地源熱泵＋毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析

1、地源熱泵毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析第24卷第3期2010年6月制冷與空調(diào)refrigerationandairconditioningv.01.24no.3jun.2010.104107文章編號(hào):1671.6612(2010)0310404地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析張亮(山東建筑大學(xué)熱能學(xué)院濟(jì)南250101)【摘要】通過對(duì)地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)分析,分別將地源熱泵與毛細(xì)管網(wǎng)建立模型,結(jié)合實(shí)例,同時(shí)將地源熱泵與空氣源熱泵,毛細(xì)管網(wǎng)與風(fēng)機(jī)盤管作比較,既評(píng)價(jià)了地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的能質(zhì)利用和炯損失情況,又明確了其比傳統(tǒng)空氣源熱泵+風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)的節(jié)能優(yōu)勢(shì),從而進(jìn)一步認(rèn)

2、識(shí)到地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的性能.【關(guān)鍵詞】地源熱泵;毛細(xì)管網(wǎng);炯分析中圖分類號(hào)tu83文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼agroundsourceheatpumpcapillarynetworkthermodynamicanalysisofair-conditioningsystemzhangliang(shandongjianzhuuniversity,jinan,250101)abstractinthispaper,groundsourceheatpumpcapillarynetworkthermodynamicanalysisofmr-conditioningsystems,respectively,gr

3、oundsourceheatpumpandcapillarynetworkshavebeenestablishedmodels,withexamples,whilegroundsourceheatpumpsandairsourceheatpumps,fancoilcapillarynetworkandtocomparebothevaluationofofthegroundsourceheatpumpcapillarynetworktotransfertheuseofair-conditioningsystemsandtheuseoflosses,butalsomadeclearitsa-sou

4、rceheatpumpthanthetraditionalfancoilairconditioningenergysavingadvantages,andthusabetterunderstandingofthegroundsourceheatpump+air-conditioningsystemperformancecapillarynetwork.keywordsgroundsourceheat;pumpthermodynamic;analysisofexergy0引言地源熱泵毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)是一種環(huán)保節(jié)能和有利于可持續(xù)發(fā)展的空調(diào)形式,近年來,我國(guó)開始在空調(diào)工程中使用,與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比

5、,毛細(xì)管網(wǎng)+地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn),諸如節(jié)能舒適等,為了進(jìn)一步的了解地源熱泵系統(tǒng)的性能,本文應(yīng)用熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的理論知識(shí)對(duì)其進(jìn)行熱力學(xué)分析.1地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理在制冷工況時(shí),冷卻水通過循環(huán)水泵從地埋管抽出,經(jīng)過三通閥a送至冷凝器,然后與工質(zhì)進(jìn)行熱交換,然后再經(jīng)過三通閥b流回地埋管,同時(shí)從蒸發(fā)器出來的冷凍水經(jīng)過三通閥c給毛細(xì)管作者簡(jiǎn)介:張亮(1986一),男,在讀碩士研究生.收稿日期:200912.09網(wǎng)末端空調(diào)供水,吸收室內(nèi)熱量后經(jīng)過三通閥d回到蒸發(fā)器,完成一個(gè)循環(huán).毛細(xì)管網(wǎng)末端空調(diào)空管換熱囂圖1地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理圖第24卷第3期張亮:

6、地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析105在制熱工況時(shí),冷卻水經(jīng)三通閥a流經(jīng)蒸發(fā)器,與工質(zhì)熱交換,然后經(jīng)三通閥b流回地埋管,同時(shí)從冷凝器流出的空調(diào)供水經(jīng)過三通閥c進(jìn)入毛細(xì)管網(wǎng)供給室內(nèi)熱量后,經(jīng)過三通閥d回到冷凝器,完成循環(huán).2熱力學(xué)分析2.1建立模型本文假設(shè)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流狀態(tài),流體輸送過程中,能量損失和流動(dòng)損失忽略不計(jì).熱力學(xué)第一定律分析常以性能系數(shù)cop為指標(biāo),cop:(1)w式中,q為制熱量或制冷量,w;w為輸入功率,w.將系統(tǒng)分為兩部分:熱泵機(jī)組和毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)末端,首先對(duì)地源熱泵機(jī)組建立模型,運(yùn)用熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律進(jìn)行熱力學(xué)分析.2.2熱泵機(jī)組模型圖2熱泵機(jī)組模型圖在制冷

7、工況時(shí),由熱力學(xué)第一定律得:q1=w+q2(2)式中,ql為室外換熱量,w;q2為冷負(fù)荷,w;w為輸入功率,w.由熱力學(xué)第二定律,炯平衡式:w+eq2=eq1+l1(3)eql=(1-ito)×ql(4)上ieq2=(1一)×q2(5)j2炯效率r/=eq2(6)wt一2熱泵在制熱工況運(yùn)行時(shí),由熱力學(xué)第一定律得:q2=w+q1(7)式中:q2為熱負(fù)荷,w;q1為室外換熱量,w;w為熱泵機(jī)組的輸入功率,w.由熱力學(xué)第二定律得:w+eql=eq2+li(8)eql=(1一10,-xq1(9)eq2=f1一-)xq2(10)炯效率r/=eq2(11)節(jié)能比=1一面(ieqi-eq

8、21+w)(12)對(duì)于地源熱泵,to=(t8+t7)/2:對(duì)于空氣源熱泵,to為室外溫度().式中,w為熱泵機(jī)組的輸入功率,w;eq1為與冷卻水熱交換的熱量炯,j;eq2為冷量炯(收益炯),j;l1為熱泵機(jī)組的炯損失,j;t1為工質(zhì)的蒸發(fā)溫度,;t2為工質(zhì)的冷凝溫度,;t5為空調(diào)供水溫度,;t6為空調(diào)回水溫度,;t7為冷卻水供水溫度,;t8為冷卻水回水溫度,.2.3空調(diào)末端模型t圖3空調(diào)末端模型圖根據(jù)以下公式,可以得出空調(diào)供回水的質(zhì)量流量m.q=cpm(t5一t6)(13)式中,q為室內(nèi)冷熱負(fù)荷,w;m為空調(diào)供水的質(zhì)量流量,kg/s;t5為空調(diào)進(jìn)水處的溫度,;t6為空調(diào)出水處的溫度,;l2為炯

9、損失,w.由熱力學(xué)第二定律,對(duì)于開口的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng),由ex=(h-h0)一t(sn)=ce(一)一to(cln÷)(14)10式中:ex為工質(zhì)焓炯,kj/kg;to為環(huán)境溫度,;t為工質(zhì)進(jìn)出口溫度,;cp為定壓比熱,?106?制冷與空調(diào)2010盆10/(kgk).由炯平衡式可得:w+m?ex5:eq+m?ex6+l2(15)ae=m(ex5一ex6)(16)炯效率=eq(17)節(jié)能比:1一±垂塑(19)(zxe+w)盤管式中,w為循環(huán)水泵的功率,w;m為空調(diào)供水的質(zhì)量流量,kg/s;eq為收益炯,w;ex5為空調(diào)進(jìn)水出單位質(zhì)量的焓炯,j/kg;ex6為空調(diào)出水處單位質(zhì)量的焓

10、炯,j/kg;l2為炯損失.3實(shí)例分析本文以某地建筑作為平臺(tái),建筑面積675.3m2,共三層,建筑總高度10.4m,夏季室外溫度35”c,冷負(fù)荷29410.01w,冬季室外溫度一7,熱負(fù)荷為30211.45w,室內(nèi)溫度夏季為26”c,冬季為20c.下表為空氣源熱泵+風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)與地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的主要參數(shù).表1兩系統(tǒng)主要參數(shù)比較表2地源熱泵與空氣源熱泵的熱力學(xué)分析結(jié)果表3毛細(xì)管網(wǎng)與風(fēng)機(jī)盤管的熱力學(xué)分析結(jié)果制冷毛細(xì)管網(wǎng)一風(fēng)機(jī)盤管制熱暑7055351717.84869974652154.548645626411002422725514l744927343.51l6o01370535.

11、8492%65i32%1.4037101990123377.87%1.8018l0l15o531.6588.62%64.70%1.40594031801610.866-37%由表2可以看出,地源熱泵不僅炯損失小于空氣源熱泵,炯效率也遠(yuǎn)高于空氣源熱泵,特別是在制熱工況時(shí)尤為突出,而且,節(jié)能效果也很明顯,綜合而言,地源熱泵機(jī)組的性能優(yōu)于空氣源熱泵.從表3中,可以看出,在達(dá)到相同的制冷和制熱效果的情況下,毛細(xì)管網(wǎng)的炯效率均比風(fēng)機(jī)盤管要高;空調(diào)供水的溫度要求不高,可以充分利用低品質(zhì)的能量,所以,毛細(xì)管網(wǎng)的節(jié)能性非常顯著,第24卷第3期張亮:地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析?107?與傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤

12、管相比,節(jié)能性突出.5結(jié)論(1)通過進(jìn)行熱力學(xué)分析,幫助我們對(duì)于地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)性能的認(rèn)識(shí),進(jìn)一步了解系統(tǒng)運(yùn)行過程中能的轉(zhuǎn)化,從而揭示了能量轉(zhuǎn)化過程中的能質(zhì)變化規(guī)律.(2)通過對(duì)地源熱泵機(jī)組與空氣源熱泵機(jī)組以及毛細(xì)管網(wǎng)與風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行比較,運(yùn)用熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律,不僅從能量的”量”的方面,而且從能量的”質(zhì)”的方面,對(duì)能量轉(zhuǎn)換和損失情況進(jìn)行分析,全面了解了兩種系統(tǒng)的性能.(3)由于毛細(xì)管網(wǎng)自身?yè)Q熱面積大,傳熱速度快,傳熱效率高,再加上冬季毛細(xì)管內(nèi)通較低溫度的熱水向房間輻射熱量;夏季毛細(xì)管內(nèi)通溫度較高的冷水,向房間輻射冷量,消耗的炯要比風(fēng)機(jī)盤管少;毛細(xì)管網(wǎng)的空調(diào)供水溫度要求低,

13、可以充分利用低品質(zhì)的熱量,所以與傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤管相比,炯效率高,節(jié)能性能明顯.參考文獻(xiàn):【l】邱信立,廉樂明,李力能,等.工程熱力學(xué)【m】.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1985.【2】程祖英,羅明智地源熱泵及其相關(guān)問題討論j】.建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2005,24(6):30-32,39.3朱明善.能量系統(tǒng)的炯分析m】.北京:清華大學(xué)出版社,1988.【4】王子介.低溫輻射供暖與輻射供冷m】.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.5】hdbaehr.zurdefinitionexergetischerwirkungsgradeeinesysteamtischeuntersuehungj.bwk,1968,(

14、5).(上接第97頁(yè))4結(jié)語(yǔ)節(jié)能減排是應(yīng)對(duì)全球氣候變化,能源緊缺的迫切需求.加強(qiáng)對(duì)高效節(jié)能,潔凈煤,先進(jìn)核能,可再生能源,碳捕集利用與封存等低碳,零碳技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化投入,減少溫室氣體的排放,減弱溫室效應(yīng).通過國(guó)際交流合作,相互引進(jìn),吸收先進(jìn)低碳技術(shù)和應(yīng)對(duì)氣候變化技術(shù),減少對(duì)石化能源資源的需求與消費(fèi),合理有效調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),降低對(duì)石油,煤炭的需求比重;大力開發(fā)應(yīng)用新能源和可再生能源,增加其在能源消費(fèi)總量中的比重,提高世界各國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的能力,使世界經(jīng)濟(jì)朝著更綠色,更可持續(xù)的方向發(fā)展.參考文獻(xiàn):1】錢伯章.節(jié)能減排:可持續(xù)發(fā)展的必由之路【m】.北京:科學(xué)出版社.2008.2】陶滿慶,傅琳,

15、王黎.京都議定書與溫室氣體【j】.河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,(4):168169.【3】時(shí)克軒.溫室效應(yīng)與溫室氣體【j_中國(guó)石化,2008,(2):41.4】全球溫室氣體排放嚴(yán)重超標(biāo)【n】.聯(lián)合早報(bào)網(wǎng).2009.12.02.【5】我們未來的低碳經(jīng)濟(jì)n】.中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)(北京),2009一l0一l7.【6stephanedeiarueducan,lynnprice.sectoraltrendsinglobalenergyuseandgreenhousegasemissionsj】.energypolicy,2008,36(4):13861403.7】我國(guó)出臺(tái)控制溫室氣體排放行動(dòng)目標(biāo)解讀n】.新華網(wǎng),2009一ll一27.8】肯尼斯.張,吳平譯.科學(xué)家正在研究將溫室氣體轉(zhuǎn)變?yōu)槠蚸】.科技信息(科學(xué)教研),2008,(8):44.9】taiwenfen