地表水水源热泵系统节能问题及适用性研究

【摘要】：随着经济和技术的发展以及能源和环境问题的日益突出,地表水源热泵空调系统将得到越来越多的关注和应用。在我国长江上游区域江河、湖泊、水库等地表水资源非常丰富,为地表水水源热泵的应用提供了优越的自然条件,然而目前地表水水源热泵的设计和应用中,还存在一些问题,输配系统能耗过大问题尤为突出,这使得水源热泵系统的节能效果降低,设计不合理的系统甚至不再节能。本文的研究旨在针对水源热泵系统能耗问题,提出降低系统能耗、提高能效的原则和方法。 本文介绍了水源热泵系统的构成,并分析了水源热泵系统各个部件的影响因素;以水源热泵综合节能实验平台为例,建立该系统热泵机组能效比模型及冷却水泵能耗模型、冷冻水泵能耗模型;并利用该试验平台对不同工况下机组能效、冷却水泵、冷冻水泵能耗进行测试,与模型计算值比较,误差较小,模型正确。基于已建立的模型,对四种不同运行模式下机组以及系统能效变化规律进行研究,得出各因素对各运行模式下机组及系统能效比的影响情况;并以系统整体能效最佳为目标,利用MATLAB软件得出各负荷率下热泵机组及水泵的最佳运行方式。 以常规空调系统(含冷却塔)为比较对象,从冷却水取水温度、取水高差,费用年值三个方面分析水源热泵系统在工程中的适用性;通过系统能耗模型得出系统能效比随冷却水取水温度和取水高差变化的关系式,并结合系统能效比的限定值(常规空调系统能效比),提出地表水水源热泵临界取水温度和取水高差的概念及计算分析方法;考虑到空调费用由初投资和运行费用组成,本文利用费用年值法对两种空调系统进行比较,得出水源热泵系统年费更小。 本论文分析冷却水进出口温差对冷却水泵能耗和热泵机组性能的影响;结合涪陵CBD水源热泵工程实例,建立冷却水泵和热泵机组能耗模型,得出总能耗最小时的冷却水最佳进出口温差,并据此得出在相同运行模式下,对比传统运行模式(冷却水进出口温差为5℃)得出其相对节能率。本论文研究提出的地表水水源热泵系统的能耗分析方法、节能措施及适用条件为地表水水源热泵系统的设计和节能运行提供了重要的理论依据。 【关键词】：地表水水源热泵 能耗模型 能效比 适应性 取水温差
【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
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题背景9-11
• 1.1.1 空调节能与可持续发展9-10
• 1.1.2 水源热泵技术应用的现实意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 地表水水源热泵系统国内外研究现状11-13
• 1.2.2 空调水变流量系统研究现状13-15
• 1.3 水源热泵输配系统存在的问题及分析15-16
• 1.4 本文的研究内容及意义16
• 1.5 本章小结16-17
• 2 地表水水源热泵系统分析模型17-39
• 2.1 地表水水源热泵系统模型的组成17-18
• 2.2 地表水水源热泵系统运行模型的数学描述18-19
• 2.3 地表水水源热泵系统模型分析19-28
• 2.3.1 水源热泵机组模型分析19-25
• 2.3.2 水泵模型25-27
• 2.3.3 目标函数参数识别和分析27-28
• 2.4 约束函数的分析28-29
• 2.4.1 等式约束28
• 2.4.2 不等式约束28-29
• 2.5 优化算法分析29-30
• 2.6 实例分析30-37
• 2.6.1 工程介绍30
• 2.6.2 水源热泵机组模型分析30-34
• 2.6.3 冷却水泵能耗模型分析34-36
• 2.6.4 冷冻水泵能耗模型分析36-37
• 2.7 本章小结37-39
• 3 实验测试与分析39-53
• 3.1 实验目的39
• 3.2 实验系统介绍39-40
• 3.3 测试内容及方法40-42
• 3.3.1 机组的制冷量或制热量40-41
• 3.3.2 水源热泵机组的放热量或吸热量41
• 3.3.3 压缩机的输入功率41
• 3.3.4 机组能效比41
• 3.3.5 测试仪表41-42
• 3.4 数据处理及分析42-51
• 3.4.1 实验测试系统的误差分析42-43
• 3.4.2 机组模型验证43-49
• 3.4.3 冷却水泵能耗模型验证49-50
• 3.4.4 冷冻水泵能耗模型验证50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 4 地表水水源热泵系统能效分析53-67
• 4.1 不同运行模式下机组能效分析53-58
• 4.1.1 冷冻水和冷却水均定流量（C_（00））53-54
• 4.1.2 冷冻水变流量，冷却水定流量（C_（10））54-55
• 4.1.3 冷冻水定流量，冷却水变流量（C_（01））55
• 4.1.4 冷冻水与冷却水均变流量（C_（11））55-56
• 4.1.5 不同运行模式下机组能效对比56-58
• 4.2 不同运行模式下水源热泵系统能效分析58-62
• 4.2.1 冷冻水和冷却水均定流量59
• 4.2.2 冷冻水变流量，冷却水定流量59-60
• 4.2.3 冷冻水定流量，冷却水变流量60
• 4.2.4 冷冻水与冷却水均变流量60-61
• 4.2.5 不同运行模式下系统能效对比分析61-62
• 4.3 优化控制下系统能效分析62-66
• 4.4 本章小结66-67
• 5 地表水水源热泵系统适用性分析67-77
• 5.1 适用性分析前提67
• 5.2 冷却水进水温度对系统能效比影响67-71
• 5.2.1 常规空调系统能效比分析68-69
• 5.2.2 不同冷却水进水温度系统能效对比69-70
• 5.2.3 临界取水温度分析70-71
• 5.3 取水高差对水源热泵系统影响71-73
• 5.3.1 取水高差对系统能效比影响71-73
• 5.3.2 临界取水高差73
• 5.4 经济适用性分析73-75
• 5.4.1 空调系统费用年值分析73-74
• 5.4.2 工程实例分析74-75
• 5.5 本章小结75-77
• 6 水源热泵系统冷却水取水温差问题分析77-95
• 6.1 冷却水进、出口温差对冷却水泵的影响77-78
• 6.2 冷却水进、出口温差对冷水机组的影响78-81
• 6.2.1 不同进、出口温差对冷凝器相对传热系数的影响78-80
• 6.2.2 冷却水不同供回水温差对冷凝温度的影响80
• 6.2.3 冷却水定、变流量对冷水机组COP 的影响80-81
• 6.3 水源热泵机组冷却水温差选择探讨81-93
• 6.3.1 工程概况81-83
• 6.3.2 水泵能耗83
• 6.3.3 机组能耗83-86
• 6.3.4 冷却水进出口最佳温差确定86-88
• 6.3.5 能耗对比分析88-93
• 6.4 本章小结93-95
• 7 结论与展望95-97
• 7.1 结论95-96
• 7.2 展望96-97
• 致谢97-98
• 参考文献98-102
• 附录102-106
• A. 水源热泵综合节能实验平台系统图102-103
• B. 机组模型部分MATLAB 代码103-105
• C. 部分优化模型MATLAB 代码105-106
• D. 硕士研究生期间公开发表的学术论文106

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