地下水—海水复合热源热泵系统的运行策略研究

摘要

水源热泵技术因为其运行高效、节能和环境污染少等技术特点,逐渐成为建筑物供热、供冷最为广泛的应用方式之一。但是,在实际应用中,单一热源的水源热泵存在各自的突出问题:如海水源热泵在海水温度过低时,系统性能系数很低,甚至有发生结冰的危险;地下水源热泵存在用水量过大,水泵功耗高和系统冷热量不平衡的问题。近年来,结合单一热源热泵系统特点的复合热源热泵系统,由于其在能源综合利用方面的优越性和运行效率的高效性受到众多研究人员的青睐。
　　本文针对天津市沿海地区气象特点和海水资源条件,提出了一种地下水和海水复合式的水源热泵系统,在此基础上本文做了如下研究:
　　本文建立了水源热泵机组仿真模型,包括压缩机数学模型、膨胀阀数学模型、冷凝器数学模型和蒸发器数学模型,并利用实际工程的实验结果验证了模型的准确性。
　　针对天津港某工程所采用的地下水—海水复合热源热泵系统,对该系统冬夏季不同的运行策略进行了优化,以年总运行维护费用为目标函数,筛选最佳运行策略。该复合热源热泵系统,在供热季存在海水单独供热和地下水单独供热的两种运行方式;在供冷季存在海水作为冷却水源单独供冷以及地下水和海水共同作为冷却水源联合供冷的两种运行方式。
　　本文采用正交试验设计方法,对系统不同运行策略下的年总运行维护费用进行计算,确定了使系统年总运行维护费用最低的最佳运行策略:供热季,在海水温度高于8℃的时间段,单独采用海水源热泵供热,其余时间段采用地下水源热泵供热;供冷季,在海水温度低于26℃的时间段,单独采用海水源热泵系统供冷,其余时间段采用海水源热泵和地下水源热泵联合供冷;冷热源侧水泵采用变频调节,即逐时流量与满负荷对应的流量之比等于逐时负荷与满负荷之比;当负荷大于一台机组容量时,多台机组同时运行的情况下,负荷平均分配给每台机组。
　　论文最后采用费用年值的分析方法,考虑资金的时间价值,将该复合热源热泵系统与常规空调系统包括一体化直燃机、垂直埋管地源热泵、海水源热泵加燃气锅炉、以及地下水源热泵进行分析比较,讨论该系统的经济效益和环保效益,以进一步推广地下水—海水复合热源热泵系统在沿海地区的应用。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2课题的提出及研究意义

1.3课题的研究内容

1.4论文架构

第二章 水源热泵机组的数学模型及其实验验证

2.1水源热泵机组各部件模型

2.2物性参数模型

2.3模型的求解

2.4热泵机组数学模型的实验验证

2.5本章小结

第三章 某地下水—海水复合热源热泵系统及其运行策略优化

3.1某地下水—海水复合热源热泵系统

3.2建筑物逐时负荷的模拟

3.3系统全年运行策略优化的方法

3.4基于正交试验表的运行策略优化的计算

3.5地下水源热泵系统热量平衡的分析

3.6本章小结

第四章 地下水—海水复合热源热泵系统经济性分析

4.1费用年值分析

4.2与其他常规冷热源系统方案的比较

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢