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《重庆大学》 2010年
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开式地表水源热泵系统动态性能研究

韩传璞  
【摘要】:随着我国工业和经济的高速发展以及环境和能源问题的日益严峻,近些年地表水源热泵空调系统得到越来越多的关注和应用。我国拥有丰富的地表水资源,尤其是我国长江流域和南方的广大地区湖泊、池塘、水库、江河等地表水水资源非常丰富,对我国大力发展地表水源热泵有重大意义。 目前,很多利用湖泊、池塘、水库、江河等地表水体的地表水源热泵系统在我国已经开始投入使用,其中以开式系统的工程居多。但由于理论研究的欠缺和实际工程中经验的不足,系统在实际运行中出现了各种各样的问题,并最终导致系统运行不节能的现象。对于滞留水体,导致系统不节能有两个主要因素:一个是取水温度和取水水量,另一个重要因素就是取水能耗。确定一个地表水源热泵系统是否节能应该考虑取水温度和取水能耗的最优耦合值。对于流动水体,导致系统运行不节能的主要因素是取水方案的确定,包括取水高差、取水方式等。 本文重点以水深为4~10m的地表浅层水体为研究对象,针对开式地表水水源热泵系统,对其动态运行特性进行了分析和研究。本文的主要研究内容及得到的主要结论如下:针对以地表浅层滞留水体为低位冷热源的开式地表水源热泵系统: ①以地表浅层滞留水体为研究对象,在流体运动基本方程N—S方程的基础上,利用水体水温、质量和能量方程建立了开式地表水源热泵系统利用水体的水温变化二维数学模型,并采用数值计算方法求解得到水体水温的数值解。 ②以地表浅层滞留水体为研究对象,分别对夏季和冬季地表水源热泵系统动态水温分布进行分析研究。根据已建立的动态二维水温模型以及建筑全年的逐时负荷值,分别采用逐时参数和平均参数来计算滞留水体夏季动态水温变化。对比计算结果得到相对于逐时负荷参数值而言,平均负荷参数对水温分布计算结果的偏差影响不显著;而相对于逐时气象参数而言,平均气象参数对计算结果的偏差影响显著。因此,建议在对地表水体水温做动态分析时尽可能采用逐时气象参数,以提高分析的精确性及可靠性。 ③以冬季取水温度限值为依据,对冬季滞留水体最大供热能力进行了分析。求解出在系统供热期间不同负荷特征以及不同初始水温下水体能够承受的最大排冷量。通过回归方法,得到水体热承载能力与水体特征参数之间的函数关系。并通过实际工程对计算结果进行检验得到其可靠性。 ④基于重庆地区气候条件,文章分别分析了降雨对地表滞留水体水温分布及水体热承载能力的影响;通过分析降雨对开式水源热泵系统运行能耗的影响,得出强降雨主要以输入冷量的方式使水体水温整体降低,并实测得到降雨前后机组运行平均能效比分别为3.29和4.35,系统效率相对于降雨前提高了32.3%;小雨及阵雨主要以扰动的形式使水体上下部温度中和,对机组能耗影响不明显,但加快了取水层(水体底层)的温升速度。最后指出在对湖水源热泵系统进行效率分析时,要充分考虑当地的气候条件。 针对所有所有地表水体的开式地表水源热泵系统: ⑤针对目前实际工程中普遍存在的系统运行能耗过大的状况,在水源热泵机组能耗模型、取水能耗模型等的基础上建立了开式地表水源热泵系统的能耗耦合模型。基于节能率及水泵能耗的规律特点计算得到了不同的冷却塔出水温度下,不同取水水泵扬程下的动态取水温度限值,建立了开式地表水源热泵动态取水温度限值的计算方法。并计算得到不同工况条件下的地表水源热泵系统相对传统空调的节能率。对满足水体热承载能力的水源热泵系统的节能性进行了分析,得出水体的热承载能力并不是保证水源热泵系统节能的唯一指标,系统的节能性是取水温度和取水能耗耦合作用的结果。 ⑥以重庆市某实际工程为例,对该工程中开式地表水源热泵系统夏季运行情况做了详细的测试和分析,并对作为该系统低位冷热源的人工湖体的热承载能力进行分析,得出该湖体的热承载能力偏低;并对系统夏季能耗及节能性进行了分析。最终得出了其设计和运行中的不足并提出了改进措施,并可对其他类似工程起到借鉴的作用。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU831.3

【引证文献】
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