水源热泵复合式系统的优化匹配和运行调控

论文摘要

江水源热泵作为可再生能源的一种形式,将水体中储存的冷量或热量通过热泵提取后供给室内,具有节水、节电和减少污染物排放的巨大优势;冷却塔作为传统的制冷装置,在空气温度较低时使用优势明显。因此将两种技术联合应用,能充分发挥各自的优势,实现对资源的合理优化,最大限度的实现系统高效、经济、节能。本研究针对江水源热泵复合式系统应用的一些关键技术问题进行研究,从而为实现该系统的高效经济运行提供理论依据,为工程应用提供参考。对水源热泵复合式系统做全方位的分类,并说明各种系统形式的适用范围;分析了影响江水源热泵系统能效和常规冷却塔系统能效的逐时外部条件;依据能效优先的原则,对两种系统进行对比分析,推导出江水源热泵在不同负荷率下,相对常规系统节能的临界温差Δt的计算公式;综合考虑逐时江水温度、逐时室外空气湿球温度、逐时取水高差和逐时部分负荷率,遵从建筑空调冷热量供应侧和需求侧最佳匹配的理念,首次提出四类建筑江水源热泵复合式系统冷却塔负荷分担比例;基于水源热泵复合式系统的分类,考虑各方案的经济因素、技术因素、环境效益、社会影响四个方面,采用模糊层次分析法FAHP选择合理的系统方案;针对某江水源热泵+冷却塔复合式系统,在冷却塔50%负荷分担比例的前提下,提出6种可能最优的控制策略,利用matlab分别编程计算分析。研究结果表明:水源热泵复合式系统可以按照辅助系统的形式、作用方式、作用位置、组合方式等分类,在工程应用中负荷侧并联和冷热源侧并联两种形式应用较多;利用DEST建立典型模型,分析了不同建筑末端负荷特性,并分析了重庆地区江水温度、取水高差、空气温度等逐时变化,为系统负荷与能耗的动态耦合分析提供依据;江水源热泵相对节能临界温差Δt与取水高差H和部分负荷率PLR有关,本研究根据江水取水泵的变频限制,针对0.7<PLR<1和<0.5PLR<0.7分别推导出Δt不同的计算公式;按照全年“50h不保证率”计算得到辅助系统承担的负荷比例根据建筑物不同略有差别,即住宅:0.2—0.4,办公:0.28—0.58,商场:0.48—0.68,酒店:0.4—0.6;根据模糊层次分析法FAHP,五种方案的权重系数分别为常规系统0.1803,土壤源热泵系统0.1988,江水源热泵系统0.1930,江水源+土壤源热泵系统0.2172,土壤源+冷却塔系统0.2106,得出复合式系统权重系数较高,方案应用时可优先考虑;对江水源热泵复合式系统可能最优的6种控制策略分别编程计算分析,得出对于酒店、住宅等全天空调系统均需开启的建筑物,复合式系统优势更加明显;系统能耗受到机组和输配系统的双重影响,对于本研究案例两者之间的最佳耦合点为:热泵机组79.01%,输配系统20.99%;6种控制策略中,动态控制策略节能效果最好,节能率为8.49%,温差控制策略3（ tr- tw>2时开启辅助系统）节能效果也较好,节能率为7.67%。本文研究表明,水源热泵复合式系统具有推广应用的价值,可以解决在夏初及夏末时间段江水源热泵取水高差大、部分负荷率低造成的系统能效较低的问题。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 水源热泵复合式系统国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 拟解决的关键问题
• 1.4 本章小结
• 2 水源热泵复合式系统的特点及应用基础
• 2.1 水源热泵复合式系统的分类
• 2.1.1 辅助系统的形式和作用方式
• 2.1.2 江水源热泵与辅助系统的组合方式
• 2.2 水源热泵复合式系统的应用特点
• 2.3 不同类型建筑物逐时负荷特征
• 2.3.1 住宅
• 2.3.2 办公
• 2.3.3 商场
• 2.3.4 酒店
• 2.4 水源热泵系统能效影响因素
• 2.4.1 水温与水位
• 2.4.2 气温
• 2.5 本章小结
• 3 江水源热泵复合式系统负荷分担的确定
• 3.1 水源热泵全年供应冷负荷能力分析
• 3.1.1 热泵机组能耗影响因素分析
• 3.1.2 输配系统能耗分析
• 3.2 常规空调系统供应冷负荷能力分析
• 3.3 江水源热泵与常规系统对比分析
• 3.3.1 对比分析的前提
• 3.3.2 江水源热泵系统能效比
• 3.3.3 常规空调系统能效比
• 3.3.4 理论研究的场景设计
• 3.3.5 对比分析
• 3.4 建筑冷量需求与系统冷量供应的匹配
• 3.4.1 匹配原则
• 3.4.2 江水源热泵+冷却塔
• 3.4.3 江水源热泵+土壤源热泵
• 3.5 应用分析
• 3.5.1 实测分析
• 3.5.2 复合式系统的应用分析
• 3.6 本章小结
• 4 江水源热泵复合式系统方案的选择和分析
• 4.1 系统形式选择的原则及指标体系的设置
• 4.1.1 系统形式选择的原则
• 4.1.2 系统形式选择指标体系的设置
• 4.2 系统选择方法的确定
• 4.3 模糊层次分析法FAHP 优选模型
• 4.3.1 建立复合式系统形式选择的递接层次结构
• 4.3.2 权重系数的确定
• 4.3.3 构造模糊互补判断矩阵
• 4.3.4 模糊互补判断矩阵一致性检验
• 4.3.5 方案层模糊互补判断矩阵的建立
• 4.3.6 层次总排序
• 4.4 应用分析
• 4.4.1 系统备选方案的确定
• 4.4.2 空调系统方案分析
• 4.4.3 模糊层次分析法决策判断
• 4.4.4 方案分析讨论
• 4.5 本章小结
• 5 江水源热泵复合式系统运行调控实例研究
• 5.1 江水源热泵复合式系统运行模式
• 5.2 江水源热泵复合式系统控制策略
• 5.3 优化控制
• 5.3.1 系统能耗模型
• 5.3.2 系统编程计算流程
• 5.4 程序求解及分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. matlab 原程序代码
• B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目