冬冷夏热地区应用地表水源热泵系统供暖的优化方法

【摘要】：实现可持续发展成为世界各国在新时代面临的重大挑战和紧迫任务。在制冷空调领域,在满足人们健康、舒适要求的前提下,优化能源结构,提高能源利用率,可持续开发利用可再生能源,减少常规能源消耗,显得尤为迫切和重要。适应这一要求,作为空调冷热源中能源转换效率最高的热泵应用技术,正受到人们的日益重视和关注。 水源热泵是一种利用地下浅层水资源(地表水或地下水),既可供暖又可制冷的高效节能热泵系统。水源分别在冬季作为热泵供暖的热源,在夏季作为制冷的冷源。由于水源温度较空气源温度稳定,因此水源热泵系统较空气源热泵系统运行会更稳定,而且冬季也不会出现结霜情况。 本文以湖南省湘潭市某水源热泵项目为研究对象,对大规模的湖水水源热泵空调系统相关性能进行了研究。论文首先回顾了国内外地表水源热泵的研究进展,并对该类空调系统的优势及其应用范围进行了分析和总结;通过实地测试,对研究对象冬季供暖工况运行特性和参数匹配进行了试验研究,计算了该系统的性能系数(COP值),分析了其运行状况;为了对供回水管道敷设位置进行优化,本文在分析水温和室外气温关系的基础上,建立了模拟湖水水平方向沿程水温分布的一维模型,运用该模型模拟了作为冷热源的人工湖沿程水温分布,并将模拟结果与实测结果进行了对比和分析,证明了该模型的可靠性和实用性;为了优化系统的供暖模式,本文在温度频段法的基础上,提出了一种简单易行的计算地表水源热泵空调系统制热季节性能系数(HSPF)的方法——逐日累加法,通过计算HSPF值,分析地表水源热泵系统的供暖节能性,提出了节能性能最优的供暖模式;采用费用年值法计算地表水源热泵系统的投资费用,分析供暖经济性,提出了经济性最优的供暖模式;最后,对水源热泵和风冷热泵的系统能耗、HSPF值、投资费用、单位建筑面积费用年值等进行了比较,结果表明,一个供暖季节,采用地表水源热泵系统可以节约31.4%的能耗,单位建筑面积供暖费用年值比风冷热泵系统少2.99元/(m~2·a),年运行费用可节省15.59%。揭示了地表水源热泵系统在湖南这类气候地区使用的节能性和经济性优势。