低品位能源总线式空调系统在典型建筑中的应用研究

摘要

随着人们对建筑热舒适性以及建筑美观要求的提高，集中空调系统已成为各类新增公共建筑中不可或缺的重要设备。传统集中空调系统因能耗大、内区过热、回风交叉污染等原因而饱受诟病。本文研究的低品位能源总线式空调系统（简称总线式空调系统）采用了高效的分散式室内末端和总线式水环路，可以利用低品位能源作为系统冷热源，很好地解决了传统集中空调系统存在的弊端。针对该系统，本文从以下几个方面进行研究: 首先，介绍了总线式空调系统的构成、特点和工作原理，并详细阐述了系统重要部件水冷式热管复合机组（简称热管复合机组）的工作和节能原理，根据总线式系统冷热源的不同，介绍了总线式系统可以存在的几种形式。以蒸气压缩制冷模式为基准，对热管复合机组各主要部件进行设计计算，并对热管制冷模式进行了校核。 其次，对总线式系统各主要部件建立数学模型，其中，对复合机组翅片管换热器和套管换热器建立稳态分布参数模型，对压缩机和膨胀阀建立集中参数模型，采用Cleland简化模型对制冷剂热力性质进行建模。在此基础上，构建热管复合机组各模式的动态运行数学模型，并对模型离散求解。同时建立冷却塔、循环泵、土壤换热等的数学模型。 再次，以北京地区某26400m2办公建筑为研究对象，利用DeST软件模拟计算其全年逐时负荷。根据系统各部件数学模型和它们之间的耦合关系，建立总线式系统全年动态运行数学模型。根据建立的系统模型以及模拟得到的逐时负荷和环境参数，编程模拟分析了不同水环温度下系统运行性能变化，通过比较得到了最佳的水环控制温度。 最后，根据所建立的系统模型及确定的最优水环温度，对系统全年运行特性进行模拟仿真，并与传统的水环热泵系统和风机盘管系统进行对比，考察总线式系统的节能性。改变建筑内区负荷特性，考察不同内外区负荷比下，总线式系统的能耗变化，以及相比传统空调系统的节能性变化。改变总线式系统冷热源，比较不同冷热源条件下，系统能耗变化情况。 本文模拟仿真的结果表明:相比于传统集中空调系统，总线式系统在制冷和输配等方面具有较大的节能优势。本文的研究工作可为总线式空调系统的应用提供参考，同时有助于推进集中空调节能工作的进行。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景及研究目的与意义

1．1．1建筑能耗及空调市场的发展

1．1．2公共建筑中空调系统能耗

1．1．3空调系统形式及存在的问题

1．2国内外集中空调系统研究现状

1．2．1采用低品位能源、可再生能源作为冷热源的系统研究

1．2．2集中空调系统热回收技术方面研究

1．2．3直接利用室外空气冷能的技术研究

1．2．4冷机、风机和水泵节能技术

1．2．5国内外研究现状总结

1．3本课题研究内容

第2章总线式空调系统概述及设计

2．1总线式空调系统的构成及原理

2．11总线式空调系统构成

2．12总线式空调系统原理

2．13总线式系统形式

2．2总线式系统的特点

2．3水冷热管复合机组的设计

2．3．1水冷热管复合机组工况确定

2．3．2机组设计、校核及部件选型

2．4本章小结

第3章总线式空调系统各部件数学模型建立

3．1水冷热管复合机组数学模型建立

3．1．1水冷热管复合机组各部件数学模型的建立

3．1．2水冷热管复合机组各模式的数学模型建立及求解

3．2循环泵数学模型建立

3．3冷却塔数学模型建立

3．4土壤换热数学模型

3．5空气源热泵模型

3．6本章小结

第4章总线式空调系统模型建立及相关参数确定

4．1建筑模型及负荷计算

4．1．1建筑环境设计模拟工具DeST简介

4．1．2典型办公建筑模型

4．1．3建筑负荷参数计算

4．2总线式系统模型及求解

4．2．1室内复合机组供冷数学模型及求解

4．2．2室内复合机组供热数学模型及求解

4．2．3总线式系统补热、散热模型及求解

4．2．4总线式系统模型及求解

4．3不同水环温度下总线式系统及水环热泵系统性能

4．3．1总线式系统水环温度优化

4．3．2水环热泵系统水环温度优化

4．4本章小结

第5章总线式空调系统运行特性模拟分析

5．1总线式空调系统动态运行特性分析

5．2不同内区负荷条件下，各系统能耗比较

5．3不同冷热源条件下，总线式系统性能比较

5．4本章小结

6．1结论

6．2课题展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文与研究成果