冷水相变能热泵系统的仿真与实验研究
发布时间：2022-12-03 20:59
利用水源热泵系统为建筑物供热供冷,具有巨大的节能减排效益,是缓解暖通空调能源消耗与环境污染问题的重要途径。但在开发应用中存在冬季水温较低以及水资源较少两个瓶颈问题,为此提出了突破冰点,开发利用冷水结冰时释放的凝固相变能作为热泵系统热源的思路。本文重点研究冷水相变能热泵的系统形式、运行特点以及能耗特性。本文主要研究内容及结果如下:（1）与常规水源热泵系统相比,冷水相变能热泵系统的水源水温较低,导致热泵机组的能效比下降。为研究在冷水相变能热泵系统工况下,热泵系统是否具有节能性,利用simulink建立热泵机组的仿真系统,构建压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器的数学模型,模拟研究了热泵机组的能效比在不同工况下的变化规律,为实验提供理论指导。模拟结果显示,在冷水相变工况下,热泵系统仍具有较好的节能性。（2）冷水相变能热泵系统的核心技术问题是如何实现系统的取热结冰、快速除冰和再结冰的不间断循环,提出了间歇式热融冰和机械除冰相结合的除冰方式。利用SolidWorks三维建模说明了冷水相变机的工艺结构,并详细介绍了系统的组成、原理和设计运行工况,说明了系统如何实现结冰、融冰和再结冰的不间断循环过程。（3...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 背景
1.2 水源热泵应用问题及解决措施
1.2.1 地表水水温过低问题
1.2.2 水资源短缺问题
1.2.3 冷水相变能
1.3 冷水相变能热泵系统的技术现状
1.3.1 机械式取热除冰热泵系统
1.3.2 液固流化床取热除冰热泵系统
1.3.3 热熔法取热除冰热泵系统
1.3.4 技术现状总结
1.4 主要研究内容及方法
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 主要研究路线
第二章 冷水相变工况下热泵系统的数学仿真
2.1 冷水相变能热泵系统的运行工况
2.2 算法介绍
2.2.1 simulink的软件介绍
2.2.2 仿真流程
2.3 热泵系统数学仿真模型
2.3.1 压缩机模型
2.3.2 冷凝器模型
2.3.3 膨胀阀模型
2.3.4 蒸发器模型
2.4 仿真结果分析
2.5 本章小结
第三章 冷水相变能热泵系统的实验研究
3.1 冷水相变能热泵系统
3.1.1 冷水相变机的结构
3.1.2 冷水相变热泵系统工作原理
3.1.3 冷水相变机热泵系统的设计工况
3.1.4 冷水相变机热泵系统的特点及应用形式
3.2 冷水相变能热泵系统实验研究
3.2.1 实验原理及方法
3.2.2 实验系统的设计
3.2.3 实验系统设备
3.2.4 数据采集系统
3.2.5 实验误差分析
3.3 实验步骤
3.4 本章小结
第四章 冷水相变能热泵系统实验结果及性能分析
4.1 冷水相变机的传热系数
4.1.1 传热系数的理论分析
4.1.2 传热系数的实验研究
4.2 除冰能耗占比
4.3 热泵机组的能耗分析
4.3.1 机组能效比的实验研究
4.3.2 实验与模拟的对比
4.4 本章小结
第五章 试验项目的节能与环保效益分析
5.1 冷水相变能热泵系统与地表水热泵耦合系统
5.1.1 试验背景概述
5.1.2 系统运行效果
5.2 热泵能效比
5.3 能耗和社会环境效益分析
5.3.1 能耗比较
5.3.2 污染物排放量比较
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
附录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]水源热泵在燃气供热锅炉烟气余热回收中的应用[J]. 张迪,丁琦,魏巍,王雨,穆连波. 暖通空调. 2018(04)
[2]水源热泵机组低温热源使用情况调研及能效分析[J]. 张弦,秦晓蓉,段凯强,刘浩,陈帅. 山西科技. 2018(01)
[3]某地源热泵工程案例的技术经济性分析研究[J]. 袁健灵,余跃进,曾繁博,郑丽鹏. 南京师范大学学报(工程技术版). 2017(04)
[4]水平管束外凝结换热数值计算[J]. 李慧君,王琳凯. 电力科学与工程. 2016(12)
[5]提取冷水凝固热的热泵系统技术方案[J]. 郑记莘,吴荣华. 暖通空调. 2016(10)
[6]基于热经济学代数模式的太阳能-燃煤机组性能分析[J]. 韩中合,肖坤玉. 汽轮机技术. 2016(01)
[7]污水源热泵技术研究现状及分析[J]. 孙春锦,吴荣华,孙源渊,郑记莘. 暖通空调. 2015(09)
[8]基于凝固热采集的非清洁水源热泵技术[J]. 钱剑峰,李丽娜,徐莹,郑大宇. 建筑热能通风空调. 2014(04)
[9]中国地下水源热泵技术适宜性研究[J]. 徐伟,王贵玲,邹瑜,孙宗宇,李骥. 建筑科学. 2012(10)
[10]污水源热泵系统应用的节能减排分析[J]. 周志平,李念平. 建筑节能. 2012(06)
博士论文
[1]混合动力汽车控制系统与能量管理策略研究[D]. 李卫民.上海交通大学 2008
[2]提取冷水凝固潜热的换热理论与装置[D]. 张承虎.哈尔滨工业大学 2008
[3]采集凝固热热泵系统的形式与工况分析[D]. 钱剑峰.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]风能热泵直接制热系统建模与仿真研究[D]. 韩帅.中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) 2018
[2]电动汽车准双级压缩空调系统热泵性能实验研究[D]. 李晨凯.合肥工业大学 2018
[3]基于LiFePO4电池的混合动力燃气热泵的试验研究与能耗分析[D]. 嵇文秀.东南大学 2016
[4]混合动力燃气热泵系统能量管理优化研究[D]. 孟庆堃.东南大学 2016
[5]深圳市高层住宅空气源热泵辅助太阳能集中热水系统运行能耗和成本分析[D]. 张欣.重庆大学 2016
[6]家用生活污水凝固热热泵热水器系统开发及运行特性试验研究[D]. 武朔.大连理工大学 2015
[7]非清洁水源凝固潜热采集装置及其热泵系统运行性能研究[D]. 李丽娜.哈尔滨商业大学 2014
[8]某酒店空气源热泵系统全年能耗分析及应用研究[D]. 梅佩佩.华中科技大学 2012
本文编号：3706963
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 背景
1.2 水源热泵应用问题及解决措施
1.2.1 地表水水温过低问题
1.2.2 水资源短缺问题
1.2.3 冷水相变能
1.3 冷水相变能热泵系统的技术现状
1.3.1 机械式取热除冰热泵系统
1.3.2 液固流化床取热除冰热泵系统
1.3.3 热熔法取热除冰热泵系统
1.3.4 技术现状总结
1.4 主要研究内容及方法
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 主要研究路线
第二章 冷水相变工况下热泵系统的数学仿真
2.1 冷水相变能热泵系统的运行工况
2.2 算法介绍
2.2.1 simulink的软件介绍
2.2.2 仿真流程
2.3 热泵系统数学仿真模型
2.3.1 压缩机模型
2.3.2 冷凝器模型
2.3.3 膨胀阀模型
2.3.4 蒸发器模型
2.4 仿真结果分析
2.5 本章小结
第三章 冷水相变能热泵系统的实验研究
3.1 冷水相变能热泵系统
3.1.1 冷水相变机的结构
3.1.2 冷水相变热泵系统工作原理
3.1.3 冷水相变机热泵系统的设计工况
3.1.4 冷水相变机热泵系统的特点及应用形式
3.2 冷水相变能热泵系统实验研究
3.2.1 实验原理及方法
3.2.2 实验系统的设计
3.2.3 实验系统设备
3.2.4 数据采集系统
3.2.5 实验误差分析
3.3 实验步骤
3.4 本章小结
第四章 冷水相变能热泵系统实验结果及性能分析
4.1 冷水相变机的传热系数
4.1.1 传热系数的理论分析
4.1.2 传热系数的实验研究
4.2 除冰能耗占比
4.3 热泵机组的能耗分析
4.3.1 机组能效比的实验研究
4.3.2 实验与模拟的对比
4.4 本章小结
第五章 试验项目的节能与环保效益分析
5.1 冷水相变能热泵系统与地表水热泵耦合系统
5.1.1 试验背景概述
5.1.2 系统运行效果
5.2 热泵能效比
5.3 能耗和社会环境效益分析
5.3.1 能耗比较
5.3.2 污染物排放量比较
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
附录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]水源热泵在燃气供热锅炉烟气余热回收中的应用[J]. 张迪,丁琦,魏巍,王雨,穆连波. 暖通空调. 2018(04)
[2]水源热泵机组低温热源使用情况调研及能效分析[J]. 张弦,秦晓蓉,段凯强,刘浩,陈帅. 山西科技. 2018(01)
[3]某地源热泵工程案例的技术经济性分析研究[J]. 袁健灵,余跃进,曾繁博,郑丽鹏. 南京师范大学学报(工程技术版). 2017(04)
[4]水平管束外凝结换热数值计算[J]. 李慧君,王琳凯. 电力科学与工程. 2016(12)
[5]提取冷水凝固热的热泵系统技术方案[J]. 郑记莘,吴荣华. 暖通空调. 2016(10)
[6]基于热经济学代数模式的太阳能-燃煤机组性能分析[J]. 韩中合,肖坤玉. 汽轮机技术. 2016(01)
[7]污水源热泵技术研究现状及分析[J]. 孙春锦,吴荣华,孙源渊,郑记莘. 暖通空调. 2015(09)
[8]基于凝固热采集的非清洁水源热泵技术[J]. 钱剑峰,李丽娜,徐莹,郑大宇. 建筑热能通风空调. 2014(04)
[9]中国地下水源热泵技术适宜性研究[J]. 徐伟,王贵玲,邹瑜,孙宗宇,李骥. 建筑科学. 2012(10)
[10]污水源热泵系统应用的节能减排分析[J]. 周志平,李念平. 建筑节能. 2012(06)
博士论文
[1]混合动力汽车控制系统与能量管理策略研究[D]. 李卫民.上海交通大学 2008
[2]提取冷水凝固潜热的换热理论与装置[D]. 张承虎.哈尔滨工业大学 2008
[3]采集凝固热热泵系统的形式与工况分析[D]. 钱剑峰.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]风能热泵直接制热系统建模与仿真研究[D]. 韩帅.中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) 2018
[2]电动汽车准双级压缩空调系统热泵性能实验研究[D]. 李晨凯.合肥工业大学 2018
[3]基于LiFePO4电池的混合动力燃气热泵的试验研究与能耗分析[D]. 嵇文秀.东南大学 2016
[4]混合动力燃气热泵系统能量管理优化研究[D]. 孟庆堃.东南大学 2016
[5]深圳市高层住宅空气源热泵辅助太阳能集中热水系统运行能耗和成本分析[D]. 张欣.重庆大学 2016
[6]家用生活污水凝固热热泵热水器系统开发及运行特性试验研究[D]. 武朔.大连理工大学 2015
[7]非清洁水源凝固潜热采集装置及其热泵系统运行性能研究[D]. 李丽娜.哈尔滨商业大学 2014
[8]某酒店空气源热泵系统全年能耗分析及应用研究[D]. 梅佩佩.华中科技大学 2012
本文编号：3706963
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