提取冷水凝固熱熱泵系統(tǒng)的研究.pdf

1、當前我國建筑供熱依舊是以燃煤為主，開發(fā)利用低品位可再生清潔能源前景廣闊，是當今能源、建筑和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然要求。熱泵系統(tǒng)具有高效節(jié)能和環(huán)保效益顯著的特點，但是各種熱源的問題一直限制了熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用。當前水源熱泵系統(tǒng)主要是提取環(huán)境水源中的顯熱，但是一直忽略了水凝固所釋放出的巨大熱量。本文提出一種基于人工熱源的提取冷水凝固熱熱泵系統(tǒng)，并對系統(tǒng)形式、凝固換熱特性、系統(tǒng)運行效率、運行能耗與經(jīng)濟性進行了深入研究。
　　首先，提出了提取冷

2、水凝固熱熱泵系統(tǒng)的系統(tǒng)形式，詳細闡述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行原理及系統(tǒng)特點，并對系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進行分析。系統(tǒng)的關(guān)鍵性問題主要集中在凝固換熱與除冰方面。系統(tǒng)采用液固流化床除冰設(shè)備，通過固體顆粒頻繁碰撞去除換熱器壁面冰層；采用大口徑的換熱管束，使得固體顆粒對換熱器壁面有足夠的正向沖擊力。此外對于系統(tǒng)的融冰方法，對比分析了開式冷卻塔與閉式冷卻塔的優(yōu)缺點，分析結(jié)果表明，采用開式冷卻塔更能有效融解人工熱源中所儲存的的冰。
　　其次，在理論分析方面，

3、研究了管內(nèi)凝固換熱特性，并在做出適當?shù)暮喕凹僭O(shè)后，建立了管內(nèi)凝固特性與換熱特性的物理模型，推導出其數(shù)學表達。定義了凝固當量換熱系數(shù)比Kh來表征凝固換熱比對流換熱的強化程度。通過數(shù)學分析軟件，得到管內(nèi)凝固換熱的規(guī)律，并對之后的實驗研究提供了理論依據(jù)。
　　然后，為了研究系統(tǒng)的實際運行效果，搭建提取冷水凝固熱泵系統(tǒng)的實驗臺。實驗研究表明，液固流化床除冰系統(tǒng)能夠有效去除凝固換熱器管壁上的冰層，但是其運行不穩(wěn)定；凝固換熱條件發(fā)生的最佳工

4、況為防凍液出口溫度在-3～-5℃之間，也就是-4℃左右，此時系統(tǒng)凝固換熱量最大，系統(tǒng)能夠長時間穩(wěn)定運行，此時系統(tǒng)最佳工況下的COP為2.9，熱泵系統(tǒng)仍然具有一定的節(jié)能效果。
　　最后，對提取冷水凝固熱熱泵系統(tǒng)的機組及系統(tǒng)的能耗進行評價分析，分析結(jié)果表明，與燃煤鍋爐相比，系統(tǒng)運行能耗降低52.1%。然后通過將系統(tǒng)經(jīng)濟性評價劃分為前期初投資與后期系統(tǒng)運行費用兩部分，以費用年值為依據(jù)進行分析，與其他供熱方式進行對比，分析結(jié)果表明，系統(tǒng)具