船用双级耦合热泵系统的性能分析与综合评价

论文摘要

2009年哥本哈根全球气候大会上，中国向世界承诺到2020年前，碳排放强度将比2005年减少40%至45%。我国是一个人均占有资源相对贫乏的国家，节能减排责任重大。在我国，船舶长期以来一直是能耗和排放“大户”,其中船舶空调能耗占船舶总能耗的比例较大。如何实现船舶空调的节能增效，降低空调能耗已成为船舶节能减排的一个重要研究方向。热泵技术的应用是船舶节能减排的一种有效方式。本文以某散货船为研究对象，针对其全年空调冷热负荷，提出适用于寒冷海域的船舶双级耦合热泵空调系统形式。建立了蒸发器和冷凝器的分布参数模型，以及压缩机和膨胀阀的数学模型，运用顺序模块法，根据质量、能量守恒，建立双级耦合热泵系统的数学模型，编制了仿真程序。利用仿真程序对一级热泵、二级热泵及双级耦合热泵的稳态特性进行了模拟分析，确定了不同设计负荷下，双级耦合热泵系统中一、二级侧机组设计容量的合理匹配。最后利用层次分析法从经济、能源和环境等几方面对船用双级耦合热泵系统的应用进行了综合评价。研究结果表明，双级耦合热泵系统在船舶上的应用有效改善了单级海水源热泵在低温海水条件下的供暖特性，解决了传统单级热泵机组在低温环境中供热量无法满足正常运行要求的问题。影响双级耦合热泵系统的性能因素主要有海水温度、末端环路水温和中间环路水温。双级耦合热泵系统可以单、双级两种模式运行，具有良好的负荷适应能力，有效提高了机组的能效比，减少了冷热源消耗能源所产生的污染物，对环境影响较小。双级耦合热泵的性能分析与综合评价，对扩大单级热泵的工作温度区间，促进热泵在船舶空调系统中的推广和应用提供了理论参考，对船舶空调的节能减排具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的意义
• 1.2 国内外海水源热泵的研究与应用
• 1.2.1 国外研究与应用进展
• 1.2.2 国内研究与应用进展
• 1.3 船舶应用海水源热泵的优势和问题
• 1.3.1 海水源热泵应用于船舶的优势
• 1.3.2 海水源热泵应用于船舶的问题
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 船舶空调负荷计算
• 2.1 船舶的基本情况
• 2.2 船舶运行的环境参数
• 2.2.1 船舶运行的 BIN 气象参数
• 2.2.2 热泵系统的海水进水温度
• 2.3 船舶空调负荷的计算
• 2.3.1 建筑负荷的计算
• 2.3.2 船舶舱室湿负荷的计算
• 2.3.3 船舶舱室送风量的计算
• 2.3.4 上层建筑新风负荷的计算
• 2.3.5 送风管空气温升热
• 2.3.6 风机热
• 2.3.7 空调总负荷
• 2.3.8 负荷计算结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 双级耦合海水源热泵系统的设计
• 3.1 双级耦合海水源热泵系统工作原理
• 3.2 一、二级水源热泵的设计
• 3.2.1 系统运行参数设计
• 3.2.2 压缩机的选型
• 3.2.3 壳管冷凝器的设计
• 3.2.4 壳管蒸发器的设计
• 3.2.5 膨胀阀的选型
• 3.3 本章小结
• 第4章 双级耦合海水源热泵系统的建模仿真
• 4.1 热泵工作介质热力参数和物性参数的数学模型
• 4.1.1 制冷剂的热力参数和物性参数的计算
• 4.1.2 水的物性参数的计算
• 4.2 涡旋式压缩机建模
• 4.2.1 压缩机模型的建立
• 4.2.2 压缩机数学模型的求解
• 4.3 冷凝器建模
• 4.3.1 冷凝器仿真的模型方程
• 4.3.2 冷凝器数学模型的求解
• 4.4 蒸发器建模
• 4.4.1 蒸发器仿真的模型方程
• 4.4.2 蒸发器数学模型的求解
• 4.5 膨胀阀建模
• 4.5.1 膨胀阀仿真的模型方程
• 4.5.2 膨胀阀数学模型的求解
• 4.6 热泵系统建模
• 4.6.1 单级热泵系统建模
• 4.6.2 双级耦合热泵系统建模
• 4.7 本章小结
• 第5章 双级耦合海水源热泵系统供暖稳态特性研究
• 5.1 一级水源热泵的稳态特性
• 5.1.1 海水进水温度对一级热泵的影响
• 5.1.2 海水进水水量对一级热泵的影响
• 5.1.3 中间环路温度对一级热泵的影响
• 5.2 二级水源热泵的稳态特性
• 5.3 双级耦合热泵供暖稳态特性
• 5.3.1 中间环路温度对双级耦合热泵系统的影响
• 5.3.2 末端环路温度对双级耦合热泵系统的影响
• 5.3.3 一、二级侧机组开启及匹配情况
• 5.4 本章小结
• 第6章 双级耦合海水源热泵系统的综合评价
• 6.1 冷热源对比方案的选取
• 6.2 冷热源方案的能耗指标计算
• 6.2.1 一次能耗标准煤耗量的计算
• 6.2.2 一次能源利用率的计算
• 6.3 冷热源方案的经济指标计算
• 6.3.1 初投资的计算
• 6.3.2 运行费的计算
• 6.3.3 费用年值的计算
• 6.4 冷热源方案的环境指标计算
• 6.4.1 污染物排放量计算
• 6.4.2 噪声计算
• 6.5 应用层次分析法进行评价
• 6.5.1 层次分析法简述
• 6.5.2 评价结果计算
• 6.6 本章小结
• 结论与展望
• 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