温度有关市政蒸汽 0.27 0.35 与使用的蒸汽压力有关冷冻水 0.07 -0.07是供回水为712时的能质系数能源品位的高低，或者说能质系数的大小与能源使用地点的参考温度（一般选用大气环境温度T 0）密切相关。根据采暖空调系统的使用时间，可以分为夏季和冬季两种情况来考虑。夏季的参考温度选择为：夏季空气调节日平均温度；冬季的参考温度选择为：日平均温度5期间的平均温度。表1-4-1是在北京市气象参数条件下，各种不同种类能源的能质系数。由于冬季和夏季的环境温度T 0不同，所以各种能源在冬季和夏季的能质系数也是不一样的。
