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《广东工业大学》 2011年
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公共建筑能量回收和利用系统集成设计与优化方法的研究

吕凤  
【摘要】:公共建筑是建筑中的耗能大户,也是我国建筑节能工作的重点,近年来随着建筑数量的快速上升,对舒适度、洁净度的要求也日渐增高,这都将导致巨大的能源消耗和环境破坏。为了实现公共建筑的可持续发展,综合考虑节能、经济和环保的目标,本文采用系统集成优化方法对不同类型的公共建筑用能系统进行多准则优化。 通过对不同类型公共建筑用能系统的结构分析,将其划分为能量利用系统(供冷、供暖、生活热水)和能量回收再利用系统(蒸汽、高温热水、空调冷凝热、可回收余热),建立了建筑物能量系统的通用物理模型。 采用热力学第二定律分析法、技术经济分析法及碳火用税原则对该能量系统建立了火用分析模型、火用经济分析模型和火用环境分析模型。分析了能量利用系统基于火用效率、火用经济、火用环境三种优化目标下的集成设计方案。方案对比的结果表明:不同优化目标的系统优化方案出现较大差异:地源热泵通常具有较高的火用效率,而辐射地板在经济性和环保性均有优势。论文提出:应遵循统一的火用损失定价原则将火用经济和火用环境制约因素进行集成,针对集成优化目标对系统进行优化可得到综合最优的方案。 考虑到不同功能建筑物的能量回收系统存在较大差异性,论文对有不同温位热量要求的建筑物(如医院)的热回收系统进行了进一步的优化研究。按能量温度品位高低进行分类,将各温位的废(余)热和热需求以物流的形式构建换热网络。同时考虑用能情况的季节差异,采用夹点分析与数学规划相结合的方法,建立了换热网络的多周期混合整数非线性规划(MINLP)模型并采用GAMS软件求解。 论文选取了一家医院的能量系统作为案例,采用余热回收梯级利用的原则,充分考虑系统用能的周期性特点,对其进行了多准则(效率、费用及环境)下的集成优化。研究结果表明:考虑了换热网络优化后,系统总的火用效率提高了6%,年度总费用节约了8.9%。由此可见:集成的优化方法对医院、酒店等大型建筑物能量优化是有效的。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU201.5

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