重庆地区学生公寓空气源热泵热水系统的优化运行研究

论文摘要

随着经济的发展,人们生活水平快速提高,生活热水的需求量大幅上升,形成了一个量大面广的热水消费市场。作为一种高效节能装置,空气源热泵热水器将在国际市场中占据着重要的位置。对于学生公寓、宾馆、酒店等公共建筑,空气源热泵热水系统能最大限度的发挥自身优势。空气源热泵热水器制备生活热水不仅可以有效节约能源,且对环境无污染,是一种清洁的能源,因此在国内市场有着广阔的发展空间和应用前景。本文首先针对国内外的热水能耗现状,提出课题的意义,并针对国内外的发展和研究现状提出了本文的研究重点和研究内容,并简要阐述了本课题的研究意义。目前国内外常见的热泵热水系统形式主要有:直热式空气源热泵热水系统和循环式空气源热泵热水系统。本文针对空气源热泵热水系统在学生公寓中得应用,提出了这两种常规系统的设计方法,主要包括热泵机组的选型设计、水箱的设计、水泵的匹配及管道的铺设。最后针对系统初始设计和运行中存在的问题对热泵机组的摆放位置、水泵的布置及选择、噪声的影响及系统的节能措施提出了几点注意事项。本文结合重庆某高校的实际工程,介绍两种不同的热水系统在实际工程中的实际设计情况。着重对直热式空气源热泵热水系统的实际运行控制模式、部分时段内水箱及管网温度变化及系统全年的耗电量、耗水量进行了分析。简要的介绍了循环式系统的运行情况,并由全年的耗能量分析可知循环式系统在低楼层、公共浴室的学生公寓中应用良好。结合对两个系统实际使用的调研结果,从洗浴花费、水温、水压及系统满意程度等多方面可知直热式热泵热水系统更适合在学生公寓中广泛应用。在此基础上,本文针对该测试工程中的直热式空气源热泵热水系统做了深入研究。通过实测分析了系统直热补水时段机组的COP,并对系统能耗中的直热加热模式及循环再热模式的能耗分别进行了研究。同时也讨论了实际热泵热水系统中一些系统耗能量的影响因素,如实际的用水规律、室外气候条件、机组及水箱的配置、供回水温度的设定、机组的运行时段等;结合系统的影响因素和系统的能耗分析提出三种优化方案。方案一是根据环境温度对机组COP的影响,对机组直热补水时段进行优化。优化后系统的直热补水模式节电量并不显著,但系统的循环加热水量随之减少导致循环模式耗电量降低,因此可得出环境温度对直热加热模式的能耗影响较小,改变循环再热模式的再热水量节能效果显著。方案二根据方案一的研究成果以及对水箱内温度的变化观测,对系统的运行时段调整及热水系统管网进行改造,系统的循环加热模式几乎不再启动,系统耗能量明显降低,对实际的工程起到指导作用。方案三在方案二的基础上对系统的设计参数进行优化,以达到节约初投资的效果。最后本文针对学校原有的供热系统与现有的直热式空气源热泵热水系统进行对比,分析其节能性和经济性,并对锅炉热水系统、为优化前的空气源热泵热水系统、优化后的热泵热水系统及常规电热水器的运行费用和环保效益进行对比,从理论上证明了空气源热泵热水系统有很大的应用前景,是一种值得推广的技术。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的提出及意义
• 1.2.1 建筑热水能耗的现状
• 1.2.2 课题的提出及意义
• 1.3 国内外发展与研究
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本课题研究的重点和内容
• 1.5 课题研究意义
• 1.6 本章小结
• 2 空气源热泵热水系统的设计
• 2.1 空气源热泵热水系统热水系统的工作原理及分类
• 2.1.1 循环式热泵热水系统
• 2.1.2 直热式热泵热水系统
• 2.2 空气源热泵热水系统的设计
• 2.2.1 热泵机组的选型
• 2.2.2 水箱设计
• 2.2.3 水泵的匹配
• 2.2.4 管道设计
• 2.3 系统设计及运行中的注意事项
• 2.3.1 热泵机组的摆放位置
• 2.3.2 水泵的布置与选择
• 2.3.3 减少热泵机组及水泵噪音影响的措施
• 2.3.4 空气源热泵热水系统节能措施
• 2.4 本章小结
• 3 热泵热水系统的运行及能耗分析
• 3.1 测试工程概况
• 3.1.1 直热式热泵热水系统概况
• 3.1.2 循环式热泵热水系统概况
• 3.2 系统运行控制及能耗分析
• 3.2.1 直热式热泵热水系统的运行分析
• 3.2.2 循环式热泵热水系统的运行分析
• 3.2.3 系统实际使用情况
• 3.3 本章小结
• 4 直热式热泵热水系统运行模式及节能分析研究
• 4.1 机组COP 测试
• 4.1.1 测试仪器
• 4.1.2 实验测试方法及原理
• 4.1.3 测试数据
• 4.1.4 数据处理
• 4.2 系统能耗分析
• 4.3 直热式热水系统的影响因素
• 4.3.1 环境温度
• 4.3.2 进出口水温的影响
• 4.3.3 水箱容积设定
• 4.4 直热式热水系统的节能优化研究
• 4.4.1 空气源热泵热水机组的运行时段研究
• 4.4.2 直热式空气源热泵热水系统的管网优化研究
• 4.4.3 直热式热泵热水系统设计参数优化
• 4.5 本章小结
• 5 空气源热泵供热系统的节能效果
• 5.1 不同供热系统的一次能耗（折合煤）
• 5.2 空气源热泵供热系统的节能效果分析
• 5.2.1 系统未优化前的节能效果
• 5.2.2 系统优化后的节能效果
• 5.3 效益评估
• 5.4 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足和应改进之处
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录