直接式污水源热泵机组设计计算模型及性能模拟分析

论文摘要

以城市生活污水为低位热源的污水源热泵空调可以解决建筑物的空调、采暖和生活热水需求。目前的污水源热泵空调可分为直接式污水源热泵系统和间接式污水源热泵系统,直接式污水源热泵系统中污水热能利用率、COP、EER、热力完善度等较间接式污水源热泵系统高,直接式污水源热泵系统已经成为污水源热泵空调发展的主要方向。针对直接式污水源热泵机组,本文首先确定了机组采取制冷剂侧切换制热、制冷模式的方法,机组中的污水侧换热器制冷工况下作为冷凝器使用,制热工况下作为蒸发器使用,用户侧换热器制冷工况下作为蒸发器使用,制热工况下作为冷凝器使用。污水侧换热器采用适合于介质容易结垢场合的浮头式管壳式换热器,采用可以强化制冷剂管外冷凝和蒸发换热的高效换热管。其次,依据相关标准和规范对污水源热泵机组中的污水侧换热器和用户侧换热器进行详细的设计、对压缩机和电子膨胀阀进行选型,在建立了污水侧换热器、用户侧换热器、螺杆压缩机和电子膨胀阀的数学模型的基础上,编写了机组的模拟仿真程序。最后,利用机组模拟仿真程序分别得出制热工况下和制冷工况下机组性能参数,然后分别进行了换热器面积调整、污垢热阻变化、污水流量变化、污水温度波动、机组负荷变化这五个因素对机组制热工况和制冷工况下性能的影响分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 国内外研究与应用现状
• 1.2.1 污水源热泵系统国外研究与应用现状
• 1.2.2 污水源热泵系统国内研究与应用现状
• 1.2.3 污水换热器研究与应用现状
• 1.3 直接式污水源热泵系统与间接式污水源热泵系统比较
• 1.4 直接式污水源热泵系统存在的技术问题
• 1.5 本文研究的重点内容
• 2 直接式污水源热泵机组设计
• 2.1 机组制热、制冷模式切换分析
• 2.2 机组设计工况及热力计算
• 2.2.1 制冷剂和水的热力性能与物性参数计算
• 2.2.2 机组运行各状态点参数
• 2.3 污水侧换热器设计
• 2.3.1 污水侧换热器结构形式
• 2.3.2 污水侧换热器换热管形式
• 2.3.3 污水侧换热器数学模型
• 2.3.4 设计流程及设计结果
• 2.4 用户侧换热器设计
• 2.4.1 用户侧换热器结构形式
• 2.4.2 用户侧换热器换热管形式
• 2.4.3 用户侧换热器数学模型
• 2.4.4 设计流程及设计结果
• 2.5 压缩机选型及数学模型
• 2.5.1 压缩机选型
• 2.5.2 压缩机数学模型
• 2.6 膨胀机构选型及数学模型
• 2.7 本章小结
• 3 直接式污水源热泵机组性能模拟研究
• 3.1 机组模拟仿真流程
• 3.1.1 压缩机模拟仿真流程
• 3.1.2 用户侧换热器（冷凝器）模拟仿真流程
• 3.1.3 污水侧换热器（蒸发器）模拟仿真流程
• 3.1.4 电子膨胀阀模拟仿真流程
• 3.1.5 机组模拟仿真流程
• 3.2 额定制热工况下机组模拟
• 3.3 额定制冷工况下机组模拟
• 3.4 换热器面积对机组性能的影响
• 3.4.1 污水侧换热器面积对机组性能的影响
• 3.4.2 用户侧换热器面积对机组性能的影响
• 3.4.3 换热器面积比例变化对机组性能的影响
• 3.5 污垢热阻对机组性能的影响
• 3.5.1 制热工况下污垢热阻对机组性能的影响
• 3.5.1 制冷工况下污垢热阻对机组性能的影响
• 3.5.3 污垢热阻对制热性能和制冷性能影响的比较
• 3.6 污水流量对机组性能的影响
• 3.6.1 制热工况下污水流量对机组性能的影响
• 3.6.2 制冷工况下污水流量对机组性能的影响
• 3.7 污水温度对机组性能的影响
• 3.7.1 变制热工况下污水温度对机组性能的影响
• 3.7.2 变制冷工况下污水温度对机组性能的影响
• 3.8 本章小结
• 4 部分负荷下机组性能模拟分析
• 4.1 机组部分负荷能量调节原理
• 4.2 部分负荷下机组性能模拟及结果分析
• 4.3 基于部分负荷性能的机组配置方案优化分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A R134a物理性质多项式拟合系数
• 附录B 饱和水物理性质多项式拟合系数
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢