太阳能与能源塔热泵集成空调系统研究

【摘要】：近年来，我国经济的迅速发展也带动着城镇化建设脚步越来越快。然而，快速的经济增长和基础建设也带来了过快的能源消耗，在这些能源消耗过程中，空调能耗占了一定的比重。对于一套建筑空气调节系统，空调冷热源设备是满足建筑冷热需求、实现能源消耗与转化的关键设备，空调冷热源的性能在很大程度上决定着空调能耗的多少。因此，合理选择和设计空调系统冷热源是实现建筑节能、降低建筑能耗的重要措施。 本文针对地处夏热冬冷地区某办公楼建筑的空调冷热源节能改造设计了一套集成太阳能供热、能源塔热泵系统供热和蓄热等技术的集成空调系统。文章首先从理论计算的角度证明了该套空调系统在夏热冬冷地区实现全年供冷、供热的可行性。 然后，通过对相类似工程在同一室外参数下的局部性能测试，结合TRNSYS仿真模拟方法，分析了集成空调系统在全年4类典型气候工况及相应的最佳运行配置条件下的运行规律及制冷、制热性能，找出了运行性能欠佳的工况。 针对该运行性能欠佳的状况，运用CFD数值模拟方法对能源塔的换热构造进行了优化设计，得到了有利于空气和能源塔对流换热的能源塔尺寸配置。 最后，对该系统的节能和环保效益做了定量分析。 文章结尾在总结本文研究的基础上，提出了进一步深入研究该系统的几点建议。 【关键词】：冷热源节能改造 运行配置 运行规律 构造优化 节能环保效益分析
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU831.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 研究和应用现状11-18
• 1.2.1 太阳能供热技术现状11-14
• 1.2.2 能源塔热泵技术现状14-17
• 1.2.3 太阳能、能源塔热泵联合供热技术研发与应用现状17-18
• 1.3 相关基础知识概述18-20
• 1.3.1 TRNSYS 软件简介18
• 1.3.2 计算流体动力学（CFD）方法简介18-19
• 1.3.3 太阳辐射基础知识19-20
• 1.4 课题研究目的与意义20-21
• 1.4.1 研究目的20-21
• 1.4.2 研究意义21
• 1.5 本文研究内容21-23
• 第二章 太阳能-能源塔热泵集成空调系统模型的提出及换热理论计算23-45
• 2.1 夏热冬冷地区气候特征23-25
• 2.2 系统设计计算参数25-26
• 2.3 集成空调系统的建立26-35
• 2.3.1 太阳能集热系统与能源塔热泵系统的容量匹配分析26-28
• 2.3.2 太阳能集热模块设计28-29
• 2.3.3 能源塔热泵系统模块设计29-30
• 2.3.4 蓄热模块设计30-33
• 2.3.5 动力设备的选择33-34
• 2.3.6 系统运行原理34-35
• 2.4 采暖系统模型及换热理论计算35-44
• 2.4.1 间接换热理论计算模型35-36
• 2.4.2 有温差水流换热模型36-37
• 2.4.3 能源塔传热传质模型37-41
• 2.4.4 能源塔热泵系统换热模型41-42
• 2.4.5 太阳能集热系统模型42-43
• 2.4.6 系统的热平衡模型43-44
• 2.5 小结44-45
• 第三章 系统全年四类典型工况下的运行特性分析45-65
• 3.1 测试方案45-47
• 3.1.1 工况分类45-46
• 3.1.2 测试对象与实验仪器46
• 3.1.3 测试方法46-47
• 3.2 系统在工况 1 下的运行性能47-49
• 3.3 系统在工况 2 下的运行性能49-53
• 3.4 系统在工况 3 下的运行性能53-58
• 3.5 系统在工况 4 下的运行性能58-63
• 3.5.1 能源塔热泵系统单独供热模式59
• 3.5.2 蓄热系统单独供热模式59-61
• 3.5.3 热泵机组与蓄热系统串联供热模式61-63
• 3.6 小结63-65
• 第四章 针对运行性能最差区间的优化设计及效果对比65-74
• 4.1 性能最差工况的原因分析65
• 4.2 采用 CFD 仿真技术对能源塔进行结构优化65-73
• 4.2.1 能源塔数值计算模型66-68
• 4.2.3 数值模拟结果对比分析68-73
• 4.3 本章小结73-74
• 第五章 系统的节能与环保效益分析74-84
• 5.1 系统的节能效益分析74-79
• 5.1.1 系统的初投资及回收年限74-75
• 5.1.2 系统的年节能量75-78
• 5.1.3 寿命周期内总节省费用及费效比78-79
• 5.2 系统的环保效益分析79-83
• 5.2.1 大气有害颗粒物过滤量分析79-82
• 5.2.2 大气污染物减排量分析82-83
• 5.3 本章小结83-84
• 第六章 结论与展望84-86
• 6.1 结论84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-89
• 攻读学位期间主要成果89-90
• 致谢90

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