湖水源热泵系统水体热承载能力的研究

论文摘要

随着经济和技术的发展以及能源和环境问题的日益突出,地表水源热泵空调系统将得到越来越多的关注和应用。在我国长江流域和南方地区江河、湖泊、水库等地表水资源非常丰富,在我国大力发展地表水源热泵意义重大。地表水源热泵的应用需要有适宜的水源,且特定地表水体所能承担的热负荷有一定限度,本文的研究旨在确定湖水源热泵系统水体热承载能力。本文研究了湖泊和水库自然水温分布特性:水深大于4m的水体,其水温在春末、夏季、秋季初期和中期呈现明显的热分层现象,在冬季和春季初期整个湖泊和水库水温分布一致;水深小于3m的水体,其水温在一年中任何时候分布都比较均匀,不呈现热分层现象,且水温受气温影响很大。本文针对热分层型湖泊和水库建立了自然水温分布数学模型,并用大量的实测数据验证了模型的正确性和参数取值的合理性。在自然水温模型的基础上,通过在控制方程中添加源项的方法,建立了带负荷的水温模型,利用重庆开县人民医院湖水源热泵空调系统的实测数据,验证了建立的带负荷的水温水流模型的正确性。通过求解带负荷的水流水温模型来确定水体承担的最大热负荷,以夏热冬冷地区的重庆市为例计算了不同水深、不同水温的水体所能承担的最大热负荷,根据计算的42组数据,回归得到水体承担的最大热负荷q r( w /m2)与水体平均水深h(m )、平均水温t(℃)之间的关系式,进而确定出水体承担的最大空调冷负荷qcl( w /m2)与水体平均水深h(m )、平均水温t(℃)、机组能效比(EER)之间的关系式。比较了同温层排水方式与表层排水方式时的水底温度,认为采用同温层排水时提供的冷却水品质较表层排水时提供的冷却水品质要高。建议工程中采取措施尽量倾向于同温层排水。最后对水温恢复情况进行了研究,认为即使供冷期内水体承担的热负荷为其所能承担的最大热负荷,在采暖期开始前,水温也能恢复到自然条件下的值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 暖通空调节能问题的提出
• 1.1.2 水体热承载能力这一课题的提出
• 1.2 研究与应用的进展
• 1.2.1 国外地表水源热泵的应用情况
• 1.2.2 国外在水体水温及温排水对水环境影响方面的研究
• 1.2.3 国外在水体冷、热承载能力方面的研究
• 1.2.4 国内地表水源热泵的应用情况
• 1.2.5 国内在水体水温及温排水对水环境影响方面的研究
• 1.3 本文的研究内容及意义
• 1.4 小结
• 2 地表水源热泵空调系统概述
• 2.1 水源热泵空调系统工作原理
• 2.2 地表水源热泵的应用形式和特点
• 2.2.1 地表水源热泵的应用形式
• 2.2.2 地表水源热泵的技术优势和应用中应注意问题
• 2.2.3 地表水源热泵的技术特点
• 2.3 地表水源热泵推广应用中存在的问题及解决措施
• 2.3.1 地表水源热泵应用中存在的技术问题及解决措施
• 2.3.2 地表水源热泵推广中存在的问题及解决措施
• 2.4 小结
• 3 湖泊和水库自然水温模型
• 3.1 湖泊和水库的水温分布情况
• 3.2 湖泊、水库垂向二维水温模型
• 3.2.1 水温控制方程
• 3.2.2 水温边界条件
• 3.3 水流数学模型
• 3.3.1 水流控制方程
• 3.3.2 水流定解条件
• 3.4 水温方程和水流方程的求解
• 3.4.1 前半步X 方向
• 3.4.2 后半步Z 方向
• 3.4.3 参数确定方法
• 3.5 采用安康水库水温实测数据验证本文的数学模型（夏热冬冷地区）
• 3.5.1 安康水库水温实测资料
• 3.5.2 计算条件
• 3.5.3 模型验证
• 3.6 采用抚仙湖水温实测数据验证本文的数学模型（温和地区）
• 3.6.1 抚仙湖水温实测数据
• 3.6.2 计算条件
• 3.6.3 模型验证
• 3.7 采用石鼓水库水温实测数据验证本文的数学模型（夏热冬暖地区）
• 3.7.1 石鼓水库实测数据
• 3.7.2 计算条件
• 3.7.3 模型验证
• 3.8 结论及误差分析
• 3.9 小结
• 4 带负荷的水温模型
• 4.1 取、排水口的设置
• 4.2 带负荷的水流模型和水温模型
• 4.2.1 控制方程
• 4.2.2 定解条件
• 4.2.3 模型求解
• 4.3 模型的验证
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 水源热泵系统实测数据
• 4.3.3 计算条件
• 4.3.4 模型验证
• 4.4 小结
• 5 湖泊和水库水体最大供冷能力的确定
• 5.1 开式水源热泵系统的两种形式
• 5.2 水体承担的最大热负荷的确定方法
• 5.3 水体承担的最大热负荷计算
• 5.4 水体承担的最大热负荷与水体特征参数之间的回归方程
• 5.4.1 二元线性回归
• 5.4.2 二元非线性回归
• 5.4.3 两种回归方程的比较
• 5.5 水体承担的最大空调冷负荷与水体特征参数之间的关系
• 5.6 同温层排水与表层排水的比较
• 5.7 水温恢复状况分析
• 5.8 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录