能量回收型水源热泵系统的研究

论文摘要

目前我国能源形式非常紧张,建筑能耗在能耗中占有相当大的比重,据统计2000年的建筑能耗占总能耗比例为27.7%。随着人民生活水平的提高,对居住环境的舒适性提出了更高的要求,导致了建筑能耗的加剧。建筑节能首当其冲,而地表水源热泵技术以其节能环保性和可持续发展的特点在建筑供暖空调领域得到了逐渐的重视和应用,本文正是针对应用于重庆地区的地表水源热泵系统进行研究。本文首先回顾了国内外地表水源热泵的研究应用现状、使用特点,并介绍了水轮泵的国内外发展现状。从水量、水质、水温等方面分析了重庆地区水资源条件,研究表明水源热泵技术在重庆地区是可行的;但重庆地区应用水源热泵技术的特殊性——机房与江面水位之间的大高差,会制约地表水源热泵技术在重庆地区的应用。本文分析了重庆某水源热泵工程的取水系统形式,闭式管路会使得冷却水系统中存在很大的负压,以致取水系统无法正常运行;而开式管路会增大取水系统水泵扬程;取水能耗的增加成为制约江水源热泵技术在重庆地区发展的瓶颈。若能回收大高差形成的重力势能将使水源热泵技术在重庆有更广泛的应用。本文提出了解决重庆地区应用地表水源热泵的局限性的方法,采用能量回收型水源热泵系统,即利用水轮泵回收冷却水排水系统的重力势能。本文介绍了能量回收型水源热泵系统的系统形式、水轮泵的应用特性、变频泵与水轮泵的匹配问题以及相关辅助设施的设计等,解决了回收冷却水排水重力势能的核心问题。针对某地表水源热泵工程,确定了变频泵的变频控制方式和整个系统的开启台数控制,并以变频泵能耗最小为目标函数,建立了优化模型,利用Matlab软件编程求解。本文最后对能量回收型水源热泵系统进行了经济性分析。利用Dest能耗模拟软件模拟建筑的能耗,并在此基础上分析了常规空调系统和能量回收型水源热泵系统的能耗,结果表明能量回收型水源热泵系统相对于常规空调系统的节能率为20.8%,每年可节约标准煤291.1吨。提出了冷水机组综合能效比的概念,即制冷(热)量除以热泵机组和冷却水泵的总功率,并对该系统与常规空调系统的综合能效比进行比较,结果表明该系统的能效比明显高于常规空调系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义与背景
• 1.2 地表水源热泵的研究现状与应用情况
• 1.2.1 地表水源热泵的特点
• 1.2.2 地表水源热泵的国外现状
• 1.2.3 地表水源热泵的国内现状
• 1.3 水轮泵的研究现状与应用情况
• 1.3.1 水轮泵的研究现状
• 1.3.2 水轮泵的应用现状
• 1.4 本课题研究的目的及意义
• 2 重庆市应用水源热泵的条件分析
• 2.1 重庆市地表水资源现状
• 2.1.1 水源水量
• 2.1.2 水源水质
• 2.1.3 水源水温
• 2.2 重庆市应用江水水源热泵的特殊性
• 2.3 本章小节
• 3 能量回收型水源热泵系统
• 3.1 水轮泵
• 3.1.1 水轮泵的类型
• 3.1.2 水轮泵的特点
• 3.1.3 水轮泵的基本关系式
• 3.1.4 水轮泵的相似率
• 3.1.5 水轮泵的气蚀
• 3.2 能量回收型水源热泵系统
• 3.2.1 重力势能的回收方式
• 3.2.2 能量回收型水源热泵系统形式
• 3.2.3 该工况下的水轮泵的特性
• 3.3 变频泵与水轮泵的匹配问题
• 3.3.1 取水系统的阻力损失
• 3.3.2 变频泵与水轮泵的连接形式
• 3.3.3 变频泵的容量选择
• 3.4 储水池的设计
• 3.5 取水构筑物
• 3.5.1 常用取水构筑物
• 3.5.2 取水构筑物的工程应用
• 3.5.3 本工程取水构筑物
• 3.6 本章小节
• 4 变频特性分析
• 4.1 冷却水变流量的可行性
• 4.2 冷却水流量调节方法
• 4.2.1 改变管路性能曲线的调节方法
• 4.2.2 改变泵性能曲线的调节方法
• 4.2.3 改变并联泵台数的调节方法
• 4.3 变频调速泵控制方式
• 4.3.1 常用变频控制方式
• 4.3.2 该工程变频控制方式的确定
• 4.4 变频范围
• 4.5 泵优化拟合曲线
• 4.5.1 采用最小二乘法拟合曲线
• 4.5.2 水轮泵的拟合曲线
• 4.5.3 变频泵的拟合曲线
• 4.6 变频泵调速工况的确定
• 4.6.1 单台变频泵的运行工况
• 4.6.2 多台变频泵联合运行
• 4.6.3 管网特性曲线
• 4.7 变频泵优化模型
• 4.7.1 Matlab 软件简介
• 4.7.2 优化模型的建立
• 4.8 变频泵台数控制
• 4.9 本章小节
• 5 节能性分析
• 5.1 建筑能耗模拟
• 5.1.1 模拟软件介绍
• 5.1.2 室外气象条件
• 5.1.3 建立建筑模型
• 5.1.4 围护结构参数
• 5.1.5 房间设定参数
• 5.1.6 建筑负荷模拟结果分析
• 5.2 取水系统能耗分析
• 5.2.1 带水轮泵的取水系统能耗分析
• 5.2.2 常规取水系统水泵（变频）能耗分析
• 5.2.3 常规取水系统水泵（定频）能耗分析
• 5.2.4 取水系统节能率分析
• 5.3 冷水机组的能耗分析
• 5.3.1 水源热泵机组能耗分析
• 5.3.2 冷水机组能耗分析
• 5.4 冷却塔及冷却水泵能耗计算
• 5.4.1 冷却塔能耗计算
• 5.4.2 冷却水泵能耗计算
• 5.5 锅炉能耗计算
• 5.6 系统节能率分析
• 5.6.1 水源热泵系统能耗统计
• 5.6.2 常规空调系统能耗统计
• 5.6.3 系统节能率分析
• 5.7 系统能效比
• 5.7.1 带水轮泵的水源热泵系统综合能效比
• 5.7.2 常规水源热泵系统综合能效比
• 5.8 本章小节
• 6 总结与展望
• 6.1 主要成果总结
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录