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土壤源热泵卫生热水供应系统性能与成本分析

作　者: 陈长武
导　师: 王勇
学　校: 重庆大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 土壤源热泵卫生热水热经济学成本数值模拟居住建筑入住率
分类号: TU822
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着生活水平的提高，城市居民对卫生热水的需求加大，卫生热水的能耗也越来越高。当前卫生热水生产还处于一种高能耗、用能不合理的状态，因此卫生热水集中供应系统宜采用更加节能环保的新技术来取代传统的以化石燃料和电能等高能耗制取卫生热水的方式。热泵技术是人们公认的具有显著节能环保效益的新技术，将热泵技术用于卫生热水集中供应系统中，取代传统的化石燃料和电能的卫生热水供应模式，是低碳化时代的必然选择。本文对土壤源热泵卫生热水供应系统的系统性能和供应卫生热水的成本进行了详细分析和研究。本文以重庆市祈年商业住宅小区为研究对象，分析了土壤源热泵系统的构成，并对各个子系统不同形式进行分析，从而得出适用于住在小区的最优化系统构成。分析了住宅小区的卫生热水使用特征，主要对居住建筑卫生热水用水定额、水温、水质、日用水规律以及外界影响因素方面进行了详细分析总结。利用fluent软件对土壤源热泵地埋管的换热情况进行了模拟分析。分析了祈年小区居住建筑满入住率时，全年卫生热水负荷情况，以及住宅小区中商业及其配套建筑全年空调负荷变化情况，比较夏季空调负荷与居住建筑热水负荷耦合情况，研究其是否满足热回收所需热量要求。建立了土壤源热泵地埋管换热器传热的数学物理模型，分别选取冬季和夏季典型日空调负荷和热水负荷作为输入条件，分析两种工况下，加入卫生热水供应系统前后土壤温度变化情况以及热泵机组进出水温度变化。对祈年土壤源热泵卫生热水系统的运行情况进行了实验测试。在居住建筑低入住率情况下，实测分析土壤源热泵卫生热水系统性能以及能耗情况。分析土壤源热泵卫生热水系统在实际运行中存在的一些问题，并提出优化的解决方案。最后，采用热经济学原理来分析土壤源热泵卫生热水系统中卫生热水成本构成以及影响卫生热水成本的主要因素。建立了卫生热水成本模型，得出土壤源热泵供应卫生热水的运行费用成本以及综合成本。本文介绍了几种典型的卫生热水供应系统，如空气源热泵卫生热水系统，燃气锅炉卫生热水系统、电锅炉卫生热水系统与土壤源热泵卫生热水系统。对着几种系统进行技术经济分析，以每立方米卫生热水综合成本为评价标准，从而得到这几种系统的卫生热水成本大小，为实际工程应用提供参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景  9-10
  1.2 国内外热泵卫生热水系统研究现状  10-13
    1.2.1 国外现状  10-12
    1.2.2 国内现状  12-13
  1.3 课题研究内容和意义  13-14
    1.3.1 课题研究的意义  13-14
    1.3.2 课题研究的内容  14
  1.4 本章小结  14-15
2 土壤源热泵卫生热水供应系统的影响因素分析  15-29
  2.1 集中供应卫生热水的土壤源热泵机组  15-17
    2.1.1 土壤源热泵独立卫生热水机组  15-16
    2.1.2 土壤源热泵热回收式热水机组  16-17
  2.2 热媒水换热系统  17-20
    2.2.1 冷水补水方式的影响  18
    2.2.2 不同的热媒水换热系统  18-20
  2.3 用户侧热水管网系统  20-22
    2.3.1 支管循环热水供水方式  20
    2.3.2 立管循环热水供水方式  20
    2.3.3 干管循环热水供水方式  20-21
    2.3.4 不循环热水供水方式  21-22
  2.4 土壤源热泵热水机组不同运行方式  22-23
    2.4.1 制冷兼制取卫生热水供应  22
    2.4.2 单独卫生热水供应  22
    2.4.3 制热兼卫生热水供应  22-23
  2.5 卫生热水使用特征  23-26
    2.5.1 卫生热水用水定额、水温及水质要求  23-24
    2.5.2 卫生热水使用量外界影响因素  24-25
    2.5.3 日用水量变化规律  25-26
  2.6 空调负荷特征  26-27
  2.7 本章小结  27-29
3 土壤源热泵地埋管换热器的数值模拟  29-53
  3.1 空调负荷模型  29
  3.2 热水负荷模型  29-34
  3.3 传传热模型的的理论研究究  34-38
  3.4 地埋管传热模型的建立  38-44
  3.5 双 U 管数值模拟结果分析  44-51
  3.6 本章小结  51-53
4 祈年地源热泵卫生热水系统实测性能分析  53-67
  4.1 土壤源热泵热水系统实验测试平台介绍  53-55
    4.1.1 机房设备系统  53-54
    4.1.2 地埋管地下环路系统  54-55
  4.2 实验方案和测试仪器介绍  55-59
    4.2.1 实验测试目的  55-56
    4.2.2 实验任务  56
    4.2.3 测试内容及实验方法  56-58
    4.2.4 测试仪器介绍  58-59
  4.3 测试误差分析与数据处理  59-60
    4.3.1 误差的分析  59
    4.3.2 测试数据误差处理  59-60
  4.4 测试结果分析  60-63
    4.4.1 土壤原始温度测试  60-61
    4.4.2 过渡季节土壤源热泵卫生热水供应性能测试  61-63
  4.5 低入住率下的土壤源热泵卫生热水供应系统运行策略  63-65
  4.6 本章小结  65-67
5 基于热经济学的卫生热水成本分析  67-87
  5.1 热经济学分析基础  67
  5.2 热经济学的三种主要模型  67-68
  5.3 热经济学成本概念  68-69
  5.4 土壤源热泵卫生热水系统成本模型  69-79
    5.4.1 热经济学成本模型  69-71
    5.4.2 热经济学成本方程  71-72
    5.4.3 卫生热水成本构成分析  72-73
    5.4.4 卫生热水年度化成本计算  73-77
    5.4.5 卫生热水单位成本计算  77-79
  5.5 居住建筑入住率对卫生热水单位水量成本的影响  79-80
  5.6 不同卫生热水供应方案技术经济性分析  80-84
    5.6.1 集中卫生热水供应方案技术性分析  80-81
    5.6.2 集中卫生热水供应方案经济性分析  81-84
  5.7 本章小结  84-87
6 结论与展望  87-89
  6.1 全文结论  87-88
  6.2 展望  88-89
致谢  89-91
参考文献  91-95
附录  95

土壤源热泵卫生热水供应系统性能与成本分析

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