水源热泵系统变工况输送能耗优化分析

摘要

随着人民对生活品质要求的提高，冬夏季采暖空调负荷越来越高，不仅消耗大量能源，同时给环境带来巨大压力。热泵作为一种可以高效利用低位冷热源的空调技术，具有非常明显的经济效益与环保效益，然而当前诸多热泵系统都存在系统设计不合理、水泵运行能耗偏高的问题。为此本文以水源热泵水系统输送总能耗最低为优化目标，提出降低水系统输送总能耗的方法。
　　本文简要介绍了水源热泵系统水系统运行控制策略，分析了水泵并联运行时性能参数随流量的变化特点，利用拟合工具得到水泵性能参数随流量的拟合关系式，利用MATLAB编制了计算水泵能耗的程序，结合实例分析了不同水泵组合运行方式下水泵的能耗差异，以水泵定速工况能耗为基准能耗，当流量为140m3/h时，3台水泵同时变速运行时节能21％，2台变速1台定速节能19%，当流量为95m3/h时，2台同时变速节能50%，1台变速1台定速节能42%。因此采取水泵同时并联变速运行是最节能的运行方式。
　　以某型号螺杆式水源热泵机组为研究对象建立了四大部件的数学模型，通过使用refprop软件计算制冷剂各状态参数，简化了制冷剂物性程序，在对实际压缩式制冷循环进行简化的基础上，模拟分析了变冷却水流量、变冷冻水流量、变冷却水进水温度和变冷冻水进水温度四种工况下机组的COP变化趋势，模拟结果如下：①冷却水流量变化对机组COP的影响最大值为12.43%，而冷冻水流量变化对机组COP影响的最大值为6.7%。②冷却水进水温度每升高1℃，机组COP约降低4.5%~7%。冷冻水出水温度每降低1℃，机组COP降低约3.2%~5.8%。
　　对水源热泵系统进行了简单分类，分析了水源热泵系统总输送能耗的组成（制冷剂循环子系统能耗、冷冻水循环子系统能耗、冷却水循环子系统能耗），建立了水源热泵水系统输送总能耗模型，从系统的角度对输送总能耗进行优化计算，以某一具体的直接式水源热泵空调工程为例，计算了不同工况下的系统总输送能耗，结果表明，负荷率为[0.5，1]时采取3台变速最节能，其中3台变速运行下系统输送总能耗较3台定速运行时能耗平均可节省6.5%，负荷率为[0.2，0.5]时采取2台变速最节能，其中2台变速运行较2台定速运行时能耗平均可节省13.4%。负荷率越低，能耗差值越大，系统运行更经济，如负荷率为0.5时，节能率为12.4%，负荷率为0.2时，节能率为23.4%。

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第1章 绪论

1.1研究背景、目的及意义

1.2热泵系统优化国内外研究现状

1.3当前热泵系统优化中的主要特点

1.4本文主要研究内容

1.5研究方法

1.6技术路线

1.7主要创新点

第2章 水源热泵系统水泵能耗分析

2.1水源热泵典型水系统形式分类

2.2水泵基本参数分析

2.3水泵性能曲线拟合及高效区确定

2.4水泵能耗优化分析

2.5本章小结

第3章 水源热泵机组变工况性能研究

3.1蒸气压缩式制冷循环原理

3.2蒸气压缩式制冷循环分析

3.3水源热泵机组数学模型的建立

3.4水源热泵机组变工况性能模拟结果与分析

3.5本章小结

第4章 水源热泵水系统输送能耗优化模型

4.1水源热泵系统分类及输送总能耗组成

4.2水源热泵系统输送总能耗数学模型建立

4.3优化算法简介

4.4优化算例

4.5本章小结

第5章 工程实例分析

5.1工程基本概况

5.2总能耗优化计算

5.3总能耗优化结果与分析

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

参与研究项目

获奖情况

附录

致谢

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