双级耦合热泵在北方地区高层建筑中应用的模拟分析

摘要

本文阐述了传统供暖模式的单向性，及其带来的能源匮乏、环境污染等问题的加剧，分析了空气源热泵、地表水源热泵、地下水源热泵、土壤源热泵、太阳能热泵在北方寒冷地区应用中各自存在的问题，根据我国寒冷地区高层建筑的供热特点，提出了以空气为低位热源的双级耦合热泵系统，给出了几种新型的系统方案，进一步推广了生态循环供暖的理念，促进了空气源热泵应用范围的北扩。
　　笔者以一幢高档写字楼为例，详细分析了建筑的负荷特性，设计了四种可以与建筑空调需求相匹配的以空气为低位热源的双级耦合热泵系统的具体方案，分析解决了高层建筑应用空气源热泵可能出现的室外换热器安装不便等问题。论文重点对第四种方案——空气/水热泵+水冷VRF系统，进行了详细的数学建模及模拟计算，得出该方案在北京、沈阳、济南等城市应用时空气源热泵机组的排气温度、蒸发压力、冷凝压力、压缩比、制热性能系数等参数的变化范围。分析还得出了双级耦合热泵系统在整个采暖季消耗的能量与其提供的冷、热量之间的比例关系，得出结论：该方案在我国北方寒冷地区使用技术上是可行的，并且有很好的节能效果。
　　笔者尝试通过回收排风余热和优化蓄热水罐最高蓄热水温来获得更好的节能效果，但收效甚微。分析结果显示：排风余热回收给系统带来的节能比例很小，该方法对于改善系统最不利工况也几乎没有帮助；蓄热水罐最高蓄热水温在２５～４０℃范围内变化时，就整个采暖季而言，系统的能耗差别很小，这种方法的节能效果也不理想。论文最后对影响节能效果的因素作了分析。

目录

双级耦合热泵在北方地区高层建筑中应用的模拟分析

SIMULATION AND ANALYSIS FOR APPLYING DOUBLE COUPLING HEAT PUMP SYSTEM IN HIGH RISE BUILDINGS IN NORTH CHINA

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.1.1 课题的来源

1.1.2 课题研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向上的研究现状及分析

1.2.1 国外热泵研究的进展

1.2.2 国内热泵研究的进展

1.3 本课题的主要研究内容

1.3.1 各种低位热源应用于高层建筑的可行性研究

1.3.2 双级耦合热泵在北方高层建筑中应用的研究

第2章 各种低位热源形式的比较

2.1 各种低位热源形式的特点

2.1.1 空气源热泵

2.1.2 地表水源热泵

2.1.3 地下水源热泵

2.1.4 土壤源热泵

2.1.5 太阳能热泵

2.2 对占地有特殊要求的低位热源占地面积分析

2.2.1 地下水源热泵

2.2.2 土壤源热泵

2.2.3 太阳能热泵

2.3 各种低位热源形式的综合比较

2.4 以空气为低位热源的双级耦合热泵系统

2.5 本章小结

第3章 高层建筑双级耦合热泵系统设计

3.1 高层建筑供热特点

3.2 以空气为低位热源的双级耦合热泵系统

3.2.1 空气/水热泵机组

3.2.2 水冷VRF系统

3.2.3 蓄热水罐

3.3 空气源热泵室外机安装问题

3.4 本章小结

第4章 双级耦合热泵系统的数学模型

4.1 高层建筑数学模型

4.2 空气/水热泵模型

4.3 水冷多联机模型

4.4 蓄热水罐数学模型

4.5 制冷剂性质数学模型

4.5.1 饱和气体压力

4.5.2 状态方程

4.5.3 比熵方程

4.6 空气/水热泵机组结霜除霜损失系数的确定

4.7 双级耦合热泵时间步长的确定

4.8 双级耦合热泵的控制参数及模式

4.9 本章小结

第5章 双级耦合热泵在北方高层中应用 的模拟分析

5.1 模拟系统程序流程图

5.2 模拟气象参数

5.3 双级耦合热泵系统在北方城市运行参数分析

5.4 本章小结

第6章 提高系统节能性的方案研究

6.1 回收排风余热对空气源热泵性能参数的影响

6.2 排风余热回收方案节能性分析

6.3 蓄热水罐最高水温及冷却塔控制模式的优化

6.4 本章小结

结论

参考文献

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攻读学位期间发表的学术论文

致谢