水環(huán)多聯(lián)式熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)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(rèn)的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也為其自身局限性所困,很難滿足嚴(yán)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(yán)重和不能按質(zhì)用能等缺點(diǎn)。本文對(duì)傳統(tǒng)VRF系統(tǒng)及WL

2、HP系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了詳細(xì)分析,為解決這些問題,將兩種系統(tǒng)的思想精髓相結(jié)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(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)集成了VRF和WLHP的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)去除了各自的缺點(diǎn)。為改善WLVRF系統(tǒng)的能源利用結(jié)構(gòu),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(shè)備)為例,對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)行工況、節(jié)能性、適用性、經(jīng)濟(jì)性及如何進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制等問題進(jìn)行了研究。
　　為研究WLVRF的運(yùn)行特性,本文建立了其主要設(shè)備的數(shù)學(xué)模型。利用既有文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了誤差驗(yàn)證。為實(shí)現(xiàn)WLVRF系統(tǒng)與建筑的耦合,選擇了一個(gè)樣本建筑,建立了建筑的負(fù)荷計(jì)算模

4、型。利用系統(tǒng)設(shè)備數(shù)學(xué)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(yùn)行工況。ASHP在WLVRF系統(tǒng)內(nèi)工作時(shí),其出水溫度遠(yuǎn)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(yùn)行。對(duì)這種低溫工況下ASHP的主要參數(shù)進(jìn)

5、行了仿真計(jì)算,得出ASHP的能效比隨低溫工況變化的關(guān)系,證明了WLVRF空調(diào)系統(tǒng)可以為ASHP機(jī)組提供較傳統(tǒng)ASHP系統(tǒng)更加優(yōu)越的運(yùn)行條件,也為整個(gè)WLVRF系統(tǒng)的能效計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。
　　對(duì)WLVRF系統(tǒng)中WSVRF機(jī)組的冬季工況進(jìn)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(jī)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(jī)組規(guī)模縮小給系統(tǒng)帶來的利處,本文首次提出了VRF機(jī)組負(fù)荷重心的概念。研究了系統(tǒng)負(fù)荷分布不同、負(fù)荷率不同時(shí),機(jī)組的容量負(fù)荷重心及能效負(fù)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(fù)荷重心計(jì)算方法。負(fù)荷重心的提出及其計(jì)算方法的探究,可以為VRF系統(tǒng)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)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(jìn)一步說明WLVRF系統(tǒng)中VRF機(jī)組規(guī)?？s小給系統(tǒng)帶來的好處。
　　在對(duì)ASHP及WSVRF機(jī)組運(yùn)行特性研究的基礎(chǔ)上,將WLVRF系統(tǒng)模型與建筑模型相耦合,對(duì)WLVRF系統(tǒng)冬季瞬時(shí)能效比的影響因素進(jìn)行了探討,分析了冷負(fù)荷數(shù),室外氣溫,環(huán)路水溫等因素對(duì)系統(tǒng)冬季瞬時(shí)能效比的影響情況。對(duì)于一個(gè)既有建筑而言,冷負(fù)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(shí)能效比的唯一途徑是適當(dāng)改變環(huán)路水溫。為此,對(duì)不同冷負(fù)荷數(shù)和室

8、外氣溫時(shí)的最佳環(huán)路水溫進(jìn)行了考察。在此基礎(chǔ)上,以環(huán)路保持最佳水溫為控制原則,計(jì)算了WLVRF系統(tǒng)在北方幾個(gè)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(yùn)行特性,亦為加速其應(yīng)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(jiǎn)單易操作的設(shè)計(jì)和控制方案,并對(duì)各方案進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。結(jié)果表

9、明,利用ASHP最佳經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)溫度設(shè)計(jì)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(yùn)行。而增多ASHP臺(tái)數(shù)和擴(kuò)大水環(huán)路管徑的方法,對(duì)于提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性效果較好,但對(duì)系統(tǒng)節(jié)能貢獻(xiàn)不大。這些結(jié)論為WLVRF系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制方案的選擇提供了理論依據(jù)。
　　最后,建立了WLVRF的費(fèi)用計(jì)算模型,分析了WLVRF系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性,給出了不同城市對(duì)應(yīng)的適合WLVRF系統(tǒng)的ASHP最佳經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)溫度,以作為工程設(shè)