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污水源热泵系统的工况研究与优化设计

作　者: 庄兆意
导　师: 孙德兴
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 污水源热泵优化设计初投资运行费用换热面积
分类号: X703.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 412次
引　用: 1次
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内容摘要

随着可持续发展战略中环保和节能这两大主题的不断深入,各种低温热源,诸如地下水、土壤、太阳能、余热、废热、城市污水等不断加入到城市热源的行列中来,尤其是城市污水更是显示出了强劲的发展潜力。污水源热泵系统换热工况的选择是系统设计的关键,这些参数的选择,必须在保证系统正常使用效果的同时,还必须满足经济性要求,包括初投资和运行费用两方面。本文对污水源热泵系统实际工程中冬季的运行参数进行了检测。根据实际测量的相关数据,分析了一、二级污水泵的匹配对污水防阻机性能的影响,污水进口温度、进出口温差对系统性能的影响,水泵能耗在系统总能耗中的比例。并据此给出了系统中一、二级污水泵的选择原则和依据,系统运行时的调试方法,为污水源热泵系统的工程设计、运行提供理论依据。以动态的年计算费用为目标函数,以污水源热泵系统各环路的设计参数为优化参数,分别推导了系统的初投资和运行费用的优化目标函数,根据实际工程运行中的测试数据完善了优化过程中的约束条件,编制MATLAB程序来对系统设计参数进行优化,并结合实际算例给出了系统参数设计值,分析了个别参数变化时对系统年计算费用和系统机组性能的影响。在系统环路最优化设计参数确定的基础上介绍了污水—中介水换热器的设计方法和原则,结合实际工程例子给出了换热器的设计步骤和方法,并在有限时间热力学理论基础上建立了系统的换热面积和机组性能的数学模型,结合实际算例给出了系统换热面积的优化设计。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
物理名称及符号表  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景  10-12
    1.1.1 建筑能耗与环境污染问题  10
    1.1.2 污水热能资源化的意义  10-11
    1.1.3 污水源热泵的特点与优势  11-12
  1.2 国内外研究综述  12-15
    1.2.1 污水源热泵系统的应用现状  12-14
    1.2.2 污水源热泵系统的设计现状  14-15
  1.3 本文研究的目的和意义  15-16
  1.4 本文的研究内容  16-17
第2章污水源热泵系统冬季工况的实测与分析  17-39
  2.1 实验工程系统  17-22
    2.1.1 系统简介  17
    2.1.2 实验系统图  17-20
    2.1.3 测点布置与数据采集  20-22
  2.2 实验目的  22
  2.3 实验结果与分析  22-38
    2.3.1 一、二级水泵的匹配对防阻机性能的影响  22-27
    2.3.2 污水进口温度对系统性能的影响  27-31
    2.3.3 污水进出口温差对系统性能的影响  31-35
    2.3.4 水泵能耗在系统能耗中的比例  35-38
  2.4 本章小结  38-39
第3章污水源热泵系统换热工况优化设计  39-58
  3.1 概述  39-40
  3.2 目标函数与系统变量  40-41
    3.2.1 目标函数的建立  40-41
    3.2.2 系统的变量分析  41
  3.3 目标函数中初投资数据的调研与分析  41-49
    3.3.1 热泵机组  42-44
    3.3.2 污水防阻机  44
    3.3.3 污水－中介水换热器  44-46
    3.3.4 水泵  46-48
    3.3.5 输送管路及其机房辅助设备  48-49
    3.3.6 初投资目标函数  49
  3.4 运行费用数据计算  49-52
    3.4.1 热泵机组的耗电费用  50
    3.4.2 水泵的耗电费用  50-51
    3.4.3 运行费用目标函数  51-52
  3.5 系统年计算费用目标函数和约束条件  52-53
    3.5.1 年计算费用的目标函数  52-53
    3.5.2 约束条件  53
  3.6 优化算法和计算机程序  53-54
  3.7 优化算例分析  54-57
    3.7.1 工程简介  54-55
    3.7.2 优化结果及分析  55-57
  3.8 本章小结  57-58
第4章污水源热泵系统换热面积优化设计  58-73
  4.1 污水－中介水换热器设的计计算方法  58-63
    4.1.1 污水用壳管式换热器设计计算的特殊性  58
    4.1.2 污水—中介水换热器设计计算方法  58-61
    4.1.3 换热器计算的MATLAB 程序  61-62
    4.1.4 计算实例  62-63
  4.2 换热面积优化的有限时间热力学分析  63-72
    4.2.1 有限时间热力学概念及主要应用范围  63-64
    4.2.2 数学模型的建立  64-65
    4.2.3 污水源热泵系统主要设计参数优化  65-67
    4.2.4 算例分析  67-72
  4.3 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-79
附录  79-85
攻读学位期间发表的学术论文  85-87
致谢  87

污水源热泵系统的工况研究与优化设计

内容摘要

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