熱能與動力工程畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)翻譯--生水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

1、<p><b>　　文獻(xiàn)翻譯</b></p><p>　　題 目 生水源熱泵空調(diào)系統(tǒng) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　專業(yè)班級 熱能與動力工程08-1 </p><p>　　學(xué) 號

2、 </p><p>　　院 （系） 機電工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師（職稱） </p><p>　　完成時間 </p><p><b>　　生水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)</b>

3、;</p><p>　　Yong Cho , Rin Yun</p><p>　　A K-Water Institute, Korea Water Resources Corporation, 462-1, Jeonmin-dong, Daejeon 305-730, Republic of Korea</p><p>　　B Department of Me

4、chanical Eng., Hanbat National Univ., Duckmyung-dong, San 16-1, Daejeon 305-719, Republic of Korea</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　生水源是很有發(fā)展前景的新熱源之一， 研究人員正在將生水源和其他水源(如地面水、湖泊水、河流水和污水)一起作為

5、研究對象。一般來說,取于環(huán)境再供給水質(zhì)處理設(shè)備的水就叫做生水。在這個課題中，利用供給水質(zhì)處理設(shè)備的生水熱能來工作的熱泵機組的制冷和制熱性能還有待研究。每兩個被測的熱泵的熱容量為65.2KW，并且通常安置在加熱或制冷的控制中心房間?？梢赃\用焊接的金屬板接收來自于生水源的熱能。除了春季，與周圍的空氣源相比，生水源能夠提供良好的熱源。在春秋季節(jié)，加熱和制冷的負(fù)荷極低，因此，生水源熱泵系統(tǒng)在這些季節(jié)表現(xiàn)不佳。</p><p&

6、gt;　　關(guān)鍵詞 生水源/熱泵/加熱和制冷/部分負(fù)荷性能</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　水源有很多種,像地面水,湖泊水,河水,污水和生水。生水是這些很有發(fā)展前景的熱源之一。一般來說,這種水取于環(huán)境再通過大型的管道進(jìn)入水質(zhì)處理設(shè)備來進(jìn)行后續(xù)處理或凈化。像那種沒有經(jīng)過處理的水源就叫做生水。被調(diào)往多個區(qū)域供水系統(tǒng)的生水通過各種渠道的運輸

7、流動是產(chǎn)生巨大溫差的來源。在這個研究項目中，生水被當(dāng)作熱泵系統(tǒng)的熱源來完成水質(zhì)處理設(shè)備整合操作中心的加熱和冷卻過程。在實際生活中我們很難找到可以把生水當(dāng)作熱源的相似或相近的操作系統(tǒng)。接下來我們將會對與之相關(guān)的現(xiàn)存的處理水源熱泵和地源熱泵系統(tǒng)的方法進(jìn)行一些簡單的研究。</p><p>　　Nam和Ooka利用地下水和空氣建立了雙源混合熱泵系統(tǒng)。在春秋季節(jié)，水源熱泵系統(tǒng)并沒有比基于地下水和周圍環(huán)境之間溫差的空氣源熱泵

8、有效。研究數(shù)據(jù)表明，根據(jù)實驗，開發(fā)的混合系統(tǒng)與水冷卻系統(tǒng)相比有2%到7%的改善，與空氣源熱泵相比有4%到18%的改善。在另外相關(guān)的一個研究中,Nam等人研究了地下水源熱泵的性能。這種系統(tǒng)主要依賴于水的溫度及深度，并且實驗表明其效能比空氣源熱泵要高的多。Yu和他的同事調(diào)查了上海一家檔案館的地源熱泵系統(tǒng),這個檔案館的房間終年可以保持在相對恒定的溫度和相對濕度條件下。在這個研究中,利用廢熱來加熱空氣處理機組中的剩余空氣的方法是很有名的。春秋季

9、節(jié)的能效系數(shù)要比夏季和冬季分別低42%和14%。但是，這種地源熱泵的運營代價比空氣源熱泵降低了55.8%。此外，Chen等人調(diào)查了中國北京一幢很高的公寓大樓的下面的地下水源熱泵，通過對這個系統(tǒng)進(jìn)行的兩年的分析研究，他們建立了有效的操作方法和控制算法。Koo等人調(diào)查了現(xiàn)場實驗的地源熱泵的制熱性能。結(jié)果表明，平均的季節(jié)性加熱能效比為5.1，部分負(fù)荷條件下為46.9%。同時，包括熱泵和風(fēng)機能耗在內(nèi)的季節(jié)性系統(tǒng)COP才只有4.2。</p&

10、gt;<p>　　這個研究的目的是測定運用提供給水處理設(shè)備的生水熱能的熱泵的制冷和制熱性能。</p><p><b>　　2.實驗和數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　圖1顯示了在南韓Chung-ju安裝的水處理設(shè)備的生水源熱泵系統(tǒng)。來自南韓Daechong水庫的生水經(jīng)由換熱量為151.2KW的板式換熱器給自來水源熱泵系統(tǒng)提供熱源。這種熱能輸送給在熱泵

11、和板式換熱器之間循環(huán)并且作為制冷系統(tǒng)載冷劑的鹽水。表1顯示了熱泵系統(tǒng)的各種性能參數(shù)。兩套熱泵系統(tǒng)的安裝位置如圖1所示。系統(tǒng)的制冷量和制熱量分別是58KW和65.2KW。該系統(tǒng)所用的制冷劑是R410A，并且機組包括有三個壓縮機，一個是變?nèi)莘e的卷軸式壓縮機，另外兩個是穩(wěn)定速度的卷軸式壓縮機。這種壓縮機的內(nèi)部單元是片匣式的，并且嵌入在水凈化系統(tǒng)操作中心的天花板上。當(dāng)所需的加熱和制冷負(fù)荷低于正常的系統(tǒng)容量時，壓縮機的部分片匣將會是關(guān)閉的。表2顯

12、示了系統(tǒng)所用的測量工具和測量誤差。電阻式溫度檢測傳感器包括了一個PT-100Ω仿真器和一個電阻式溫度校準(zhǔn)儀，這種傳感器的測量誤差是0.1℃。</p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　(2)</b></p><p><b>　　(3)</b></p><

13、;p><b>　　(4)</b></p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　生水源熱泵系統(tǒng)的整體性能可以用COP值來估算，方程用(1)中定義了單位和系統(tǒng)的COP值。單位COP僅用包括壓縮機和換熱器風(fēng)機在內(nèi)的熱泵系統(tǒng)功率消耗來定義。來源于壓縮機和風(fēng)機運轉(zhuǎn)損失的熱泵功耗如方程(2)所示。包括壓縮功率在內(nèi)的系統(tǒng)COP如方程(

14、3)所示。系統(tǒng)的制熱量和制冷量用方程(4)所示。因為這個估算方程中測量的是室外的機組，加熱制冷量要加上或除去壓縮功。已經(jīng)考慮到所有不確定因素影響的系統(tǒng)COP值可以用和的平方根來計算。經(jīng)估算，系統(tǒng)的平均不確定度為。</p><p>　　表1 熱泵系統(tǒng)的規(guī)格</p><p>　　表2 測量儀器的規(guī)格</p><p>　　圖1 安裝在水處理設(shè)備的生水源熱泵機組原理<

15、/p><p>　　圖2 生水源熱泵系統(tǒng)仿真流程圖</p><p>　　圖3 空氣源熱泵仿真流程圖</p><p><b>　　3.生水源熱泵仿真</b></p><p>　　生水源熱泵仿真建模是用來研究系統(tǒng)的特性，并且空氣源熱泵是的模型是為了和水源熱泵相比較。圖2顯示了生水源熱泵模型的計算程序，圖3是空氣源熱泵的程序。<

16、;/p><p>　　對于生水源熱泵的建模設(shè)計，蒸發(fā)溫度是用對數(shù)平均溫差計算，用迭代的方法決定的，然后蒸發(fā)器的進(jìn)口處性能可以由膨脹裝置進(jìn)口處和蒸發(fā)器進(jìn)口處的焓值的差值以及蒸發(fā)器進(jìn)口處制冷劑的蒸發(fā)特性估算。節(jié)能減排要求提高系統(tǒng)的能源效率。為此，可再生能源技術(shù)在不斷發(fā)展?？臻g加熱和冷卻熱泵是一個使人感興趣的的例子。為了使他們更直觀的表現(xiàn)，即定義了性能系數(shù)或能效比，為低溫加熱和冷卻高溫作業(yè)要求。另一方面，一個合適的源或匯的溫

17、度是必要的。通常情況下，使用外部空氣，但在這方面能表現(xiàn)受氣候變化情況的影響。如果可用，并允許，地下水是最優(yōu)的，它的恒溫條件很穩(wěn)定。另一種可能是以地面作為熱源，因為它的溫度幾乎一年固定，從而使雙方在加熱和冷卻季節(jié)比外部空氣的溫度變化小。在這種情況下，壓縮機的功耗和它的等熵效率是一定的，壓縮功可以從實驗或廠商處獲得。起初要先假設(shè)等熵效率，再視系統(tǒng)的性能而定。因為加熱和制冷的負(fù)荷在春秋季節(jié)極低，得到不同的等熵效率值對于解釋這些季節(jié)條件下的生水

18、源熱泵操作系統(tǒng)的模型仿真系統(tǒng)是很有必要的。在全負(fù)荷的條件下，壓縮機的等熵效率只有0.85，全負(fù)荷條件下的各種數(shù)據(jù)均可以由廠商提供，冷凝溫度和在該溫度下的冷凝壓力</p><p>　　表3 蒸發(fā)器模型的輸入變量</p><p>　　空氣源熱泵系統(tǒng)建模目的主要集中于確定某一環(huán)境溫度下的蒸發(fā)器溫度。蒸發(fā)器模型輸入信息如表3。蒸發(fā)器容量用方程(5)計算。估算量要用改變蒸發(fā)溫度和給定量相比較的方法來

19、校準(zhǔn)，直到它們之間的誤差在某一個給定的范圍內(nèi)。在室外空氣溫度的計算中，系統(tǒng)的潛熱可以忽略?？諝獾臏囟仁怯脕碛嬎愕玫椒匠?1)中的對數(shù)平均溫差。水源熱泵的國際標(biāo)準(zhǔn)是13KW/K,空氣源熱泵的標(biāo)準(zhǔn)是8.0KW/K。水源熱泵的國際標(biāo)準(zhǔn)要依照其安裝位置，并且可以從廠商提供的系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)中直接得到。熱源溫度則要由測量數(shù)據(jù)得到。根據(jù)傅立葉定律:</p><p><b>　　(5)</b></p&g

20、t;<p><b>　　4．結(jié)果和討論</b></p><p>　　圖4顯示了生水溫度和周圍空氣溫度從2010年一月到十二月的日平均變化。圖5顯示了空氣和水溫的月平均變化。從十二月到次年五月為需要制冷的季節(jié)，從六月到九月則是需要制熱的季節(jié)。在從十月到次年五月的加熱季節(jié)里，生水溫度比空氣的溫度高4.9℃。在需要制冷的季節(jié)里，自來水溫度比空氣的溫度低3.6℃。就春季的系統(tǒng)性能來說，

21、環(huán)境溫度下的蒸發(fā)溫度更有利。因為生水源的溫度數(shù)據(jù)很有限，所以在圖4和5給定熱源溫度的基礎(chǔ)上比較水源熱泵和空氣源熱泵的性能是很有益的。表6顯示了不同熱源在不同加熱條件下R410A仿真模型的結(jié)果。冷凝溫度在制熱時通常會控制在一個確定的溫度，而模型的建立主要集中于確定給定的某一溫度熱源的蒸發(fā)溫度。基于這種模型，實驗得出的數(shù)據(jù)顯示空氣源熱泵的能耗要比水源熱泵的高28%。冷凝器的制熱量在兩個系統(tǒng)中是一樣的，因此COP的差別是和壓縮機的功耗成比例的

22、。另外和水源熱泵系統(tǒng)相比，較低的溫度和較小的國際標(biāo)準(zhǔn)是低蒸發(fā)溫度的兩個特點。</p><p>　　圖4 一月到十二月水和空氣的溫度</p><p>　　圖5 1-12月水和空氣平均溫度變化</p><p>　　圖6 制熱工況下不同熱源的仿真循環(huán)</p><p>　　圖7表明了實驗的季節(jié)性COP變化。加熱季節(jié)的單位COP范圍是從一月到三月，由2

23、.0到4.0減少。生水源熱泵系統(tǒng)的COP由生水溫度和系統(tǒng)的載荷比決定。載荷比的方程如（6）所示。</p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　一到三月份性能系數(shù)的下降趨勢可能源于機組中部分系統(tǒng)載荷的上升。從三月到五月，負(fù)載的比率變得極低，最低可以達(dá)到10%左右，在此期間，比率并未有顯示出變化的跡象。然而，在這期間水溫如圖4所示持續(xù)增加，而這些正是系

24、統(tǒng)的性能系數(shù)增加的主要原因。在十月到十二月的供暖季節(jié)，生水溫度下降，負(fù)荷載顯著增加。這兩個加在性能系數(shù)平衡性上的影響僅僅會導(dǎo)致性能系數(shù)的微小變化。而在制冷季節(jié)，單位性能系數(shù)的變化范圍在4.5-8之間，這在負(fù)載最高的七月和八月是最高的。平均單位性能系數(shù)在供熱季是3.3，而平均性能系數(shù)在供冷季節(jié)是7.2。圖8顯示了熱泵系統(tǒng)從一月到十二月的功率消耗。如果考慮加熱負(fù)荷，在3月份和4月份的功率消耗相對高于其他月份。出現(xiàn)這一特點的原因是在生水溫度較

25、低，熱泵處于極低負(fù)載時，性能較低。</p><p>　　圖7 制熱和制冷季節(jié)COP的不同</p><p>　　圖8 熱泵系統(tǒng)功率消耗</p><p>　　就像上面解釋的那樣，載荷比是一個用來闡述水源熱泵性能系數(shù)變化現(xiàn)象及原因的重要參數(shù)。載荷比的影響在觀察載荷比與系統(tǒng)性能系數(shù)之間關(guān)系的過程中被相關(guān)人員進(jìn)行了更深層次的研究。這種變化過程和趨勢類似于我們在制冷條件下所看到

26、的。雖然該系統(tǒng)是在部分負(fù)荷條件下加熱進(jìn)行運作，壓縮機的出口應(yīng)保持在一定的溫度才能實現(xiàn)正確的冷凝溫度。此外，由于系統(tǒng)所處的是部分負(fù)荷，為了避免制冷劑在冷凝器上的積累，相關(guān)的制冷劑在天花板上的封閉盒應(yīng)該處于流動狀態(tài)。逐漸增加的制冷劑質(zhì)量流量是引起壓縮機功率消耗的另一種載荷。這些條件對系統(tǒng)的性能都沒有什么好處。此外，例如在極低的部分負(fù)荷下，這是在一系列的10–20%全負(fù)荷的部分負(fù)載，這將會使壓縮機的性能變得更加糟糕。如圖10所示，當(dāng)系統(tǒng)運行的

27、趨勢是進(jìn)行冷卻時，在部分負(fù)荷工況下，冷凝溫度將要維持在一個相對較低的水平。因此在這一區(qū)域，部分負(fù)荷的高低對系統(tǒng)性影響并不顯著。然而，在極低的部分負(fù)荷條件下，就像在制熱工況條件下時，壓縮機的性能很差，這導(dǎo)致了很低的性能系數(shù)。圖11顯示了壓縮機在全部和部分負(fù)載條件下的系統(tǒng)比較的仿真。除了熱泵系統(tǒng)的壓縮過程，另一過程也與之類似。由于在部分載荷條件下，</p><p>　　圖9 供熱性能系數(shù)隨負(fù)載比的變化</p&g

28、t;<p>　　圖10 制冷性能系數(shù)隨制冷負(fù)載比的變化</p><p>　　圖11 全負(fù)載和部分負(fù)載條件下的系統(tǒng)仿真</p><p>　　圖12顯示了隨著水溫的變化性能系數(shù)的變化。另外，這個圖上表明還有一個明顯的趨勢就是水源熱泵的性能隨著水溫的增加而增加。同時，隨著冷凝器和蒸發(fā)器之間壓力差的降低，系統(tǒng)的性能系數(shù)也會相應(yīng)地增加。</p><p>　　圖1

29、2 性能系數(shù)隨水溫的變化</p><p><b>　　5結(jié)論 </b></p><p>　　水源熱泵系統(tǒng)安裝在一個水處理設(shè)施中。所以，水源熱泵除了在夏季，與空氣源熱泵相比，水源熱泵能提供更加良好的熱源。在這個季節(jié)，周圍空氣溫度比水源溫度高出2.8度，然而在春季和秋季，制冷和供熱的負(fù)載極低，而這正是水源熱泵系統(tǒng)性能系數(shù)在這些季節(jié)比較低的主要原因。水源熱泵的平均單位能效比