水環(huán)多聯(lián)式熱泵空調(diào)系統(tǒng)運行特性研究.pdf

1、多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)(Variable Refrigerant Flow Air Conditioning System,VRF)有著諸多公認的優(yōu)點,但同時也為其自身局限性所困,很難滿足嚴寒地區(qū)或大型、高層建筑的需求。水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)(Water Loop Heat Pump Air Conditioning System,WLHP)是一種以回收建筑內(nèi)部余熱為主要特征的系統(tǒng),但其存在噪聲污染嚴重和不能按質(zhì)用能等缺點。本文對傳統(tǒng)VRF系統(tǒng)及WL

2、HP系統(tǒng)存在的問題進行了詳細分析,為解決這些問題,將兩種系統(tǒng)的思想精髓相結合,首次提出了水環(huán)多聯(lián)式熱泵空調(diào)系統(tǒng)(Water Loop Variable Refrigerant Flow Heat Pump Air Conditioning System,WLVRF)的概念。這種新型復合式空調(diào)系統(tǒng)集成了VRF和WLHP的優(yōu)點,同時去除了各自的缺點。為改善WLVRF系統(tǒng)的能源利用結構,文章提出將可再生低位熱源引入系統(tǒng),給出了幾種WLVRF系

3、統(tǒng)的衍生形式以供工程選擇使用。在這些低位熱源中,以空氣源分布最廣,使用條件最容易滿足。因而,本文以空氣源WLVRF系統(tǒng)(以ASHP作為主要加熱設備)為例,對該系統(tǒng)的運行工況、節(jié)能性、適用性、經(jīng)濟性及如何進行系統(tǒng)方案設計和運行控制等問題進行了研究。
　　為研究WLVRF的運行特性,本文建立了其主要設備的數(shù)學模型。利用既有文獻中的實驗數(shù)據(jù)對模型進行了誤差驗證。為實現(xiàn)WLVRF系統(tǒng)與建筑的耦合,選擇了一個樣本建筑,建立了建筑的負荷計算模

4、型。利用系統(tǒng)設備數(shù)學模型模擬了空氣源熱泵(Air Source Heat Pump,ASHP)及水冷多聯(lián)式空調(diào)(Water Source Variable Refrigerant Flow Air Conditioning System,WSVRF)在WLVRF系統(tǒng)中的運行工況。ASHP在WLVRF系統(tǒng)內(nèi)工作時,其出水溫度遠低于傳統(tǒng)ASHP直接供熱的情況,因而可以在更低的室外氣溫條件下安全、高效運行。對這種低溫工況下ASHP的主要參數(shù)進

5、行了仿真計算,得出ASHP的能效比隨低溫工況變化的關系,證明了WLVRF空調(diào)系統(tǒng)可以為ASHP機組提供較傳統(tǒng)ASHP系統(tǒng)更加優(yōu)越的運行條件,也為整個WLVRF系統(tǒng)的能效計算奠定了基礎。
　　對WLVRF系統(tǒng)中WSVRF機組的冬季工況進行了仿真,并將其與傳統(tǒng)的空氣源多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)(Air Source Variable Refrigerant Flow Air Conditioning System,ASVRF)的冬季工況相比較。W

6、LVRF系統(tǒng)與傳統(tǒng)VRF相比,可以解決VRF機組性能受室外氣候條件影響的問題。為更好的闡述WLVRF系統(tǒng)中VRF機組規(guī)?？s小給系統(tǒng)帶來的利處,本文首次提出了VRF機組負荷重心的概念。研究了系統(tǒng)負荷分布不同、負荷率不同時,機組的容量負荷重心及能效負荷重心的變化情況,給出了一種方便易行,且誤差在可接受范圍內(nèi)的負荷重心計算方法。負荷重心的提出及其計算方法的探究,可以為VRF系統(tǒng)設計和經(jīng)濟性分析提供幫助,也可以更好的定義VRF系統(tǒng)規(guī)模大小的概念

7、,從而進一步說明WLVRF系統(tǒng)中VRF機組規(guī)模縮小給系統(tǒng)帶來的好處。
　　在對ASHP及WSVRF機組運行特性研究的基礎上,將WLVRF系統(tǒng)模型與建筑模型相耦合,對WLVRF系統(tǒng)冬季瞬時能效比的影響因素進行了探討,分析了冷負荷數(shù),室外氣溫,環(huán)路水溫等因素對系統(tǒng)冬季瞬時能效比的影響情況。對于一個既有建筑而言,冷負荷數(shù)和室外氣溫是無法人為控制的量。因而,改善WLVRF冬季瞬時能效比的唯一途徑是適當改變環(huán)路水溫。為此,對不同冷負荷數(shù)和室

8、外氣溫時的最佳環(huán)路水溫進行了考察。在此基礎上,以環(huán)路保持最佳水溫為控制原則,計算了WLVRF系統(tǒng)在北方幾個代表性城市,不同內(nèi)、外區(qū)建筑面積比條件下,采暖季的季節(jié)性能系數(shù)及一次能源利用率情況,以便作為北方城市大型辦公建筑采用WLVRF系統(tǒng)供熱是否節(jié)能環(huán)保的參考依據(jù)。
　　為改善WLVRF空調(diào)系統(tǒng)的運行特性,亦為加速其應用推廣,提出了幾種有利于降低投資成本、改善系統(tǒng)節(jié)能性,且簡單易操作的設計和控制方案,并對各方案進行了模擬驗證。結果表

9、明,利用ASHP最佳經(jīng)濟平衡點溫度設計法可以降低系統(tǒng)的投資成本;利用溫度雙位控制法替代最佳環(huán)路水溫法更有利于系統(tǒng)節(jié)能運行。而增多ASHP臺數(shù)和擴大水環(huán)路管徑的方法,對于提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性效果較好,但對系統(tǒng)節(jié)能貢獻不大。這些結論為WLVRF系統(tǒng)設計和控制方案的選擇提供了理論依據(jù)。
　　最后,建立了WLVRF的費用計算模型,分析了WLVRF系統(tǒng)的經(jīng)濟性,給出了不同城市對應的適合WLVRF系統(tǒng)的ASHP最佳經(jīng)濟平衡點溫度,以作為工程設