蓄能型污水源热泵系统的性能分析和综合评价

论文摘要

近年来污水源热泵系统在我国的研究和应用逐年增加。污水源热泵技术是提取城市污水中赋存的低温热量的一种可再生资源利用方式,是实现城市污水资源化的有效途径。本文设计蓄能型污水源热泵系统,是将污水源热泵技术与相变蓄能技术相结合的—种新型热泵系统,该系统在“用电低谷”的夜间利用相变蓄能技术将污水中的冷/热量存储在蓄能换热装置中,在用电高峰时再释放蓄能换热装置中存储的能量,进行空调供冷/热,起到“移峰填谷”的作用。本文以北京市某办公楼为例,对蓄能型污水源热泵系统进行设计,同时设计与之相匹配的蓄能换热装置。该系统能实现多种运行模式,即单独供冷/供热、单独蓄冷/蓄热、利用蓄冷供冷和蓄热供热、联合供冷/供热共八种运行模式。为了研究蓄能型污水源热泵系统的运行特性,建立蓄能型污水源热泵系统中压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀等主要部件的数学模型,并将部件模型有机的结合起来,建立蓄能型污水源热泵系统的仿真模型。利用系统的仿真模型,分析系统在蓄冷/蓄热模式、释冷/释热模式、联合供冷/供热等模式下的运行特性。为评价蓄能型污水源热泵系统的应用效果,计算了污水源热泵系统、蓄能型污水源热泵系统、城市热网+冷水机组系统、空气源热泵系统、土壤源热泵系统的能耗指标、经济指标、环境指标,应用熵权层次分析法对这五种冷、热源方案进行综合评价研究。研究结果表明,蓄能型污水源热泵系统的综合性能优于其它四种冷、热源方案。根据综合评价指标,进一步计算了蓄能型污水源热泵系统的适用范围,当应用蓄能型污水源热泵的建筑物与污水厂的距离小于适用范围时,才能真正发挥蓄能型污水源热泵系统的节能环保优势。通过本文的研究为新型蓄能型污水源热泵系统的推广应用提供一定的理论支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 污水源热泵技术研究现状
• 1.2.2 蓄能技术在热泵系统中应用的研究现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 蓄能型污水源热泵系统设计与运行模式分析
• 2.1 蓄能型污水源热泵系统的运行模式分析
• 2.1.1 蓄能型污水源热泵系统的工作原理
• 2.1.2 蓄能型污水源热泵系统设计工况的确定
• 2.2 建筑物模型与负荷计算
• 2.2.1 建筑模型
• 2.2.2 建筑物负荷计算
• 2.3 蓄能型污水源热泵系统的设计
• 2.3.1 热泵机组的选择
• 2.3.2 蓄能换热装置的初步设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 蓄能型污水源热泵系统主要部件数学模型
• 3.1 换热器的数学模型
• 3.2 压缩机数学模型
• 3.3 热力膨胀阀的数学模型
• 3.4 蓄能装置的数学模型
• 3.5 系统算法设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 蓄能型污水源热泵系统的性能分析
• 4.1 蓄能换热装置蓄能过程的性能分析
• 4.1.1 蓄冷过程性能分析
• 4.1.2 蓄热过程性能分析
• 4.2 蓄能换热装置释能过程的性能分析
• 4.2.1 释冷过程性能分析
• 4.2.2 释热过程性能分析
• 4.3 蓄能型污水源热泵系统运行特性分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 蓄能型污水源热泵系统的综合评价
• 5.1 评价方法简介
• 5.1.1 层次分析法计算步骤
• 5.1.2 熵权系数法计算步骤
• 5.1.3 建立最小二乘法优化模型
• 5.1.4 综合评价的流程
• 5.2 对比研究的冷热源方案简介
• 5.3 评价指标的确定
• 5.4 全年能耗指标计算
• 5.5 全年经济指标计算
• 5.5.1 工程经济费用计算
• 5.5.2 运行费用计算
• 5.5.3 经济性评价
• 5.6 全年环境指标计算
• 5.7 冷热源方案的综合评价
• 5.8 污水源热泵的适用范围分析
• 5.9 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢