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新型热泵式热回收新风设备仿真与实验研究

李无言  
【摘要】:在建筑暖通系统中使用新风设备是改善室内空气品质的主要技术手段之一。由于新风的引入会带来额外的冷热负荷,利用排风余热进行新风处理的方案就成为了降低暖通系统能耗的可行方法。带有热泵系统的的新风设备具有出风参数可控,不受地域条件影响的特点。同时它应用方式灵活,可作为单独的冷热源设备使用,这使其具有广泛的应用前景。然而在现有的研究中,这类设备的应用最大的障碍是其制冷、制热效率较低,无法满足对于运行成本相对敏感的家庭用户的要求。因此,本研究提出一种利用间接蒸发冷却技术增效的两级处理型排风热泵新风设备,并对其开展了包括理论分析、实验测试和应用模拟等方面的广泛研究,主要从以下几个方面进行了工作:首先,根据以往对于排风热泵系统以及间接蒸发冷却热回收的研究基础提出了这种两种设备结合的新风处理设备,设计并且制作样机进行试验测试。在实验测试中,对于该样机在全年变工况下的运行特性进行了较为详尽的测试。特别是对其在夏季工况的性能进行了深入的研究,实验中包括了其四种制冷运行方案的研究。实验结果显示,在夏季标准工况下,新风主机以间接蒸发冷却热回收+排风热泵的形式运行的制冷能综合效能达到5.12,相比于传统排风热泵系统,实现节能70%以上。其次,建立了间接蒸发冷却热回收换热器、排风热泵系统中主要部件的数学模型。并以此为基础,基于Matlab平台开发出了其数值仿真模型。仿真模型按照每个模块的自身特征和换热特性进行建模,可以模拟可以模拟新风机组在多种运行工况下的运行特性。而且基于各个部件详细的数学模型,对于每个部件的热质交换过程均可利用仿真平台进行研究。仿真平台的准确性同时也利用实验研究中的数据进行了验证和校准。然后,利用仿真平台,对于新风主机在不同室内外环境条件下的运行特性进行了模拟研究。重点研究了新风温、湿度,排风温、湿度以及新风、排风风量的变化对于新风主机在冬夏季制热、制冷工况下对于性能的影响。再者,研究中除了利用传统的能量分析,同时也通过热力学第二定律的导出量-?这一指标对于新风主机中发生的热湿交换和能量传递、转换过程进行了分析和优化。在此过程中,基于板式的间接蒸发冷却热回收换热器的形体和新风主机的整体运行流程成为了主要的研究对象。结论揭示了新风主机中主要能量损失的来源,为进一步提升其效率建立的理论基础和方向指引。最后,本文建立基于Trnsys和Matlab联合运行的动态仿真平台对于新风主机结合常规热泵空调器的暖通系统在小型民用建筑的全年运行情况进行了模拟,对比了不同控制策略下全年能耗的情况,从而给出了一种基于能耗相应的全年运行策略。这种策略全年比其余两种常规运行策略分别节能14.4%和10.1%。在此基础上,本研究利用仿真平台模拟了其在不同城市气象条件下系统的运行性能,并和两种常规系统进行了对比研究。结果显示,这种新风主机在夏季负荷较大的地区展现出了优秀的节能潜力。


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