地表水源熱泵系統(tǒng)的運行特性與運行優(yōu)化研究.pdf

1、發(fā)展可再生能源是優(yōu)化我國能源結(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)合我國南方地區(qū)的地表水溫特點和氣候特點，對地表水源熱泵系統(tǒng)的運行特性和運行優(yōu)化問題進行了研究。論文的第一部分對開式地表水源熱泵、閉

2、式地表水源熱泵、混合地表水源熱泵的運行特性以及地表水源熱泵運行時地表水溫的變化進行了一系列試驗與理論研究；第二部分研究了地表水源熱泵系統(tǒng)的運行優(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)用價值，主要的工作和成果有： (1)在對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計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)。對該系統(tǒng)夏、冬季實際運行情況進行了全面的測試，包括水質(zhì)、湖水溫度恢復(fù)情況、氣溫、進出水溫度、CO

3、P等。還對南方地區(qū)地表水源熱泵系統(tǒng)與風(fēng)冷熱泵的性能進行了對比測試。為今后國內(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)計與運行數(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)的動態(tài)模型，應(yīng)用該模型能夠根據(jù)逐時的負荷和氣象參數(shù)模擬出閉式系統(tǒng)全年運行的動態(tài)特性。對位于長沙市的一處擬建的閉式地表水源熱泵系統(tǒng)在制冷制熱期的動態(tài)特性進行了模擬。分析了水底盤管大小對進液溫度的影響；分析了水體深度、面積對進液溫度和底層水

4、溫的影響；比較了無負荷和有負荷時的底層水溫變化；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)測水池噴淋冷卻效果的簡化模型。對某種型號噴嘴的噴淋冷卻效果進行了模擬，模擬結(jié)果與實測結(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、冷水機組的冷卻水以及工業(yè)冷卻

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

6、的特點，并且能以不保證率的形式給出地表水源熱泵系統(tǒng)進液溫度的上限。 建立了一個河流溫排水的簡化二維預(yù)測模型，并推導(dǎo)出該模型的解析解。采用該模型對株洲電廠溫排水對其下游的湘江水溫的影響進行了預(yù)測，并與實測結(jié)果進行了對比。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算實踐中的精度要求。 (5)針對定溫差控制法應(yīng)用中存在的控制效果與控制適應(yīng)性差的缺點，論文提出了一種水一水熱泵機組的水源側(cè)和冷水機組的冷卻水系統(tǒng)變流量運行時