冷凝热回收土壤源热泵空调系统对缓解土壤热失衡问题的研究

摘要

随着人们生活水平的日益提高，对于建筑物的舒适性要求也越来越高，导致建筑物能耗持续增长。建筑物舒适性不仅要求空调温度湿度适宜，对于生活热水的需求更是不容忽视。对于现有建筑物而言，大多是将空调系统和居民生活热水系统独立设计。这样的设计方案一方面空调系统释放冷凝热，加剧室外环境热污染；另一方面设置燃气锅炉或电加热设备来满足生活热水需求，导致建筑能耗增加。这样的设计方案是不利于提高建筑物节能性和环保性的。冷凝热回收技术是一项将回收的空调系统排放的冷凝热用于制取热水的技术，制取的热水可用于生活或生产，不仅提高能源利用率，降低环境热污染，而且节约热水系统投资和运行维护费用。
　　本课题以西安市曲江新区某别墅建筑土壤源热泵系统为研究对象，通过住宅建筑专用能耗模拟分析软件DeST-H对别墅建筑逐时负荷进行模拟计算，根据《建筑给水排水设计规范》对别墅建筑生活用水负荷进行详尽计算，评价分析土壤源热泵系统可提供的冷凝热，评估冷凝热回收技术与土壤源热泵系统结合的可行性，提出冷凝热回收土壤源热泵系统。
　　以 TRNSYS瞬时系统模拟程序为平台，主要采用由美国热能研究中心开发的针对暖通空调系统的TESS模块中的地源热泵模块和暖通空调系统模块，分别搭建土壤源热泵系统和冷凝热回收土壤源热泵系统的 TRNSYS模型进行研究。模拟热泵机组运行状态、地埋管换热器取热量、排热量及其变化趋势。结果表明：由于冷凝热回收技术与土壤源热泵系统相结合，热泵系统向地埋管周围土壤放热量减少16.5%，地埋管周围土壤温升下降28.9%。经过全生命周期运行模拟后，冷凝热回收土壤源热泵系统地埋管周围土壤温度比常规土壤源热泵系统温升降低24.8%，并同时提供1.25×105MJ的热量用于加热生活热水。这说明冷凝热回收技术可以有效缓解土壤热失衡。
　　最后，将土壤源热泵系统与冷凝热回收土壤源热泵系统，分别从经济性、节能性和环保性方面进行分析对比，计算其初投资费用、运行费用、一次能消耗量、二氧化碳、二氧化硫等污染物排放量。结果表明，经过全生命周期运行后，冷凝热回收土壤源热泵系统可节约运行费用约3万元，节约一次能7.4×108kJ，降低二氧化碳排放量约为62.58吨，降低二氧化硫排放量约为1.89吨，降低氮氧化物排放量约为0.94吨，降低碳粉尘排放量约为17.07吨。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究目的和内容

2建筑物负荷模拟计算

2.1工程概况

2.2DeST简介

2.3建筑物负荷模拟计算

2.4建筑负荷计算结果分析

2.5冷凝热回收方案的选择

2.6本章小结

3两种热泵系统计算模型搭建

3.1TRNSYS简介

3.2物理模型

3.3计算模型中调用的模块

3.4土壤源热泵系统TRNSYS计算模型

3.5冷凝热回收土壤源热泵系统TRNSYS计算模型

3.6本章小结

4模拟运行结果及分析

4.1土壤源热泵运行结果

4.2冷凝热回收土壤源热泵运行结果

4.3生命周期内运行分析

4.4本章小结

5冷凝热回收土壤源热泵系统能耗指标分析

5.1经济性分析

5.2能耗分析

5.3本章小结

结论

参考文献

附录A 别墅建筑地下一层平面图

附录B 别墅建筑一层平面图

附录C 别墅建筑二层平面图

附录D 别墅建筑三层平面图

在学研究成果

致谢