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重庆地区复合式地源热泵系统的应用及控制策略研究

作　者: 徐永军
导　师: 卢军
学　校: 重庆大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 复合式地源热泵 地埋管换热器 控制策略 冷却塔
分类号: TU831.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 204次
引　用: 2次
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内容摘要


随着我国城市化进程的加快,经济的快速发展和人们生活水平的提高,公共建筑和住宅的供热和空调已经成为普遍的需求。空调系统能耗问题日益突出,城市建筑的快速发展给地源热泵系统这种节能空调新技术的使用带来了巨大的发展潜力。在建筑的空调冷负荷比热负荷大得多的地区,采用地源热泵空调系统,地埋管排入土壤中的热量和从土壤中提取的热量不平衡,长期作用会使土壤温度升高,热泵夏季进水温度升高从而降低系统性能,增加了系统的能耗。因此可在冷负荷占优势建筑中采用辅助冷却的复合式地源热泵系统,根据建筑热负荷设计地埋管换热器,减少地下换热器的长度,降低了系统的初投资,并通过辅助冷却设备来消除土壤中的不平衡热量,改善了系统性能。本文首先建立了地源热泵系统以及各个部件的传热数学模型,并对系统模拟计算步骤进行了阐述,分析系统各个部分内在的耦合关系。采用实测数据与模拟计算结果进行比较,验证了传热模型的正确性以及可行性。基于重庆地区某复合式地源热泵示范工程,采用传统型地源热泵系统和传统冷机联合地源热泵的复合式系统分别进行研究。根据DeST能耗模拟软件计算出的全年逐时空调冷热负荷和建立的数学模型,采用不同的控制策略,对传统型和复合式地源热泵系统进行了7年的模拟计算,研究了地源热泵系统初始运行时间点对系统能耗、地埋管换热器钻孔壁温度和进出口水温的影响。对冷负荷占优的建筑采用传统地源热泵系统进行研究,说明了采用复合式地源热泵对节省系统初投资和维持地下土壤热平衡的重要性。为传统冷机联合地源热泵的复合式系统制定了两种控制策略,并与不采用控制策略的运行方式相比,说明在这种复合式地源热泵系统中采用一定的控制手段,维持地下土壤的温度和系统节能性,仍然是很有必要的。在不同控制策略设定值下,分析了复合式系统的运行能耗以及钻孔壁温度两个重要参数,通过对不同控制策略设定值和运行方式下的模拟计算结果进行比较,得出了最佳的控制策略设定值,为实际工程应用提供了运行控制方法和指导。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 课题的研究背景  8-9
  1.2 地源热泵的研究发展现状  9-15
    1.2.1 地源热泵国外研究发展现状  9-10
    1.2.2 地源热泵国内研究发展现状  10-11
    1.2.3 辅助冷却塔复合式地源热泵的研究现状  11-15
  1.3 课题研究的主要内容及意义  15-16
  1.4 技术路线  16-18
2 地源热泵系统相关数学模型的建立  18-44
  2.1 地埋管换热器传热模型  18-35
    2.1.1 单个钻孔恒定热流下的钻孔外传热模型  19-25
    2.1.2 无限长线热源模型的简化计算  25
    2.1.3 多钻孔变热流工况下钻孔外的传热分析  25-27
    2.1.4 钻孔内传热模型及钻孔内热阻  27-32
    2.1.5 地埋管换热器传热模型的验证  32-35
  2.2 地源热泵机组性能  35-37
  2.3 冷却塔传热模型  37-41
    2.3.1 冷却塔热质交换特点  37-38
    2.3.2 冷却塔的热质交换研究  38
    2.3.3 逆流式冷却塔热力计算  38-41
  2.4 本章小结  41-44
3 工程项目负荷特性及传统地源热泵  44-66
  3.1 工程概况及空调负荷特性分析  44-47
  3.2 传统地源热泵空调系统及选型  47-49
  3.3 全年岩土冷热负荷平衡问题  49-50
  3.4 传统地源热泵空调系统运行模拟及分析  50-64
    3.4.1 系统计算初始条件及计算步骤  50-52
    3.4.2 从夏季投入使用的运行模拟及分析  52-56
    3.4.3 从冬季投入使用的运行模拟及分析  56-61
    3.4.4 两种运行方案对比  61-64
  3.5 本章小结  64-66
4 冷水机组联合地源热泵复合式系统的运行研究  66-102
  4.1 复合式地源热泵系统及选型  67-71
  4.2 复合式地源热泵系统模拟计算步骤  71-73
  4.3 复合式地源热泵系统的控制策略  73-76
  4.4 不同控制策略下运行模拟及分析  76-99
    4.4.1 不采用控制策略的系统运行分析  76-83
    4.4.2 冷水机组系统切换时间控制策略分析  83-90
    4.4.3 冷水机组系统切换湿球温差控制策略分析  90-98
    4.4.4 两种控制策略比较分析  98-99
  4.5 本章小结  99-102
5 结论与展望  102-106
  5.1 本文主要结论  102-103
  5.2 展望及建议  103-106
致谢  106-108
参考文献  108-112
附录  112

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 房屋建筑设备 > 空气调节、采暖、通风及其设备 > 空气调节 > 空气调节系统
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