夏热冬冷地区开式热源塔热泵技术的供暖性能研究

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学科专业
供热  供燃气  通风及空调工程
文献出处
重庆大学   2014年
关键词
开式热源塔论文  传热传质论文  数学模型论文  供暖性能论文  经济性论文  节能性论文
论文摘要

热源塔是由传统冷却塔改进而来的,在冬季可以取代锅炉进行制热,实现冷、暖、生活热水三联供。热源塔技术处于刚刚起步阶段,对其内部热质交换规律的理论研究很少,在工程上的应用也很少,主要集中在长江以南夏热冬冷地区。为促进热源塔热泵技术在夏热冬冷地区的推广,本文采用理论分析、数值模拟以及实验研究的方法分析了逆流开式热源塔冬季的传热传质特性以及开式热源塔热泵系统的供暖性能、运行经济性和节能性。进行的主要工作如下:首先,通过分别考虑传热、传质系数,摈弃了传统开式冷却塔传热传质数学模型中刘易斯数Le恒为1的假设,建立了逆流开式热源塔冬季传热传质数学模型。为方便求解,本文采用区域离散的方法求解数学模型,将模型计算结果与工程实测结果进行对比分析,分析后发现模型准确度较高。同时,利用C++程序设计语言,编制了逆流开式热源塔冬季性能计算软件。其次,利用逆流开式热源塔冬季性能计算软件分析了逆流开式热源塔冬季传热传质过程中沿填料高度方向各参数分布情况,并定量分析了不同运行参数和结构参数对逆流开式热源塔传热传质性能的影响,以及冬季运行时凝结水的调节。然后,通过综合考虑机组负荷率、冷凝器侧进水温度、蒸发器侧进水温度、冷凝器侧水量、蒸发器侧水量等五个因素的影响,以某厂家提供的螺杆式热源塔热泵机组性能数据为基础,建立了基于数据拟合分析的热源塔热泵机组冬季制热变工况能效模型,并通过41组不同工况的测试数据对模型进行了验证,验证发现模型的准确性较高。再次,根据逆流开式热源塔冬季传热传质模型和热源塔热泵机组冬季变工况能效模型,建立了开式热源塔热泵系统供暖能效耦合模型,并利用C++程序设计语言,编制了开式热源塔热泵系统冬季能耗分析软件。最后,以重庆市某办公建筑作为研究对象,利用DeST能耗模拟软件进行全年动态负荷模拟,并结合开式热源塔热泵系统冬季能耗分析软件,分析了开式热源塔热泵系统在冬季的供暖特性、运行经济性和节能性,并与空气源热泵、燃气锅炉进行了供暖运行经济性和节能性对比分析。相比空气源热泵系统,热源塔热泵系统可以节约运行费用5.55%,热泵机组节能19.04%,系统节能7.29%;相比燃气锅炉供暖系统,热源塔热泵系统可以节约运行费用10.73%,节能28.75%。在此基础上,还对该系统在夏热冬冷地区的适宜性进行了定性分析,发现开式热源塔热泵技术适合在夏热冬冷地区推广应用,尤其适合在南京、合肥及其附近的地区。

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摘要

ABSTRACT

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 热源塔热泵技术在国内外的研究动态

1.2.1 国外研究动态

1.2.2 国内研究动态

1.3 课题的研究目的与意义

1.4 课题的主要研究内容

2 开式热源塔热泵技术与热质交换理论

2.1 热源塔的三种典型结构

2.1.1 开式结构

2.1.2 普通型闭式结构

2.1.3 改进型闭式结构

2.1.4 三种典型结构的比较

2.2 开式热源塔热泵系统工作原理

2.3 开式热源塔热质交换理论

2.3.1 气—液热质交换原理

2.3.3 夏季工况热质交换过程分析

2.3.4 冬季工况热质交换过程分析

2.4 本章小结

3 开式热源塔冬季传热传质模型

3.1 开式热源塔冬季传热传质数学模型

3.1.1 物理模型

3.1.2 假设条件

3.1.3 数学模型的建立

3.2 数学模型求解

3.2.1 区域离散

3.2.2 建立离散方程组

3.2.3 参数确定

3.2.4 数值求解的计算流程

3.3 数学模型的正确性验证

3.3.1 工程实测

3.3.2 正确性验证

3.4 逆流开式热源塔冬季性能计算软件开发

3.5 本章小结

4 开式热源塔冬季传热传质特性分析

4.1 逆流开式热源塔内部参数分布

4.2 逆流开式热源塔冬季换热性能影响因素分析

4.2.1 进口湿空气干球温度的影响

4.2.2 进口湿空气含湿量的影响

4.2.3 进口湿空气流量的影响

4.2.4 进口溶液温度的影响

4.2.5 进口溶液流量的影响

4.2.6 结构参数的影响

4.3 凝结水的调节

4.4 本章小结

5 热源塔热泵机组供暖能效模型

5.1 基于数据拟合的热泵能效模型

5.1.1 基础能效比

5.1.2 冷凝器侧工况修正

5.1.3 蒸发器侧工况修正

5.1.4 机组能效计算模型

5.2 热源塔热泵机组供暖能效分析

5.2.1 基础能效比特性分析

5.2.2 水温对机组 COP 的影响分析

5.2.3 水量对机组 COP 的影响

5.2.4 模型正确性验证

5.3 本章小结

6 开式热源塔热泵系统供暖性能分析

6.1 热源塔热泵系统供暖能效耦合模型

6.1.1 数学模型的建立

6.1.2 数学模型的计算流程

6.1.3 开式热源塔热泵系统冬季能耗分析软件开发

6.2 开式热源塔热泵系统供暖经济性、节能性分析

6.2.1 建筑全年动态负荷分析

6.2.2 各方案的设备选取

6.2.3 开式热源塔热泵系统供暖能耗分析

6.2.4 空气源热泵系统供暖能耗分析

6.2.5 燃气锅炉供暖能耗分析

6.2.6 各方案供暖经济性、节能性对比分析

6.3 开式热源塔热泵系统季节供暖特性分析

6.3.1 热源塔进出口溶液温度变化

6.3.2 热源塔换热量变化

6.3.3 热源塔凝结水量变化

6.4 开式热源塔热泵系统典型日供暖特性分析

6.5 溶液再生控制策略

6.6 开式热源塔热泵系统在夏热冬冷地区的适宜性分析

6.7 本章小结

7 结论与展望

7.1 主要工作与结论

7.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 逆流开式热源塔实测数据

B. 逆流开式热源塔模型计算值

C. 逆流开式热源塔冬季性能计算软件程序主代码

D. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

E. 作者在攻读硕士学位期间获得的专利目录

F. 作者在攻读硕士学位期间参与的主要项目目录

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