利用水源热泵的低温地热水供暖节能及舒适性研究

摘要

随着世界能源危机的日益加剧、传统能源价格的不断上涨以及全球环境保护意识的增强，太阳能、地热能等可再生能源的利用越来越受到重视。目前，在我国兴起了地热直接利用的新高潮，尤其在高纬度较寒冷的三北(东北、华北、西北)地区，加大了地热供热的开发力度。热泵和地板辐射供暖的普及，为低温地热水在供暖中的应用提供了良好的设备支持。但是，40℃左右地热水其温度高于常规水源热泵蒸发器所要求的进水温度，所以目前常采用的一种方案是在地热水进入蒸发器前与机组回水混合，以降低进水温度；另一种方案是地热水梯级利用方案，即地热水先进入散热器进行散热降低其温度，然后再进入水源热泵。本文利用(火用)分析方法，建立了两种方案的(火用)效率模型，并结合天津市动物园改燃工程，对两种低温地热水供暖方案进行了对比分析，结果表明混水方案的(火用)损失大于梯级利用方案。说明后者更加具有节能优势。 当前，建筑节能已经成为我国节能工作的一个重点，所以对建筑物的全年能耗分析显得尤为重要。现今国际上的能耗分析软件较多，EnergyPlus是其中应用最广的一种。本文利用EnergyPlus能耗分析软件对梯级利用低温地热水供暖系统进行了全年能耗模拟分析，并与实际运行能耗进行对比，两者基本吻合，可证明EnergyPlus能耗分析软件对运行能耗的预测有一定准确性。然后利用软件分别模拟了上述两种方案的全年能耗，结果表明梯级利用供暖系统具有很好的节能优势。 天津市动物园改燃工程供暖主要目的是满足动物的热舒适性要求。但由于有些动物要求有比较高的温度，同时设计要求地板辐射盘管最多只能布置整个地面的三分之二，以便为动物提供不同的地面温度。这就造成了原有铸铁散热器与增加的地板辐射盘管同时供热也不能满足馆舍的温度要求。为此，本文针对猩猩馆舍，提出了增加风机盘管和增加散热器两种方案，并利用Airpak模拟软件分别对两种方案进行了室内温度场的模拟，模拟结果表明增加风机盘管与增加散热器相比，2m以下的温度场更加均匀；部分地面布置地板辐射盘管可以提供两种不同的地面温度，但其室内空间温度相差不大。在系统运行期间，对猩猩馆的温度场进行了现场测试，验证了模拟结果的正确性。本研究成果对供暖工程设计具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1国内外能源利用现状

1.2国内外地热开发利用现状

1.2.1国外地热开发利用现状

1.2.2国内地热开发利用现状

1.3建筑能耗研究的发展状况

1.3.1建筑能耗的定义

1.3.2分析建筑能耗的意义

1.3.3现代负荷计算的发展历史

1.3.4建筑能耗分析研究的发展趋势

1.3.5建筑能耗的研究方法

1.3.6我国建筑能耗的总体情况

1.4课题研究目的和方法

1.4.1课题的提出

1.4.2本课题的研究方法

1.5本论文的架构

第二章利用水源热泵的低温地热水供暖系统的(火用)分析与方案优化

2.1(火用)概念的简述

2.1.1能量分析方法

2.1.2(火用)概念的提出

2.1.3热量(火用)

2.2利用水源热泵的低温地热水供暖系统(火用)分析模型的建立

2.2.1混水过程的(火用)效率

2.2.2热泵系统的(火用)效率

2.2.3室内供暖系统的(火用)效率

2.2.4整个系统的(火用)效率

2.3(火用)分析模型在实际工程中的应用

2.3.1工程概况

2.3.2两种低温地热水供暖系统方案水泵耗功分析

2.3.3两种低温地热水供暖系统方案的(火用)效率比较

2.4热泵蒸发器进水温度对系统(火用)效率的影响

2.5利用全寿命周期分析方法确定梯级利用方案的最佳匹配

2.5.1全寿命周期分析法简述

2.5.2系统最佳匹配点的确定

2.6小结

第三章地热水梯级利用供暖系统全年能耗动态模拟与分析

3.1 EnergyPlus软件的简述

3.1.1 EnergyPlus软件的研发背景

3.1.2 EnergyPlus软件的计算思路

3.1.3气象数据的获得

3.2建筑物理模型的建立

3.2.1建筑概况

3.2.2建筑围护结构

3.2.3建筑供暖系统

3.2.4系统的节能运行管理

3.2.5模拟周期

3.2.6逐时气象资料的获得

3.3梯级利用低温地热水供暖系统模拟结果与实测结果对比

3.3.1建筑物几何构形

3.3.2系统能耗模拟与实测结果对比

3.4梯级利用低温地热水供暖系统能耗模拟分析

3.4.1系统能耗的模拟分析

3.4.2典型房间日所需供热量的模拟

3.5两种利用水源热泵的低温地热水供暖方案能耗对比分析

3.6小结

第四章低温热水供暖不同末端方式的热舒适性分析

4.1模型的建立

4.1.1研究对象的选定

4.1.2物理模型的建立

4.1.3数学模型的建立

4.1.4数学模型的离散求解

4.2增加风机盘管方案的模拟结果与实验验证

4.2.1实验测试内容与方法

4.2.2地面温度分布的模拟与实测结果对比

4.2.3距地面1m水平面温度分布的模拟与实测

4.2.4竖向空气温度分布的模拟与实测

4.3对两种方案的模拟对比分析

4.3.1两种方案东西方向纵向剖面温度分布对比

4.3.2两种方案南北方向纵向剖面温度分布对比

4.3.3两种方案水平面温度分布对比

4.4 小结

第五章结论与建议

5.1结论

5.2建议与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢