小型水体最大供冷能力的计算分析

论文摘要

在能源日益紧缺、环境污染日趋严重的今天,发展可再生能源是优化我国能源结构和改善环境质量的有效途径。地表水源热泵利用散布在地球表面浅层水源中的低品位热能,是一项节能环保的可再生能源技术,越来越得到人们的青睐。许多建筑附近存在一些天然或人为形成的人工湖、池塘,即本文所指的小型水体,若将其作为地表水源热泵的低位冷源,将为节能环保做出巨大贡献。一个小型水体的最大供冷能力是多少,即到底能给多大的建筑面积提供冷量,是工程实际应用中首要关注的问题,这也是本文研究的重点。本文通过建立小型水体水温的数学模型,在满足最高水温限值的前提下,反算水体能够吸收的最大空调排热量,提出了一套行之有效的确定小型水体最大供冷能力的方法,并给出量化表达式。论文首先提出了小型水体的概念,并根据其特点建立了集总参数水温模型,利用此模型对成都医学院新都校区人工湖夏季水温进行模拟,研究了冷负荷对小型水体水温的影响,并利用文献中的经验公式验证模型的准确性。针对最高水温超过许可限值的情况,本文建议采用水景喷泉进行冷却,不仅可以提高水体的供冷能力,还能改善建筑物周围的微气候,美化环境。建立了相关的模型,利用此模型对某种型号喷嘴的喷淋冷却效果进行了模拟,结合成都新都人工湖水源热泵工程实例,对开启喷泉冷却后的水温情况进行模拟,并与未开启时的水温进行对比。总结确定小型水体最大供冷能力的方法。在对集总参数模型简化的基础上,给出了小型水体最大供冷面积与水体本身参数及气象参数间的经验计算式。通过分析模型各参数对计算结果的影响,本文提出了小型水体最大供冷面积系数的概念,它表示小型水体最大供冷面积与水面面积的比值。最后计算并给出了全国14个主要城市几种不同情况下小型水体的最大供冷面积系数值,为实际工程中确定小型水体的最大供冷能力提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出和课题的意义
• 1.1.1 能源、环境双重压力下暖通空调的发展趋势
• 1.1.2 能源、环境可持续发展的热泵技术
• 1.1.3 天然冷热源在热泵应用中的比较
• 1.1.4 小型水体的特点
• 1.1.5 小型水体作为热泵冷热源的可行性
• 1.2 国内外水源热泵空调系统研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国外的湖水供冷工程介绍
• 1.2.3 国内研究进展
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 小型水体集总参数水温模型
• 2.1 集总参数水温模型
• 2.1.1 水温与气温的关系
• 2.1.2 影响自然水温的因素
• 2.1.3 数学模型
• 2.2 模型参数
• 2.2.1 水面热交换
• 2.2.2 水体与土壤的热交换
• 2.2.3 水体内部产生的热
• 2.2.4 外界向水体排热
• 2.3 模型计算初始条件
• 2.4 模型的数值求解
• 2.4.1 四阶定步长Runge-Kutta算法
• 2.4.2 4/5 阶Runge-Kutta变步长算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 集总参数模型的应用
• 3.1 成都医学院人工湖水源热泵工程概况
• 3.1.1 成都医学院新都校区总体介绍
• 3.1.2 当地气候条件
• 3.1.3 人工湖水源热泵工程设计负荷参数
• 3.2 人工湖水温预测影响因素的确定
• 3.2.1 空调排入水中的热量
• 3.2.2 空气温度
• 3.2.3 太阳短波辐射
• 3.2.4 土壤温度
• 3.2.5 人工湖水温预测初始温度
• 3.3 小型水体夏季水温预测结果及分析
• 3.3.1 小型水体夏季水温预测结果
• 3.3.2 负荷对夏季水体温度的影响
• 3.3.3 模型预测结果与经验公式的比较
• 3.4 水体分区调峰供冷方式
• 3.5 本章小结
• 第4章 水景喷泉的水温冷却
• 4.1 喷淋冷却过程的分析与模拟
• 4.1.1 液滴破碎过程分析
• 4.1.2 喷淋水滴的运动方程
• 4.1.3 喷淋水滴的热质交换方程
• 4.1.4 平均喷淋终温
• 4.1.5 喷淋冷却模型的求解
• 4.2 喷淋冷却模型的验证
• 4.3 喷淋冷却对取水温度的影响
• 4.3.1 水温模型
• 4.3.2 实例分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 小型水体的最大供冷能力
• 5.1 集总参数模型的简化
• 5.2 小型水体最大供冷面积
• 5.3 公式中主要参数
• 5.3.1 供冷季开始时水温初始值
• 5.3.2 供冷季开始到水温出现最大值所用的时间
• 5.3.3 小型水体水温的最高值
• 5.4 小型水体最大供冷面积限值
• 5.5 简化模型的正确性
• 5.6 小型水体最大供冷面积系数
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢