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水源热泵机组性能的模拟与实验

姜宝石

  制冷空调装置性能模拟是制冷空调产品设计方法现代化的重要体现,将计算模型用于产品开发、优化,可以减少整机试验次数,缩短研发周期,节约研发成本。与传统风冷热泵、冷水机组相比,水源热泵机组具有显著的节能效果,有望得到更广泛的应用。本文建立了水源热泵机组性能模拟的计算模型,通过相应的实验验证了该模型的有效性,利用建立的计算模型模拟了各种工况下水源热泵机组的性能,得到了水源热泵机组的节能效果。主要研究工作包括以下三个方面。 采用稳态集中参数模型分别建立了螺杆式压缩机、热力膨胀阀、壳管式冷凝器、满液式蒸发器等水源热泵机组的部件模型;根据能量守恒和质量守恒将各部件模型耦合为系统模型。为了优化计算模型,提高运算速度,改进了换热器的计算模型。在换热器模型中,仅假设制冷剂出口的焓值,而冷却或冷冻水的出口温度由能量守恒计算得到,无需迭代计算。由于压缩机出口压力可以根据压缩机的性能参数计算得出,在系统模型中,仅假设蒸发压力,不再产生确定冷凝压力的迭代计算。系统模型还考虑了膨胀阀开启度对热泵机组性能的影响,并由其控制系统质量平衡。 为验证热泵机组计算模型的有效性,建立了水源热泵机组性能测试台,测试了某水源热泵机组的性能。将实验值和模型预测值对比,实验值和预测值的相对误差小于5%。由于江水水质的不同,会导致换热器的热阻变化。选用针对重庆市长江水水质特点研发的水源热泵机组,在不同的水质条件下进行测试。结果表明,在实验范围内,随着水质条件的恶化,该机组的性能系数最大下降了3.73%。 由于重庆市处于冬暖夏热地区,冬季供暖负荷较小,一般满足夏季供冷要求既能满足冬季的供暖要求。为此,本文以供冷季为主要研究对象。根据重庆市长江水水温变化特点,预测了江水温度对水源热泵机组性能的影响。结果表明:江水逐时温度对机组性能系数影响很小,江水月平均温度变化导致机组性能系数最大下降5.01%。选用长江水为冷却水,应用系统模型计算分析得知,选用长江水作为冷源可以确保机组稳定可靠的运行,对机组的性能影响较小,有较大的节能潜力。针对某办公楼,应用该模型计算了不同机组组合方案下水源热泵机组和普通冷水机组的运行能耗。结果表明,不管是水源热泵机组还是普通冷水机组,运行能耗最低的组合方案都不是两台相同规格机组的组合。对比两种机组最佳组合方案的运行能耗可知,采用水源热泵机组可以取得13.1%的节能效果。……   
[关键词]:水源热泵;制冷系统;集中参数模型;性能系数;模拟
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:重庆大学2011年