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夏热冬冷地区住宅小区空调冷热源利用方案

罗莉莉  
【摘要】:夏季持续高温和冬季湿冷是我国夏热冬冷地区的典型气候特征。该地区居住建筑一般没有公共的空调采暖设施。随着生活水平的提高,自行空调采暖现象普遍,主要形式为空气源分体式房间空调器和电取暖器。空气源热泵空调由于其室外机换热的局限,夏季高温天气和冬季结霜期能效比均低,并且还存在滴水、不美观等问题;电取暖器能耗大、作用范围小。本文希望提出一种全新的、具有普遍适应性的住宅小区空调冷热源方案,解决“空气源热泵分体机+电取暖器”模式存在的问题,同时保留该模式下各户独立控制、独立计费的优点。 本文首先分析了夏热冬冷地区住宅小区冷热资源的适用性。在分析冷热资源特性时,运用了两个指标——冷热资源特性指标和微环境指标。资源特性指标是从资源本身的性质出发,是具有通用性的判别标准。微环境指标是从用户侧对资源特性的影响作出评定。运用这两个指标,分别对空气、岩土、江河水、污水等多种资源进行分析,结果表明,空气作为冷热源的限制条件较少,技术成熟,从长远的角度讲,对高容积率住宅小区的适应性优于水与岩土,应是这一地区空调的主要冷热源。为了解决空气源室外侧换热滴水和外立面美观问题,提出空气源的间接利用方式,即采用多户共用冷却塔设备的方案。 在资源适应性分析的基础上,本文进一步分析了常见空调主机、冷热源侧设备、末端设备、输配系统的的优缺点,对多种方案进行了优化组合,最终提出了“集中冷却塔”+“户式水源热泵”+“辅助热源”的能源总线系统方案。 如果能源总线系统能在冬季无法正常运行,则不具备工程运用价值。如果能运行,但其能效过低,甚至低于传统模式,在实际运用中不能发挥优势,同样也不具有工程运用价值。因此,对该系统进行可行性论证及能效评价是十分必要的。 本文建立了冷却塔+水源热泵+空调末端等设备组成的实验系统,在重庆地区进行了冷却塔采热实验分析,获得了冷却塔采热出水温度与环境温度的关系以及容积散质系数与吸热效率的关系回归式,从实验的角度验证了采热的可行性。其次,从理论的角度,分析了空气与水直接接触的换热过程,进一步验证了冬季可行性。 为降低系统的复杂性,本文提出直接利用水作为采热的工作介质,当出水温度过低、负荷较大时,可能造成系统设备结冰,无法正常运行。因此,本文利用matlab编制数值计算程序,分析了不同负荷率下,系统冬季运行的出水温度,总结出结冰期划分界限为室外空气湿球温度5.2℃,为多源的能源总线系统设计和运行切换提供了依据。 在系统可行的基础上,选用SCOPLV作为能源总线系统的能效评价指标,分别计算了能源总线系统方案在空调季节和采暖季节的系统能效,将其与传统空调采暖方式相比,能源总线系统能效比家用分体式空调器提高约1.6%~5.2%。同时,分析了系统的水力稳定性,表明能源总线系统在该地区住宅小区中具有工程运用价值,可以取代当前主要的空调采暖模式。此外,还分析说明了能源总线系统方案对于其他气候区的适应性。 总的来说,本文提出了一种适用于夏热冬冷地区住宅小区的能源总线系统方案,保持了分户独立控制、独立计费的优点,并从根本上解决了传统方式存在的一系列问题,具有更高的能效。


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