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蒸发冷却应用于消除工业余热的能耗研究

作　者: 张珂
导　师: 吴志湘
学　校: 西安工程大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 蒸发冷却通风降温能耗模拟 Energyplus软件机械制冷
分类号: TU834.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在全球气候变化的大背景之下，我国制定了很多项法律与法规，用于促进节能减排与低碳经济的发展。在暖通空调行业的发展过程之中，也同样受到资源和环境两个大问题的限制，空调系统的节能就显得格外重要，新的节能减排技术将会越来越多的得到应用。蒸发冷却技术作为一种新的节能技术，其具有节能、高效和环保等特点，得到了越来越多的研究与应用。目前，我国有大量的工业厂房，其特点是内部存在着发热设备，而且往往有大量的大显热的工业余热存在。如果工业厂房内产生的工业余热不能顺利的排除，设备就会因为室内干球温度过高而影响正常使用，生产过程就不能正常进行。利用蒸发冷却通风降温系统，可以有效的消除工业厂房中产生的大显热的工业余热。在消除工业余热方面，蒸发冷却技术比传统的机械制冷技术更加节能。本文以此为出发点，采用EnergyPlus能耗分析软件，建立基于EnergyPlus应用于消除大显热工业余热的直接蒸发冷却通风降温系统的全年能耗计算方法，并对直接蒸发冷却通风降温系统和机械制冷通风降温系统的全年能耗进行模拟计算，将两者的全年能耗进行对比及分析。本文首先对国内外常用的几种建筑能耗分析软件进行介绍，并对它们的特点与性能进行比较，最终选择了Energyplus能耗分析软件作为本课题的能耗模拟研究的平台。并对Energyplus能耗分析软件应用于蒸发冷却技术的适用性情况进行了研究，结果表明，Energyplus能耗分析软件完全能够满足本课题的对直接蒸发冷却通风降温系统与机械制冷通风降温系统进行全年能耗模拟的要求。然后本文以乌鲁木齐空冷配电室及直接蒸发冷却通风降温系统为研究对象，根据空冷配电室的围护结构实际情况和直接蒸发冷却通风降温系统的设备性能参数，借助EnergyPlus模拟平台，建立了空冷配电室及直接蒸发冷却通风降温系统的仿真模型。其次本文对乌鲁木齐空冷配电室及直接蒸发冷却通风降温系统，进行实际工程运行测试，并借助实际测试的数据，对基于Energyplus的空冷配电室及直接蒸发冷却通风降温系统仿真模型进行了验证。结果表明，模拟数据与实测数据基本吻合，两者之间的偏差较小，各数据的ERR值均在容许范围之内，建立的模型与实际工程比较接近，模型较为准确。再次本文以该空冷配电室为研究对象，在与直接蒸发冷却通风降温系统的条件相同的情况下，设计一套机械制冷通风降温系统，并基于Energyplus建立该机械制冷通风降温系统的仿真模型。最后本文分别对直接蒸发冷却通风降温系统和机械制冷通风降温系统的全年能耗进行了模拟研究，并对这两种系统的全年能耗进行了对比以及分析。直接蒸发冷却通风降温系统全年的耗电量为32556.36kWh，而机械制冷通风降温系统的全年的耗电量为168615.26kWh，机械制冷通风降温系统全年的耗电量比直接蒸发冷却通风降温系统的多了136058.64kWh，前者的全年耗电量是后者的5.18倍。在夏季与过渡季节制冷工况下，直接蒸发冷却通风降温系统的经济性能评价指标EERdec为3.28，机械制冷通风降温系统的系统运行能效比ε为1.47。经过对两种系统进行的比较，可以得出，直接蒸发冷却通风降温系统耗电量更低，能效比更高，更加节能、高效与环保。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-10
1 绪论  10-17
  1.1 课题来源  10
  1.2 研究背景  10-12
    1.2.1 工业余热的分类  10
    1.2.2 工业余热的特点  10-11
    1.2.3 消除工业余热的方法  11
    1.2.4 利用能耗分析软件的作用及意义  11-12
  1.3 国内外研究现状及发展动态  12-15
    1.3.1 国外研究状况  12-13
    1.3.2 国内研究状况  13-15
  1.4 课题的提出  15
  1.5 课题的主要内容和创新点  15-17
    1.5.1 课题的主要内容  15-16
    1.5.2 课题的研究步骤  16
    1.5.3 课题的创新点  16-17
2 Energyplus能耗分析软件的应用研究  17-35
  2.1 能耗分析软件的选择  17-21
    2.1.1 国内外主要能耗分析软件简介  17-20
    2.1.2 能耗分析软件对比及选择  20-21
  2.2 Energyplus介绍  21-28
    2.2.1 EnergyPlus的开发背景  21-23
    2.2.2 EnergyPlus的特点  23-24
    2.2.3 EnergyPlus模拟方法  24-28
  2.3 EnergyPlus的可靠性  28-31
    2.3.1 EnergyPlus的测试和可靠性验证  28-29
    2.3.2 EnergyPlus国内模拟和实测结果比较验证  29-31
  2.4 Energyplus应用于蒸发冷却技术的研究  31-33
    2.4.1 Energyplus的蒸发冷却模块研究  31
    2.4.2 研究型直接蒸发冷却器模块研究  31-33
  2.5 小结  33-35
3 建立空冷配电室直接蒸发冷却通风降温系统仿真模型  35-46
  3.1 建立建筑数学模型  35-39
    3.1.1 建立墙体传热数学模型  35-36
    3.1.2 建立玻璃窗传热数学模型  36-38
    3.1.3 建立区域热平衡数学模型  38-39
  3.2 建立直接蒸发冷却通风降温系统能耗数学模型  39-41
    3.2.1 建立直接蒸发冷却器能耗数学模型  39-41
    3.2.2 建立风机能耗数学模型  41
  3.3 建立建筑与直接蒸发冷却通风降温系统仿真模型  41-45
    3.3.1 仿真模拟对象  41-42
    3.3.2 建立建筑仿真模型  42-43
    3.3.3 建立直接蒸发冷却降温系统仿真模型  43-45
  3.4 小结  45-46
4 实际工程测试及模型验证  46-53
  4.1 实际工程概况  46-48
    4.1.1 工程简介  46-47
    4.1.2 工程设计方案  47-48
  4.2 工程运行测试方案  48-50
    4.2.1 运行测试内容  48
    4.2.2 运行测试仪器  48-49
    4.2.3 测试的原则  49
    4.2.4 运行测试方法  49-50
  4.3 运行测试数据及分析  50-51
    4.3.1 运行测试数据  50
    4.3.2 室内空气状态分析  50
    4.3.3 机组效率分析  50-51
  4.4 模拟与实测数据对比及模型验证  51-52
    4.4.1 模拟数据与实测数据对比  51
    4.4.2 误差分析与模型验证  51-52
  4.5 小结  52-53
5 建立机械制冷通风降温系统模型  53-60
  5.1 机械制冷通风降温系统的设计  53-56
    5.1.1 通风降温系统各设计参数  53-54
    5.1.2 机械制冷通风降温系统设备选型  54-56
  5.2 建立机械制冷通风降温系统能耗数学模型  56-57
    5.2.1 建立制冷机组能耗数学模型  56
    5.2.2 建立冷冻水泵能耗数学模型  56-57
  5.3 建立采用机械制冷通风降温系统仿真模型  57-59
  5.4 小结  59-60
6 能耗研究及对比分析  60-73
  6.1 直接蒸发冷却通风降温系统全年能耗研究  60-64
    6.1.1 夏季与过渡季节直接蒸发冷却系统运行能耗模拟研究  60-63
    6.1.2 冬季直接蒸发冷却系统运行能耗模拟研究  63-64
    6.1.3 直接蒸发冷却系统全年运行能耗研究  64
  6.2 机械制冷通风降温系统全年能耗研究  64-68
    6.2.1 夏季与过渡季节机械制冷通风降温系统运行能耗模拟研究  65-67
    6.2.2 冬季机械制冷通风降温系统运行能耗模拟研究  67-68
    6.2.3 机械制冷通风降温系统全年运行能耗研究  68
  6.3 全年能耗的对比及分析  68-72
    6.3.1 全年运行能耗对比研究  68-70
    6.3.2 全年运行能耗对比分析  70-72
  6.4 小结  72-73
7 结论与展望  73-76
  7.1 结论  73
  7.2 存在的不足  73
  7.3 课题的展望  73-76
参考文献  76-80
攻读学位期间发表的学术论文目录  80-83
致谢  83

蒸发冷却应用于消除工业余热的能耗研究

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