4号学院楼燃气空调系统节能改造可行性及优化设计研究

【摘要】： 电力供应紧张使得使用燃气的溴化锂吸收式直燃机在我国得到了较快的发展并被广泛使用,现有直燃机保有数量较大。直燃机的能量利用效率低经济性也较差,而且随着燃气价格的不断上涨其经济性更受到质疑。因而如何提高直燃机能源利用效率和引入可再生能源从而降低直燃机燃气消耗对节能环保具有重要意义。 东华大学3、4号学院楼空调系统的冷热源是两台直燃式溴化锂冷温水机组。本文从建筑能耗分析出发,在建立建筑计算模型的基础上运用能耗分析软件Energyplus分别对3、4号学院楼的负荷和能耗作模拟计算,得到了基于实际运行时间的冷热负荷以及全年能耗。从能耗分析的结果可知正常使用时开启其中的一台机组便能满足要求。针对直燃机的低效率和不经济特点本文在原有空调机组的基础上提出了太阳能辅助直燃机余热回收系统节能改造方案,并对其用于采暖的可行性做分析研究。结合太阳辐射和余热回收特点根据改造后系统要求分别分析计算了太阳辐射量和直燃机烟气余热回收量,并建立以费用年值最小化为目标函数的最优化模型,运用Matlab最优化工具箱对该模型进行优化计算,得出基于最小费用年值的最优化结果:改造后系统的最小费用年值为109.6万元,高于改造前的104.23万元,结果不经济,但节能效果显著:改造后系统年采暖燃气耗量减少7.3×10~3 Nm~3、系统效率提高1.1%。 通过对影响改造后系统经济性的主要因素进行敏感性分析可知:当系统系统运行时间达到1184.5小时时改造后系统费用年值开始低于改造前,体现出经济性;以及在系统运行时间为828小时下天然气价格上升至3.08元/m~3或真空管集热器价格下降到442.0元/m~2时改造后系统费用年值开始低于改造前,亦体现出经济性。通过对燃气和集热器价格同时变化影响分析可知改造后系统对燃气价格的敏感性高于集热器。 从能源有效和节约利用的角度,天然气直燃式冷暖空调改造为太阳能辅助直燃机余热回收系统是一种理想的选择,从本文的结果可知方案的经济性不佳主要是改造后系统运行时间较短使用效率不高,一旦考虑系统在夏季的合理使用将会带来经济性的改观。 本文所提出的太阳能辅助直燃机余热回收系统为现有直燃式空调系统的改造提供了一条新的思路。在提高能源利用效率减少能源消耗量的同时又能降低对环境的污染。 【关键词】：直燃机 太阳能集热器 余热回收 费用年值 最优化 效率
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究背景12-14
• 1.1.1 我国的能源现状12-13
• 1.1.2 研究的重要性和意义13-14
• 1.2 用于采暖的太阳能光热利用14-15
• 1.2.1 太阳能利用14
• 1.2.2 太阳能采暖14-15
• 1.3 直燃式溴化锂吸收式冷热水空调系统现状15-17
• 1.3.1 直燃式溴化锂吸收冷、热水机组的技术发展15-16
• 1.3.2 直燃式溴化锂冷热水机组空调系统现状及问题16-17
• 1.4 太阳能辅助直燃机余热回收技术及其现状17-19
• 1.4.1 直燃机的余热回收问题17-18
• 1.4.2 直燃机-太阳能集热器联合系统的节能技术18-19
• 1.4.3 太阳能辅助直燃机余热回收系统的节能和可行性19
• 1.5 研究的主要内容和流程19-21
• 第二章 建筑能耗数据准备21-40
• 2.1 建筑能耗的计算机模拟计算21-24
• 2.1.1 建筑能耗的分析方法21-22
• 2.1.2 能耗模拟软件22-23
• 2.1.3 EnergyPlus 软件23-24
• 2.2 建筑计算模型的建立24-27
• 2.2.1 建筑空调系统参数24-26
• 2.2.2 建筑模型的建立26-27
• 2.3 建筑能耗计算27-35
• 2.3.1 气象参数28-29
• 2.3.2 围护结构能耗影响分析29-34
• 2.3.2.1 外窗29-31
• 2.3.2.2 外墙和渗透31-32
• 2.3.2.3 屋顶32-33
• 2.3.2.4 地面33-34
• 2.3.3 内部得热34-35
• 2.4 全年能耗分析35-38
• 2.4.1 能耗计算35-36
• 2.4.2 能耗分析36-38
• 2.5 小结38-40
• 第三章 太阳能集热系统方案设计40-61
• 3.1 我国太阳能资源40-41
• 3.2 太阳辐射计算41-46
• 3.2.1 太阳有关角度的计算41-42
• 3.2.2 水平面上的太阳辐射量42-43
• 3.2.3 倾斜面上的太阳能辐射量43
• 3.2.4 计算结果43-46
• 3.3 太阳能集热器计算方法46-53
• 3.3.1 太阳能集热器集热效率46-53
• 3.3.1.1 平板型太阳能集热器47-49
• 3.3.1.2 真空管太阳能集热器49-51
• 3.3.1.3 热管式太阳能集热器51-53
• 3.3.2 太阳能集热器的集热量53
• 3.4 太阳能集热器辅助系统方案53-59
• 3.4.1 集热器安装角的确定53-54
• 3.4.2 集热器系统的设计54-58
• 3.4.2.1 集热器系统方案54-55
• 3.4.2.2 集热器的安装55-56
• 3.4.2.3 热水管道的选择56-57
• 3.4.2.4 管道水力计算和保温57-58
• 3.4.3 热水系统运行方式研究58-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 直燃机烟气余热计算61-73
• 4.1 原有直燃式空调系统61
• 4.2 太阳能辅助余热回收方案61-63
• 4.3 直燃机烟气余热的热力计算63-66
• 4.3.1 空气量计算63-64
• 4.3.2 烟气量计算64-65
• 4.3.3 考虑汽化潜热的烟气焓计算65-66
• 4.4 冷凝式余热回收计算分析66-68
• 4.4.1 露点温度的确定66
• 4.4.2 排烟的余热回收计算和分析66-68
• 4.5 冷凝式余热换热器选用68-70
• 4.6 冷凝液的处理70-71
• 4.7 本章小结71-73
• 第五章 太阳能辅助余热回收系统优化研究73-90
• 5.1 按寿命期总费用的方案技术经济评价方法73-75
• 5.1.1 资金的时间价值73-74
• 5.1.2 费用年值表示的寿命期总费用计算方法74-75
• 5.2 MATLAB 优化工具箱的介绍75-76
• 5.3 太阳能辅助余热回收系统最优化数学模型76-80
• 5.3.1 太阳能集热器的价格76
• 5.3.2 原有空调系统造价76-77
• 5.3.3 直燃机能耗特性77-78
• 5.3.4 原有空调系统经济分析78-79
• 5.3.5 太阳能辅助余热回收系统数学模型79-80
• 5.4 最优化模型的求解及其解的分析(或说明)80-83
• 5.5 最优解的敏感性分析83-87
• 5.5.1 运行时间影响分析83-84
• 5.5.2 设备价格影响分析84-87
• 5.6 改造后系统的节能效果分析87-88
• 5.7 本章小结88-90
• 第六章 结论与展望90-92
• 6.1 本文结论90-91
• 6.2 展望91-92
• 参考文献92-96
• 作者在攻读硕士研究生期间的论文和成果96-97
• 致谢97

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