空气源热泵在西安地区的应用研究

论文摘要

空气源热泵是以室外环境空气为冷热源进行制冷和供热的空调形式,它通过消耗少量电能把空气中的低位热能提升成高位热能加以利用,这种环保、高效的能量供给方式在低位能源利用方面具有明显的竞争优势,因而近年来备受关注。空气源热泵作为热泵机组的形式之一,其应用受到地理环境和气象条件的限制,这给实际应用带来很多问题,妨碍了其推广和发展。本文基于这些问题,对空气源热泵机组在西安地区的应用进行研究,并对其可行性和经济节能性进行分析,然后综合这些因素,指导其在该地区的使用。本文以西安建筑科技大学冶园宾馆为对象,研究空气源热泵在西安地区的应用。论文首先分析了西安地区的气候特点和空气源热泵系统对环境条件的要求,接着在该建筑夏季和冬季典型日空调稳定运行时,选择有代表性的大厅进行温度、速度以及相对湿度的实测,同时在此基础上进行CFD模拟来对比验证,两者都表明空气源热泵在该地区应用是可行的。另外针对空气源热泵冬季运行时室外机组的结霜情况,又进行了为期一个月冬季室外温度和相对湿度的监测,数据显示空气源热泵在西安地区冬季运行时是比较可靠的。在可行性基础上,将该建筑现有的直接蒸发式空气源热泵系统与假设的直燃溴化锂吸收式冷热水机组、冷水机组+燃油热水炉进行初投资及运行费用的比较,结果表明空气源热泵系统比其它两个方案经济节能。实际测试分析、模拟验证以及经济比较都表明,在西安地区这种类似的有小房间的写字楼、宾馆等中小型建筑中使用空气源热泵空调系统是可行的并且是经济节能的。这可为本地区以及周边其它类似气候地区应用空气源热泵空调系统提供借鉴和指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景和意义
• 1.2 空气源热泵系统简介
• 1.2.1 空气源热泵系统节能机理
• 1.2.2 空气源热泵的分类
• 1.3 国内外研究及应用现状
• 1.4 本文的研究内容及现实意义
• 第二章 西安地区应用空气源热泵的条件分析及现场测试
• 2.1 西安地区应用空气源热泵的条件分析
• 2.1.1 西安市地理、气候特征
• 2.1.2 西安地区气象参数
• 2.2 建筑概况
• 2.3 实验测试
• 2.3.1 建筑内部参数测试
• 2.3.2 冬季室外环境参数测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 气流组织CFD模拟及其验证
• 3.1 计算流体动力学（CFD）概述
• 3.1.1 CFD简介
• 3.1.2 CFD在暖通空调领域的应用
• 3.1.3 常用的数值模拟软件及AIRPAK简介
• 3.2 模型的理论分析
• 3.2.1 湍流流动及其数值模拟方法
• 3.2.2 流体动力学基本控制方程
• 3.2.3 湍流基本模型
• 3.3 模型的数值求解
• 3.3.1 边界条件
• 3.3.2 方程离散及网格划分
• 3.3.3 因变量的分布假设及收敛原则
• 3.4 对休息大厅的CFD模拟研究
• 3.4.1 模型的建立
• 3.4.2 夏季CFD模拟计算
• 3.4.3 夏季计算结果显示及分析
• 3.4.4 冬季CFD模拟计算
• 3.4.5 冬季计算结果显示及分析
• 3.5 模拟值与实验值验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 经济分析
• 4.1 负荷分析及冷热源方案的选择
• 4.2 初投资分析
• 4.2.1 方案一:空气源热泵初投资分析
• 4.2.2 方案二:直燃溴化锂冷热水机组初投资分析
• 4.2.3 方案三:冷水机组+燃油热水炉初投资分析
• 4.3 运行费用分析
• 4.4 空调冷热源方案的比较与分析
• 4.4.1 方案比较
• 4.4.2 综合分析讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 展望
• 5.3 课题研究心得
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢