地表水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行特性與運(yùn)行優(yōu)化研究.pdf

1、發(fā)展可再生能源是優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)和改善環(huán)境質(zhì)量的要求。地源熱泵利用散布在地球表面淺層水源和淺層土壤中的低品位熱能，是一項(xiàng)節(jié)能環(huán)保的可再生能源技術(shù)。地源熱泵包括土壤源熱泵、地下水源熱泵和地表水源熱泵。土壤源熱泵和地下水源熱泵在我國(guó)已經(jīng)有一些應(yīng)用，但地表水源熱泵的應(yīng)用較少，地表水源熱泵研究方面的積累也較少。本文結(jié)合我國(guó)南方地區(qū)的地表水溫特點(diǎn)和氣候特點(diǎn)，對(duì)地表水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行特性和運(yùn)行優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。論文的第一部分對(duì)開式地表水源熱泵、閉

2、式地表水源熱泵、混合地表水源熱泵的運(yùn)行特性以及地表水源熱泵運(yùn)行時(shí)地表水溫的變化進(jìn)行了一系列試驗(yàn)與理論研究；第二部分研究了地表水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化問題。論文的工作和所獲得的成果具有明確的工程應(yīng)用價(jià)值，主要的工作和成果有： (1)在對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)了湖南省湘潭市城市中心區(qū)大型地表水源熱泵區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)夏、冬季實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了全面的測(cè)試，包括水質(zhì)、湖水溫度恢復(fù)情況、氣溫、進(jìn)出水溫度、CO

3、P等。還對(duì)南方地區(qū)地表水源熱泵系統(tǒng)與風(fēng)冷熱泵的性能進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。為今后國(guó)內(nèi)發(fā)展大型地表水源熱泵區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)積累了設(shè)計(jì)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，提供了參考依據(jù)。 (2)完整、系統(tǒng)地建立了閉式地表水源熱泵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，應(yīng)用該模型能夠根據(jù)逐時(shí)的負(fù)荷和氣象參數(shù)模擬出閉式系統(tǒng)全年運(yùn)行的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)位于長(zhǎng)沙市的一處擬建的閉式地表水源熱泵系統(tǒng)在制冷制熱期的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了模擬。分析了水底盤管大小對(duì)進(jìn)液溫度的影響；分析了水體深度、面積對(duì)進(jìn)液溫度和底層水

4、溫的影響；比較了無(wú)負(fù)荷和有負(fù)荷時(shí)的底層水溫變化；分析了該系統(tǒng)的性能。 (3)在工程應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)地表水量不穩(wěn)定或不足的情況，有必要發(fā)展混合地表水源熱泵系統(tǒng)。針對(duì)本文提出的帶噴泉的混合地表水源熱泵系統(tǒng)，建立了預(yù)測(cè)水池噴淋冷卻效果的簡(jiǎn)化模型。對(duì)某種型號(hào)噴嘴的噴淋冷卻效果進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合得較好。該模型的輸入?yún)?shù)少，可以方便地用于設(shè)計(jì)帶噴泉的混合地表水源熱泵系統(tǒng)。 (4)地表水源熱泵、冷水機(jī)組的冷卻水以及工業(yè)冷卻

5、水排入地表水體后，會(huì)使水溫發(fā)生變化，并可能會(huì)影響到水體的生態(tài)環(huán)境。論文研究了地表水作為熱泵低位熱源時(shí)的水溫恢復(fù)機(jī)理，并提出了弱溫水體得熱系數(shù)的計(jì)算公式。 針對(duì)封閉地表水體與外界換熱以及受納廢熱的特點(diǎn)，將水溫變化過(guò)程看成是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，首次建立了封閉地表水體水溫變化的隨機(jī)模型，并且給出了隨機(jī)微分方程解過(guò)程的數(shù)字特征的求解方法。在已知當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)的隨機(jī)特性的條件下能夠求出水溫變化的隨機(jī)特性。計(jì)算結(jié)果有助于深刻認(rèn)識(shí)封閉地表水體水溫變化

6、的特點(diǎn)，并且能以不保證率的形式給出地表水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)液溫度的上限。 建立了一個(gè)河流溫排水的簡(jiǎn)化二維預(yù)測(cè)模型，并推導(dǎo)出該模型的解析解。采用該模型對(duì)株洲電廠溫排水對(duì)其下游的湘江水溫的影響進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。該模型的精確程度能夠滿足水環(huán)境管理和熱污染控制的計(jì)算實(shí)踐中的精度要求。 (5)針對(duì)定溫差控制法應(yīng)用中存在的控制效果與控制適應(yīng)性差的缺點(diǎn)，論文提出了一種水一水熱泵機(jī)組的水源側(cè)和冷水機(jī)組的冷卻水系統(tǒng)變流量運(yùn)行時(shí)