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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生自查表
（中期教學(xué)檢查用）
學(xué)生姓名
專業(yè)
熱能與動(dòng)力工程
班級(jí)
指導(dǎo)教師姓 名
課題名稱
采用冰盤管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
個(gè)人作息時(shí) 間
上午
自8:00時(shí)
至12:00時(shí)
下午
自14:30時(shí)
至17:30時(shí)
晚上
自19:30時(shí)
至21:30時(shí)
工作地點(diǎn)
上午
圖書館
下午
機(jī)房
晚上
宿舍
個(gè)人精力實(shí)際投入
日平均工作時(shí)數(shù)
8
周平均工作時(shí)數(shù)
56
迄今缺席天數(shù)
0
出勤
率%
100%
指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù)
2
每周指導(dǎo)
時(shí)間（小時(shí)）
4
備注
周一、周五下午3:30
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度
已完成的主要內(nèi)容
%
待完成的主要內(nèi)容
%
1.外文文獻(xiàn)翻譯
2.文獻(xiàn)綜述
3.開題報(bào)告
4.總體設(shè)計(jì)方案確定
5. 設(shè)計(jì)計(jì)算（熱力循環(huán)計(jì)算、壓縮機(jī)選型、冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算、隔熱計(jì)算、冰盤管蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算）
50
1. 節(jié)流裝置選擇集其他零部件的選擇
2. 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)
3. 整理設(shè)計(jì)說明書
50
存在問題
1.冷凝器設(shè)計(jì)部分有待優(yōu)化
2.連接管路部分有待調(diào)整
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
題目 采用冰盤管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
專業(yè) 學(xué)號(hào) 姓名
一、原始資料及技術(shù)條件
1. 工質(zhì) R407C
2. 氣候環(huán)境類型： N(空氣干球溫度32℃、空氣露點(diǎn)溫度28.2℃)
3. 制冰工況，蒸發(fā)溫度：-10℃，冷凝溫度29.8℃，蓄冰槽放置室內(nèi)，
4. 采用外融冰向室內(nèi)供冷，采用雙膨脹閥雙冰盤管的方式，風(fēng)機(jī)盤管室內(nèi)機(jī)。
5. 地埋管換熱器進(jìn)水溫度：35℃；循環(huán)水回水溫度16℃；
6. 使用負(fù)荷：民用住宅， 峰值制冷功率6KW
7. 使用環(huán)境相對(duì)濕度：≤85％
8. 電源： 380V 50Hz AC
9. 采用全負(fù)荷蓄冷，可為住宅提供4個(gè)小時(shí)的冷量。
10.采用管殼式冷凝器。
二、主要內(nèi)容
1.設(shè)計(jì)計(jì)算：循環(huán)計(jì)算、隔熱計(jì)算、冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算、冰盤管蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算。
2. 零部件選擇：選擇壓縮機(jī)和其他零部件選擇。
3. 設(shè)計(jì)圖樣：系統(tǒng)流程圖、冷凝器部裝圖、蒸發(fā)器部裝圖、蓄冰槽部裝圖、其他零部件圖。
三、基本要求
1. 認(rèn)真進(jìn)行實(shí)習(xí)(調(diào)研)、完成實(shí)習(xí)(調(diào)研)報(bào)告。
2. 閱讀文獻(xiàn)寫出文獻(xiàn)綜述。
3. 按統(tǒng)一格式完成開題報(bào)告。
4. 閱讀英文文獻(xiàn)，并譯成中文(不少于5000漢字)。
5. 設(shè)計(jì)計(jì)算至少有兩部分為上機(jī)計(jì)算。
6. 規(guī)范繪制圖樣，上機(jī)繪圖不少于二張裝配圖、一張零件圖。
7. 英中文對(duì)照摘要，中文不少于400 字。
8. 按統(tǒng)一格式編制設(shè)計(jì)說明書，不少于 30000字。
9. 有全部設(shè)計(jì)的紙介質(zhì)文檔和電子文檔。
四、 完 成 期 限：2014年6月7日
指導(dǎo)教師簽章：
專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章：
開題報(bào)告表
課題名稱
采用冰盤管的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
課題來源
自選
課題類型
AX
導(dǎo) 師
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
專 業(yè)
開題報(bào)告內(nèi)容：搜集與課題設(shè)計(jì)相關(guān)的資料；根據(jù)相關(guān)資料，確定課題設(shè)計(jì)的思路，各部件的設(shè)計(jì)或選型；安排階段性任務(wù)及完成時(shí)間；準(zhǔn)備課題設(shè)計(jì)所需要的外在因素；
1.搜集資料：
根據(jù)課題設(shè)計(jì)題目，利用網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)的資料，在圖書館借閱相關(guān)書籍產(chǎn)生疑難問題咨詢老師，這些使我正確理解設(shè)計(jì)理念，抓住重點(diǎn)，不做無用之功。
2.設(shè)計(jì)目的與要求：
根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，在老師的輔助指導(dǎo)下，結(jié)合本專業(yè)所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)采用冰盤管蓄冷的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。通過全面、系統(tǒng)、嚴(yán)格的技術(shù)及基本能力的練習(xí)，從而充分地了解和熟悉采用冰盤管地?zé)岜脵C(jī)組的性能及設(shè)計(jì)過程。掌握課題設(shè)計(jì)的主要關(guān)鍵點(diǎn)，熟悉本專業(yè)相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，爭取順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
3.設(shè)計(jì)的思路：
結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)課，全面分析，綜合考慮，采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，爭取采用最優(yōu)的方案。
a.設(shè)計(jì)計(jì)算：循環(huán)計(jì)算、隔熱計(jì)算、冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算、冰盤管蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算。
b.零部件選擇：選擇壓縮機(jī)和其他零部件選擇。
c.設(shè)計(jì)圖樣：系統(tǒng)流程圖、冷凝器部裝圖、蒸發(fā)器部裝圖、蓄冰槽部裝圖、其他零部件圖。
4.安排階段性任務(wù)及時(shí)間安排：
1-3周 查找資料，外文翻譯，開題報(bào)告表，文獻(xiàn)綜述；
4-7周 了解課題設(shè)計(jì)的目的及要求，擬定方案，進(jìn)行各部件的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算；
8-11周 根據(jù)選型及設(shè)計(jì)畫各部件圖及總裝圖；
11-13周 設(shè)計(jì)軟件流程，編寫程序；
13-16周 撰寫設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。
5.完成論文所具備的外在因素：
(1）相應(yīng)的參考書；
(2）指導(dǎo)老師；
(3）電腦。
指導(dǎo)教師簽名： 日期： 年 月 日
文獻(xiàn)綜述
題 目采用冰盤管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
學(xué) 號(hào)
院 （系）
指導(dǎo)教師(職稱)
完成時(shí)間
采用冰盤管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：冰蓄冷和水源熱泵是兩種截然不同的技術(shù)，兩種技術(shù)如能結(jié)合在一起，將帶來更大的節(jié)能效益。本文分析了目前國內(nèi)外地源熱泵與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及存的問題。進(jìn)而論述了兩者聯(lián)合運(yùn)行的必要性，好處及新的趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng) 水源熱泵 節(jié)能
1.水源熱泵技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用
1.1 國外水源熱泵發(fā)展特點(diǎn)
在國外,水源熱泵系統(tǒng)又習(xí)慣稱作閉式環(huán)路水源熱泵系統(tǒng)。60 年代開始在美國提出以后 ,經(jīng)過30年不斷改進(jìn)和發(fā)展,技術(shù)日趨成熟,其產(chǎn)品已逐漸商品化,至今已經(jīng)在北美建筑中應(yīng)用了40多年到目前為止已安裝了400 , 000多臺(tái),而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19%,其中新建筑中30%。 美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了美國地源熱泵協(xié)會(huì),該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作。美國計(jì)劃到2010年達(dá)到每年安裝40萬臺(tái)地源熱泵的目標(biāo),其中,水源熱泵占15 % ,屆時(shí)將降低溫室氣體排放1百萬噸,相當(dāng)于減少50 萬輛汽車的污染物排放或種植樹1百萬英畝,年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元,此后,每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加1.7億美元。美國的水源熱泵的研究和應(yīng)用更偏重用于住宅和商業(yè)小型系統(tǒng)(20RT 以下),多采用水-空氣系統(tǒng)。 在大型建筑方面,美國推行 WLHP 系統(tǒng),即水環(huán)熱泵系統(tǒng)。與美國的地源熱泵發(fā)展有所不同,中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地?zé)豳Y源 ,地下土壤埋盤管(埋深<400 米深)的地源熱泵,用于室內(nèi)地板輻射供及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì),為家用的供熱裝置中,地源熱泵所占比例,瑞士96%,奧地利為38% ,丹麥為27%。同時(shí),中、北歐海水源熱泵的研究和應(yīng)用也比較多。日本在進(jìn)70年代后水源熱泵的應(yīng)用和推廣走在了世界的前頭。東芝、三菱電機(jī)、PMAC 公司均有水源熱泵產(chǎn)品出售,東京、名古屋、橫濱等城市在 70年代初就有很多采用閉式環(huán)路水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工程實(shí)例，例如新日建大廈、名古屋大廈平和東京大廈等。
1.2 國內(nèi)水源熱泵發(fā)展現(xiàn)狀
中國最早在50年代,就曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷,天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國熱泵的最早研究,1965年研制成功國內(nèi)第一臺(tái)水冷式熱泵空調(diào)機(jī)。目前,國內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)、重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院、中國科學(xué)院廣州能源研究所等多家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都在對(duì)水源熱泵進(jìn)行研究。其中清華大學(xué)在多工況水源熱泵經(jīng)過多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果 ,已建成數(shù)個(gè)示范工程。國內(nèi)的水源熱泵制造廠商中,清華同方人工環(huán)境設(shè)備公司、山東海陽富爾達(dá)是比較早的水源熱泵制造廠家,但目前也有相當(dāng)多的制冷空調(diào)廠家將其普通的水冷機(jī)組改造為水源熱泵。自80年代以來,我國采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的建筑也逐年增多。目前,在深圳,上海,北京以及一些中小城市均有工程實(shí)例,例如北京天安大廈、西安建國飯店、青島華僑飯店、深圳同貿(mào)大廈等均采用了閉式環(huán)路水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。北京在2008年奧運(yùn)會(huì)期間,充分利用得天獨(dú)厚的地?zé)釛l件,發(fā)揮地?zé)釡厝那鍧嵞茉磧?yōu)勢(shì)和保健作用,相繼將一些先進(jìn)的技術(shù),如地?zé)嵛菜毓?、水源熱泵等?yīng)用到地?zé)峁┡到y(tǒng)上,同時(shí)水源熱泵式中央空調(diào)已成為2008 年北京奧運(yùn)會(huì)指定選用的空調(diào)型式。在未來的幾年中,中國面臨著巨大的能源壓力。為了適應(yīng)市場(chǎng)要求和參加國際競(jìng)爭,我們必須加快中國品牌的水源熱泵的產(chǎn)業(yè)化研究開發(fā)[1]。
1.3 水源熱泵技術(shù)的工作原理
水源熱泵技術(shù)[2]是利用地球表面淺層水源中吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。水源熱泵機(jī)組工作的大致原理是，夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取熱量。 其具體工作原理如下：在制冷模式時(shí)，高溫高壓的制冷劑氣體從壓縮機(jī)出來進(jìn)入冷凝器，制冷劑向冷卻水（地下水）中放出熱量,形成高溫高壓液體，并使冷卻水水溫升高。制冷劑再經(jīng)過膨脹閥膨脹成低溫低壓液體，進(jìn)入蒸發(fā)器吸收冷凍（建筑制冷用水）中的熱量，蒸發(fā)成低壓蒸汽，并使冷凍水水溫降低。低壓制冷劑蒸汽又進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，如此循環(huán)在蒸發(fā)器中獲得冷凍水。在制熱模式時(shí)，高溫高壓的制冷劑氣體從壓縮機(jī)出來進(jìn)入冷凝器，制冷劑向供熱水（建筑供暖用水）中放出熱量而冷卻成高壓液體，并使供熱水水溫升高。制冷劑再經(jīng)過膨脹閥膨脹成低溫低壓液體，進(jìn)入蒸發(fā)器吸收低溫?zé)嵩此ǖ叵滤┲械臒崃?，蒸發(fā)成低壓蒸汽，并使低溫?zé)嵩此疁亟档?。低壓制冷劑蒸汽又進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，如此循環(huán)在冷凝器中獲得供熱水
??????圖1：水源熱泵機(jī)組的工作原理???????
1.4 水源熱泵技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：(1)屬可再生能源利用技術(shù)；(2)高效節(jié)能；(3)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；(4)環(huán)境效益顯著；(5)一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣；(6)自動(dòng)運(yùn)行；(7)投資成本低；(8)維修成本低。
缺點(diǎn)：(1)制冷量較大(10kW以上)的水源熱泵空調(diào)機(jī)組，由于機(jī)組內(nèi)壓縮機(jī)的功率大，因而 聲較大，在設(shè)計(jì)安裝時(shí)要考慮一些降低噪聲的措施[4]。
(2)利用新風(fēng)比較麻煩，新風(fēng)管道必須敷設(shè)到安裝水源熱泵空調(diào)機(jī)的房間，對(duì)于要求較高的房間，如空氣凈化、加濕等有要求的房間，附加措施就更為復(fù)雜。
(3)水源熱泵空調(diào)機(jī)多數(shù)為暗裝，必須同建筑和室內(nèi)裝潢緊密配合，如空調(diào)機(jī)質(zhì)量不好，給維護(hù)帶來麻煩。
(4)因?yàn)樗礋岜每照{(diào)機(jī)系統(tǒng)是分散性的中央空調(diào)，由于機(jī)組分散，每一空調(diào)區(qū)內(nèi)的熱泵空調(diào)機(jī)均要有稍許余量，所以當(dāng)水源熱泵空調(diào)機(jī)數(shù)量較多時(shí)總用電容量可能偏高，而實(shí)際上由于安裝的水源熱泵空調(diào)機(jī)不可能同時(shí)達(dá)到最大用電量，所以實(shí)際用電量并不高。
2 冰蓄冷技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
2.1 國外冰蓄冷技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)
自七十年代世界能源危機(jī)以來，各國政府都十分重視開發(fā)新能源與“節(jié)省能源”，促使了蓄冷技術(shù)的迅速發(fā)展。美國、加拿大、日本和歐洲一些國家率先將冰蓄冷技術(shù)引入到建筑空調(diào)系統(tǒng)里來，積極開發(fā)蓄冷設(shè)備與蓄冷系統(tǒng)，實(shí)施的工程逐年成倍增多。在日本近年來積極引進(jìn)蓄冷技術(shù)，大力開展冰蓄冷技術(shù)的研究與開發(fā)應(yīng)用，到1989年美國、日本、加拿大等國從事冰蓄冷系統(tǒng)開發(fā)和冰蓄冷專用制冷機(jī)生產(chǎn)的公司多達(dá)49家；美國提出將在1997年將空調(diào)蓄冷技術(shù)普及應(yīng)用到99%的宏偉目標(biāo)；根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)1990年北美冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的投資占當(dāng)年新增暖通空調(diào)系統(tǒng)總投資的24.2%。
2.2 國內(nèi)冰蓄冷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
我國臺(tái)灣省自1984年建成第一個(gè)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)以來，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展很快，由1992年33個(gè)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，到1993年為142個(gè)，到1994年就已建成225個(gè)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，總冷量高達(dá)2009000Kwh；移稼高峰用電超過52000Kw，用戶每年節(jié)省臺(tái)幣達(dá)3.1×105萬元。九十年代，我國大陸地區(qū)蓄冷技術(shù)也得到了發(fā)展，首先中電深圳工貿(mào)公司在辦公樓中應(yīng)用了法國的冰球式蓄冷系統(tǒng)，使裝機(jī)容量降低45%以上；北京西冷工程公司開發(fā)研制的有壓式齒球蓄冷器已獲國家專利并用在北京日?qǐng)?bào)社綜合樓和廣州市面上某辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)中，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)浙江國祥制冷工業(yè)公司推出了完全結(jié)凍式冰蓄冷系統(tǒng)在浙江諸暨百貨大樓實(shí)行了國產(chǎn)大型冰儲(chǔ)冷首例中央空調(diào)系統(tǒng)，僅用一年時(shí)間就完成了設(shè)計(jì)施工任務(wù)，并于1995年8月10日調(diào)試成功投入運(yùn)行。儲(chǔ)冰蓄冷國產(chǎn)化的成功，克服了冰儲(chǔ)冷中央空調(diào)投資大的缺點(diǎn)，對(duì)推廣冰蓄冷空調(diào)事業(yè)起到很好的促進(jìn)作用。國家計(jì)委、國家經(jīng)貿(mào)委和電力工業(yè)部聯(lián)合提出到2000年將轉(zhuǎn)移1000~12000萬Kw的尖峰負(fù)荷到低谷使用，這將為國家節(jié)省150~250萬元的資金，這是節(jié)能節(jié)電中一項(xiàng)利國利民的重大創(chuàng)舉；據(jù)統(tǒng)計(jì)，就北京市面上目前擁有集中空調(diào)的賓館與寫字樓約250座，商場(chǎng)約50家，空調(diào)負(fù)荷約30~40萬kw，這是些負(fù)荷具有較大的冰蓄冷空調(diào)前景，即具有很大的削峰填谷的潛力，聯(lián)系到全國冰蓄冷空調(diào)的前景更加是宏偉壯觀[5]。
2.3 冰蓄冷空調(diào)原理
空調(diào)冰蓄冷技術(shù)，即是在電力負(fù)荷很低的夜間用電低谷期，采用電動(dòng)制冷機(jī)制冷，使蓄冷介質(zhì)結(jié)成冰，利用蓄冷介質(zhì)的顯熱及潛熱特性，將冷量儲(chǔ)存起來。在電力負(fù)荷較高的白天，也就是用電高峰期，使蓄冷介質(zhì)融冰，把儲(chǔ)存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)。
目前使用的幾種冰蓄冷設(shè)備有冰盤管式、凍結(jié)式、冰球式等，其蓄冷原理如下：
（1）冰盤管式 冰盤管式蓄冷，是利用金屬盤管，將盤管伸入蓄冰槽內(nèi)，使冰直接結(jié)在蒸發(fā)盤管上。使用時(shí)，使中央空調(diào)回水直接沖蝕槽內(nèi)的冰，使冰融化而放出冷量。
（2）凍結(jié)式 凍結(jié)式蓄冷，是利用塑料管或金屬管，將管道伸入蓄冰槽內(nèi)，并在管內(nèi)通以冷水機(jī)組制出的低溫二次制冷劑，使蓄冰槽內(nèi)的水凍結(jié)成冰。使用時(shí)，將中央空調(diào)負(fù)荷端流回的溫度較高的乙二醇溶液通過管內(nèi)，使管外的冰融化而釋放出冷量。
（3）冰球式 冰球式蓄冷又稱容器式蓄冷，是利用不要形狀的塑膠球作容器，球內(nèi)充入一定量的水（注意不要充滿，留足水結(jié)冰時(shí)的膨脹空間）放入蓄冰槽內(nèi)，以乙二醇水溶液與球內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，使球內(nèi)的水結(jié)成冰。使用時(shí)，讓中央空調(diào)負(fù)荷端流回的溫度較高的乙醇溶液通入球內(nèi)，使冰融化而釋放冷[6]。
2.4 冰蓄冷技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)省電費(fèi)；（2）節(jié)省電力設(shè)備費(fèi)用與用電困擾；（3）蓄冷空調(diào)效率高，具有節(jié)能效果；（4）節(jié)省冷水設(shè)備費(fèi)用；（5）節(jié)省空調(diào)箱倒設(shè)備費(fèi)用；（6）除濕效果良好；（7）斷電 時(shí)利用一般功率發(fā)電機(jī)仍可保持室內(nèi)空調(diào)運(yùn)行；（8）可快速達(dá)到冷卻效果；（9）節(jié)省空調(diào)及電力設(shè)備的保養(yǎng)成本；（10）降低噪亂冷水流量與循環(huán)風(fēng)上減少，即水泵與空調(diào)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)及噪音降低；（11）使用壽命長。?
缺點(diǎn)：（1）對(duì)于冰蓄冷系統(tǒng)，其運(yùn)行效率將降低；（2）增加了蓄冷設(shè)備費(fèi)用及其占用的空間；（3）增加水管和風(fēng)管的保溫費(fèi)用；（4）冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的制冷主機(jī)性能系數(shù)（COP）要下降。
3 冰蓄冷技術(shù)與水源熱泵的巧妙結(jié)合
3.1 概述
如上所述，水源熱泵和冰蓄冷技術(shù)均起源于歐美一些發(fā)達(dá)國家，我國從20世紀(jì)90年代開始推廣這兩項(xiàng)技術(shù)。水源熱泵技術(shù)是可再生能源的開發(fā)、利用技術(shù)，它利用自然界可再生的能源，如地下水、地表水、江河湖水、工業(yè)廢水等儲(chǔ)存的大量低品位能源，通過少量電能將其轉(zhuǎn)化為高品位的能源，其能效比可達(dá)4。該技術(shù)可以大幅度降低用戶的能源使用費(fèi)用，同時(shí)也可取代鍋爐，減輕了環(huán)保壓力。冰蓄冷技術(shù)主要是為了平衡電網(wǎng)的晝夜峰谷差，在夜問電力低谷時(shí)段蓄冰設(shè)備蓄冷，在日問電力高峰時(shí)段釋冷，是電力部門削峰填谷的最佳途徑。水源熱泵技術(shù)雖然可以供暖制冷，但本身不具備削峰填谷的能力；冰蓄冷雖然可以起到削峰填谷的作用，但無法在冬季供暖。本文考慮將兩項(xiàng)技術(shù)聯(lián)合運(yùn)行，取長補(bǔ)短，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
3.2 水源熱泵與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的優(yōu)越性
通常在選擇水源熱泵機(jī)組供熱供冷時(shí)，要根據(jù)不同區(qū)域建筑物的基本負(fù)荷狀況進(jìn)行設(shè)備選擇。在我國長江流域地區(qū)，建筑物夏季的冷負(fù)荷往往大于冬季的熱負(fù)荷，而熱泵機(jī)組在額定工況下制熱量大于制冷量(通常情況下熱泵機(jī)組的制熱量是制冷量的1～1．3倍)[7]。因此，如果按照冷負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)選擇機(jī)組，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的制熱能力超出建筑物的熱負(fù)荷要求，造成機(jī)組投資和運(yùn)行費(fèi)用的浪費(fèi)；如果按照熱負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)選擇機(jī)組，則會(huì)出現(xiàn)夏季制冷量不足。此時(shí)，如果與冰蓄冷系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，就可以按照冬季熱負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)選擇機(jī)組，以冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)作補(bǔ)充。這種水源熱泵與冰蓄冷聯(lián)合運(yùn)行的復(fù)合能源形式既降低了水源熱泵系統(tǒng)的初投資，又可使用戶充分利用峰谷電價(jià)的差額降低運(yùn)行費(fèi)用；另一方面在一定程度上也可減輕采用常規(guī)能源帶來的環(huán)境壓力，為平衡電網(wǎng)負(fù)荷作出貢獻(xiàn)，可謂一舉多得。
3.3 聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)
水源熱泵與冰蓄冷空調(diào)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)主要由以下系統(tǒng)構(gòu)成：地下水／地表水換熱系統(tǒng)、三工況熱泵機(jī)組工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)、供冷供熱板式換熱器系統(tǒng)、室內(nèi)末端系統(tǒng)。在夏季電力低谷時(shí)段，熱泵機(jī)組制冷工況運(yùn)行進(jìn)行蓄冰，白天用電高峰時(shí)段釋冷。若日間冷負(fù)荷需求較小，單獨(dú)采用冰蓄冷空調(diào)供冷；若日間冷負(fù)荷需求較大，三工況機(jī)組白天運(yùn)行于空調(diào)制冷工況，由水源熱泵機(jī)組和冰蓄冷系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行供冷。冬季采用水源熱泵系統(tǒng)為室內(nèi)供熱。夏季供冷系統(tǒng)流程如圖2所示。
圖2:夏季水源熱泵與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行流程
冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)由冷卻循環(huán)、制冷循環(huán)、蓄冰循環(huán)和供冷循環(huán)四個(gè)子循環(huán)組成。其中，供冷循環(huán)又可分為三種供冷方式，即主機(jī)單獨(dú)供冷、主機(jī)與蓄冰裝置聯(lián)合供冷、蓄冰裝置單獨(dú)融冰供冷。在此運(yùn)行流程中，水源熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)冷凝器產(chǎn)生的熱量經(jīng)水側(cè)換熱器傳遞至地表(下)水側(cè)，蒸發(fā)器冷量則聯(lián)合蓄冰裝置一起供至空調(diào)末端換熱設(shè)備。夜間用電低谷期間主機(jī)蓄冰，日間用電高峰期間可不開或少開制冷主機(jī)。既可提高水源熱泵機(jī)組效率，還可利用峰谷電價(jià)差額，降低運(yùn)行費(fèi)用。
供暖期間，系統(tǒng)通過閥門切換改變載冷劑的流動(dòng)方向。水源熱泵機(jī)組仍維持與夏季相同的制冷循環(huán)，蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量經(jīng)水側(cè)換熱器傳至水中，而冷凝器產(chǎn)生的熱量供至空調(diào)末端換熱設(shè)備。即把地表(下)水經(jīng)過水源熱泵機(jī)組提高溫度后為室內(nèi)供熱。如圖3所示，系統(tǒng)由載熱循環(huán)、制冷循環(huán)和水循環(huán)三個(gè)子循環(huán)組成。
圖3:冬季水源熱泵供熱系統(tǒng)運(yùn)行流程
4 結(jié)束語
通過以上對(duì)水源熱泵與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用及其聯(lián)合后的分析，我們可以看出采用水源熱泵與冰蓄冷結(jié)合不僅在一定程度上解決了污染問題，而且還為平衡電網(wǎng)負(fù)荷做出了貢獻(xiàn)。此外這兩項(xiàng)技術(shù)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,復(fù)合式系統(tǒng)運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)的，并且具有明顯的節(jié)能潛力。相信只要揚(yáng)長避短、優(yōu)化設(shè)計(jì),水源熱泵與冰蓄冰空調(diào)聯(lián)合構(gòu)建的復(fù)合式新型能源系統(tǒng)將具有廣闊的發(fā)展前景。
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9
文獻(xiàn)翻譯
題 目采用冰盤管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
學(xué) 號(hào)
院 （系）
指導(dǎo)教師(職稱)
完成時(shí)間
地源熱泵空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)
地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用分析
Stuart J. Self *, Bale V. Reddy, Marc A. Rosen
Faculty of Engineering and Applied Science, University of Ontario Institute of Technology, 2000 Simcoe Street North, Oshawa, Ontario, Canada L1H 7K4
摘要 對(duì)于一個(gè)學(xué)校的循環(huán)地源熱泵系統(tǒng)，我們對(duì)它使用了四種不同的熱泵和換熱管系統(tǒng)，得到了一份詳細(xì)的能源消耗分析。對(duì)于每一個(gè)區(qū)域，我們采用一個(gè)單獨(dú)的循環(huán)系統(tǒng)，包含單獨(dú)的循環(huán)回路熱泵，以及三種重要系統(tǒng)（流速不斷變化的熱泵，流速恒定的熱泵和二級(jí)熱泵回路）都考慮在內(nèi)。單獨(dú)的循環(huán)系統(tǒng)能耗是13100kwh每年，變流速循環(huán)熱泵每年消耗18800kwh，恒定流速熱泵系統(tǒng)每年消耗108600kwh，兩級(jí)熱泵每年消耗65500kwh。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，建立回路，控制熱泵，分析數(shù)據(jù)，繪制表格。
關(guān)鍵詞 熱力 地?zé)崮? 熱泵 蓄能 效率 經(jīng)濟(jì)
引言
地源熱泵系統(tǒng)包含四種不同子系統(tǒng)：（1）地源熱交換系統(tǒng)（2）地面的熱泵系統(tǒng)和房間內(nèi)的循環(huán)管路用來連接熱交換器和熱泵系統(tǒng)（3）水循環(huán)熱泵系統(tǒng)（4）空氣處理系統(tǒng)。設(shè)計(jì)者往往花費(fèi)大量的能源和資源給地源熱交換系統(tǒng)，因?yàn)榈卦礋峤粨Q系統(tǒng)是一個(gè)新穎的熱交換組合對(duì)于大多數(shù)的暖通設(shè)計(jì)工程師。不幸的是，從而忽略了對(duì)其他三個(gè)組成部分的關(guān)注。很多傳統(tǒng)的熱交換系統(tǒng)其實(shí)可以全面地代替這種高效的冷熱交換。當(dāng)土壤中回路被準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)和安裝，高效的水源熱泵按指定的條件，地源熱泵系統(tǒng)確實(shí)是高效的。然而這種高要求和熱泵的能源使用可以導(dǎo)致設(shè)備體積過大，對(duì)管材的要求高，特別是系統(tǒng)設(shè)備的準(zhǔn)確控制都要引起我們的關(guān)注。
對(duì)于商業(yè)建筑和公共建筑地源熱泵管道回路的設(shè)計(jì)程序主要取決于建筑訂約人通過術(shù)要求和暖通技術(shù)工程師。在二十世紀(jì)七十年代，地源熱泵系統(tǒng)在居民住宅的空氣調(diào)節(jié)中有了很大的發(fā)展。在一些地區(qū)，這種發(fā)展慢慢進(jìn)入一些商業(yè)建筑，這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往都是沒有專業(yè)的設(shè)計(jì)師，管道網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)趨向于復(fù)雜的有分功率和濕轉(zhuǎn)子泵的單獨(dú)回路，僅僅通過壓縮機(jī)的傳遞來關(guān)閉水泵系統(tǒng)。在一些情況下，幾個(gè)熱泵裝置通過一個(gè)簡單的泵或者復(fù)雜的循環(huán)器連接在簡單回路。如果一個(gè)單獨(dú)的水泵在工作，它會(huì)被要求頻繁地持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；如果一個(gè)循環(huán)器在工作，一般它會(huì)隨著壓縮機(jī)一起工作。然而，安裝一個(gè)檢查閥門在每個(gè)裝置的出口是非常重要的，用來防止其他裝置的回流當(dāng)機(jī)組停止工作時(shí)。
第二個(gè)地源熱泵設(shè)計(jì)技術(shù)的關(guān)鍵來自于暖通設(shè)計(jì)師協(xié)會(huì)，建立了良好的冷卻水系統(tǒng)和水循環(huán)熱泵空調(diào)機(jī)組。關(guān)鍵的空調(diào)機(jī)組通常安裝在一個(gè)特定的人工機(jī)房，建筑內(nèi)部的管道回路（通常用碳鋼材料的管道）連接著地面管道回路集管。兩級(jí)熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)非常普遍，建筑內(nèi)循環(huán)泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，地面循環(huán)泵只有在管道回路中的溫度低于或者超過設(shè)定的溫度才會(huì)工作。在一些情況下，一個(gè)循環(huán)泵同時(shí)控制著房間內(nèi)和地面的循環(huán)回路，它不停地運(yùn)轉(zhuǎn)或者就周期性運(yùn)轉(zhuǎn)在機(jī)組停止工作時(shí)。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，變流量中央空調(diào)機(jī)組正在應(yīng)用于地源熱泵中央空調(diào)管道網(wǎng)絡(luò)中，這種新的應(yīng)用要求在每個(gè)裝置安裝一個(gè)雙向閥來獲得節(jié)能效益。
熱泵系統(tǒng)
熱泵系統(tǒng)以電為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，來保持工質(zhì)必要的濃度同時(shí)傳遞熱能。基本的熱泵系統(tǒng)用于運(yùn)行蒸汽壓縮制冷循環(huán)。熱泵內(nèi)的工質(zhì)通常是使用制冷劑，制冷劑的選擇由地源熱泵的整體特點(diǎn)和要求所決定。地源熱泵系統(tǒng)通過控制工質(zhì)的壓縮和膨脹來改變其壓力和溫度，從而實(shí)現(xiàn)熱量在地源和供熱空間之間的傳遞。熱泵主要包括五個(gè)組件(圖1) ：壓縮機(jī)、膨脹閥、換向閥、兩個(gè)熱交換器。當(dāng)然還有很多小型的組件和配件，例如：風(fēng)機(jī)、管道和輔助控制系統(tǒng)。
圖1 地源熱泵系統(tǒng)及減溫器基本布局
地源熱泵的加熱流程如下：
l 從地源吸收熱能并輸送到蒸發(fā)器。
l 熱泵機(jī)組內(nèi)制冷劑占主導(dǎo)地位的工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器，熱量從接地系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到工質(zhì)中從而引起制冷劑升溫沸騰成為壓力較低的蒸汽；溫度略有增加。
l 蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入電動(dòng)壓縮機(jī)，壓縮之后成為高溫高壓蒸汽。
l 高溫蒸汽進(jìn)入冷凝器。此時(shí)制冷劑高于外部空間，從而促使熱量熱量從制冷劑傳遞到建筑空間中。制冷劑降溫凝結(jié)，成為高溫高壓液體。
l 熱液體通過膨脹閥，壓力降低從而使溫度下降。制冷劑再次進(jìn)入蒸發(fā)器，開始下一個(gè)循環(huán)
包括制冷系統(tǒng)在內(nèi)的許多系統(tǒng)是要把特定空間中的熱量轉(zhuǎn)移釋放到土地中去。在制冷模式下，四通閥作用于流體，使工質(zhì)在循環(huán)中按照相反的方向流動(dòng)。換熱器的功能反轉(zhuǎn)，與地源相連的熱交換器成為冷凝器，建筑空間中的熱交換器成為蒸發(fā)器[8,12]。
有一些系統(tǒng)，包括減溫器(圖1)，作為輔助換熱器將熱量傳遞到一個(gè)熱水箱。減溫器安裝在壓縮機(jī)出口處，將壓縮氣體所產(chǎn)生的熱量通過熱水箱傳遞到水循環(huán)中，這樣一來能夠降低甚至消除加熱水所需的熱量。
能源利用效率優(yōu)劣的評(píng)價(jià)，一般是用系統(tǒng)產(chǎn)出的能量比上運(yùn)行系統(tǒng)所消耗的能量。熱泵所能產(chǎn)出的熱量多于輸入熱泵的能量，也就是說，按照能效比的定義，熱泵的能效比是大于100%的。為了避免這種尷尬，定義系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的制冷或制熱量與輸入功率的比值為用長期性能系數(shù)(COP)，以此評(píng)價(jià)熱泵性能。
熱量輸送系統(tǒng)
熱泵系統(tǒng)的供熱系統(tǒng)將熱量由熱泵輸送到整個(gè)空間。輸送系統(tǒng)主要有兩種：水--空氣傳熱與水—液體傳熱。水—空氣傳熱系統(tǒng)將能量有地源轉(zhuǎn)移到空氣，由空氣作為向空間傳熱的傳輸介質(zhì)，水—液體供熱系統(tǒng)是由水和另外一種作為介質(zhì)的液體進(jìn)行換熱。
在北美，最常見的地源熱泵系統(tǒng)是水—空氣換熱的，熱泵的冷凝器加熱空氣線圈，熱空氣從其中通過。熱空氣通過空調(diào)管道和通風(fēng)口進(jìn)入建筑。
水—液體加熱系統(tǒng)俗稱液體循環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，能量由接地線圈從地源吸收，接著被熱泵加熱并傳遞至水中，由水作為介質(zhì)傳遞至建筑中。系統(tǒng)中的水通過地源熱泵系統(tǒng)冷凝器吸取熱量。之后水由泵驅(qū)動(dòng)環(huán)繞建筑轉(zhuǎn)動(dòng)，將熱量由地面輻射供熱、散熱器或局部空氣線圈等供熱方式方式傳遞至空間中。這種系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的強(qiáng)制對(duì)流系統(tǒng)需要較低的溫度。室內(nèi)溫度最高的空氣在加熱爐中被強(qiáng)迫向天花板上升，形成一個(gè)涼爽舒適的居住空間。為了能使生活空間更加接近于期望的溫度，進(jìn)入空間氣體的溫度必須高于空間本身溫度。地板輻射供熱的空間溫度由地板到天花板都會(huì)很均勻，提供舒適的生活溫度需要的能量更低。
也有混合的動(dòng)力系統(tǒng)，它結(jié)合了兩種系統(tǒng)的供熱方法，能夠更加有效靈活的控制空間溫度。
影響地埋管的關(guān)鍵因素
地面循環(huán)回路以及和它相關(guān)的組件和其他典型的暖通熱交換器都有著明顯不同的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)決定了管道內(nèi)流速的選擇，允許的水頭損失和管道的材料，這些特點(diǎn)包括如下：
地面本身可以最大防止熱量的流動(dòng)；因此，高性能的熱傳導(dǎo)管道材料，管道接觸面的增大，管內(nèi)流體的高速流動(dòng)對(duì)于熱傳導(dǎo)意義不大。
因?yàn)楣軆?nèi)流體的流動(dòng)一定會(huì)經(jīng)過建筑內(nèi)和地面的循環(huán)管道，因此地面管道要有非常有效的防銹解決方案，而且這種管道材料不需要用有毒抑制劑。
按照設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，流體的高速流動(dòng)對(duì)于好的地面循環(huán)換熱回路是沒有必要的，流速的降低也可以顯著減小流體流經(jīng)地面管道的水頭損失。
因?yàn)楣艿纼?nèi)流體的高速流動(dòng)對(duì)于換熱性好的地面管道回路沒有必要，因此適度的流量失衡對(duì)于整個(gè)熱交換的作用也就比較小。
高效的以及換熱面積大的水-空氣熱泵機(jī)組不需要精確的流速控制去追求最大的效率，33%的流速變化也只會(huì)讓管道的換熱能力減小2%左右。
因?yàn)楦咝У囊约案吡鞒痰臒岜脵C(jī)組的流體管道體積要比一般的熱泵機(jī)組流體管道大，水頭損失相比較而言也就小。
考慮到水頭損失在地面管道和熱泵機(jī)組中比較小，因此集管的長度，控制閥門損失，以及擬合的限制對(duì)于水頭的損失都有重要的影響。
推薦材料的花費(fèi)相比較勞動(dòng)的代價(jià)要小，因此減小摩擦損失對(duì)于減小水泵揚(yáng)程是一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)合理的辦法。
抗腐蝕以及管道網(wǎng)絡(luò)的最小化對(duì)于系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和正常性具有關(guān)鍵的作用。
案例—學(xué)校的熱泵機(jī)組和管道系統(tǒng)選擇
對(duì)于地源熱泵系統(tǒng)，在美國商業(yè)或者公共建筑應(yīng)用最普遍的就是學(xué)校，有這樣的案例：對(duì)于一個(gè)6700㎡的學(xué)校，四種不同的管道和熱泵機(jī)組在這里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。要考慮的是每個(gè)分散的熱泵機(jī)組系統(tǒng)都有單獨(dú)的回路和循環(huán)泵，一個(gè)中央循環(huán)熱泵機(jī)組用變流量系循環(huán)統(tǒng)，一個(gè)用恒定流量循環(huán)系統(tǒng)，一個(gè)用兩級(jí)循環(huán)系統(tǒng)。表格數(shù)據(jù)顯示建筑的內(nèi)部情況，熱泵機(jī)組的位置，以及200個(gè)分散回路的垂直管孔的位置，每個(gè)垂直管孔都是六十米深。圖表2是一個(gè)教室空調(diào)系統(tǒng)的垂直分布圖，這是一個(gè)功率是10.5kw擁有三個(gè)并排的熱交換管路。
四個(gè)系統(tǒng)都在相同的位置安置熱泵機(jī)組，但是地埋管道都是放置在離建筑物一定距離的矩形區(qū)域內(nèi)。地埋管孔的數(shù)量隨著建筑物的冷熱負(fù)荷的變化而變，因?yàn)榈芈窆軗Q熱器的規(guī)格由建筑物的冷熱符合決定。比如，這個(gè)學(xué)校的冷熱負(fù)荷的調(diào)整系數(shù)在85%，在復(fù)雜的地埋管系統(tǒng)中孔的數(shù)量應(yīng)該是170個(gè)要比200個(gè)合適。
使用變流量的中央空調(diào)系統(tǒng)可以把所要求的流量傳遞到整個(gè)建筑和地面的循環(huán)管道回路中。因?yàn)榱黧w的流動(dòng)取決于進(jìn)出口的壓力差，壓力泵的轉(zhuǎn)速不斷地調(diào)整來維持一個(gè)持續(xù)的不同壓力進(jìn)而改變流量滿足建筑的冷熱需求再回到循環(huán)集管，這樣可以確保持續(xù)流體通過熱泵機(jī)組。當(dāng)一個(gè)機(jī)組周期性的關(guān)閉，雙向閥門也就關(guān)閉。隨著關(guān)閉的閥門的數(shù)量不斷增加，集管的壓力差不斷變化，由于流量減小，壓力損失也隨之不斷減小。當(dāng)壓力損失一發(fā)生變化，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)到達(dá)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)而降低壓力泵的轉(zhuǎn)速。這樣的好處就是可以減小對(duì)于電能的需求，從而達(dá)到節(jié)能的效果。
第三種系統(tǒng)就是持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的恒流量中央空調(diào)熱泵系統(tǒng)，第四種系統(tǒng)就是兩級(jí)熱泵控制系統(tǒng)，一級(jí)熱泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)滿足建筑內(nèi)管道流體的循環(huán)流動(dòng)，而只有當(dāng)回路中流體溫度高于設(shè)置的最高溫度或者低于設(shè)置的最低溫度時(shí)，二級(jí)熱泵才開始工作。
變流量系統(tǒng)
相比較其他系統(tǒng)，對(duì)變流量中央空調(diào)熱泵系統(tǒng)的分析就更加復(fù)雜。然而，建筑很大一部分時(shí)間都處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)中，冷熱負(fù)荷比較小，一個(gè)星期大概有50 個(gè)小時(shí)左右系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)對(duì)于機(jī)組設(shè)備的性能特點(diǎn)的分析就非常重要。圖表3是中央循環(huán)管道的系統(tǒng)布局，變流量系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)，恒流量系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)，兩級(jí)熱泵系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)都在圖中有詳細(xì)的展示。在這幾個(gè)系統(tǒng)中，建筑內(nèi)和地面管道循環(huán)系統(tǒng)所用的管道都是一樣的。圖表5是變流量系統(tǒng)中最長管的揚(yáng)程損失，想比較其他系統(tǒng)它的損失是最大的，因?yàn)楸仨毧朔艿浇ㄖ锖偷孛鎿Q熱區(qū)域管道的摩擦。
圖表4標(biāo)明了中央管道系統(tǒng)中系統(tǒng)和水泵的關(guān)系曲線。圖表上繪制了理論系統(tǒng)性能曲線，這個(gè)曲線假設(shè)沒有閥門關(guān)閉，也沒有最小壓差要求。但是實(shí)際上，變流量系統(tǒng)運(yùn)行的原理是：流體流量不斷地改變通過關(guān)閉沒有運(yùn)轉(zhuǎn)工作的熱泵機(jī)組的雙向閥門。另外，最小壓差可確保流體通過建筑物滿足冷熱需求在回到集水管，進(jìn)而確保每個(gè)機(jī)組裝置都有充足的流量。但是假設(shè)理論系統(tǒng)壓泵可以提供的水頭壓力是流體通過建筑物回到集水管，理論性能曲線和實(shí)際性能曲線就非常相似。
在圖表4中，水泵的生產(chǎn)商提供了水泵轉(zhuǎn)速在1150rpm和750rpm時(shí)的性能曲線，效率相同的點(diǎn)（50%，60%，70%，80%,83%)連接成線且在這兩條性能曲線之間，這樣就可以方便地計(jì)算出在這兩條性能曲線之間任意工作效率點(diǎn)所需要的輸入的能量。比如，當(dāng)流體流量在32L/S時(shí)，查表可以知道它所需要的水頭高度是18米，在這個(gè)點(diǎn)水泵的效率是82%。水泵所需要的輸入的能量可以從何下面的算式中計(jì)算出來：
為了確定系統(tǒng)的電能消耗以及水速和水泵電能需求的關(guān)系，我們要用到天氣數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)。對(duì)于變流量系統(tǒng)水泵，傳動(dòng)效率和電機(jī)效率影響著電能的需求。
然而，結(jié)合著水泵的傳動(dòng)效率和電機(jī)效率對(duì)于計(jì)算小流量的能耗并不是非常有效的。圖表4中陰影區(qū)域是水泵的低效率區(qū)域，這一不確定的區(qū)域就是水泵在建筑內(nèi)換熱設(shè)備沒有使用時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率區(qū)域。而且當(dāng)電機(jī)的扭矩低于滿負(fù)荷時(shí)扭矩的25%時(shí)，電機(jī)和系統(tǒng)的效率將明顯降低。例如，當(dāng)一個(gè)875轉(zhuǎn)的水泵性能曲線和實(shí)際性能曲線相交時(shí)，我們就可以發(fā)現(xiàn)變流量系統(tǒng)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)。當(dāng)水頭高度是7.5米，水流量是8lps時(shí)，水泵的效率大約是50%，則壓泵所需的能耗是1.17kw。在這樣的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)效率就接近57%。當(dāng)流速是滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)流速的21%，工作時(shí)負(fù)荷是滿負(fù)荷的16%時(shí)，能耗是2.05kw。不斷地重復(fù)這個(gè)過程，分別算出流速是系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)流速的50%，75%，100%時(shí)，所需要的能耗。用這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，此系統(tǒng)的相關(guān)性如下：
因?yàn)榻ㄖ锏睦錈嶝?fù)荷和所需要水流的流速之間的存在直接關(guān)系，且這種關(guān)系是直接利用的，因此，等式3的關(guān)系式就允許水泵所需的能耗來估計(jì)建筑內(nèi)的冷熱負(fù)荷。
輔助冷卻組件
由于壓縮機(jī)和泵都不是100%的效率，它們運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量直接被釋放浪費(fèi)掉。壓縮機(jī)和泵產(chǎn)生的廢熱可用于預(yù)熱循環(huán)泵中的制冷劑。將制冷劑通入一個(gè)密封的外殼，覆蓋于泵和壓縮機(jī)外面，由它們的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)將熱量傳遞出去。預(yù)熱能夠提高組件性能，提高整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的COP，以及降低接地回路換熱器的熱負(fù)荷。
地面霜凍循環(huán)
在多年凍土地區(qū)地源熱泵的使用也逐步開始。建筑地基傳熱可能使永久凍土層融化并危及結(jié)構(gòu)的完整性。通過安裝一個(gè)緊鄰地基的地面循環(huán)，凍土融化的現(xiàn)象可能降低甚至消失。從地基散發(fā)的熱量被循環(huán)系統(tǒng)抽取，以確保建筑不會(huì)大幅度影響當(dāng)?shù)氐乇頊囟?。抽取的熱量用于補(bǔ)充建筑所需的熱量，通常占建筑所需總熱量的20—50%。該系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)使地面凍結(jié)的時(shí)間超過自然周期內(nèi)凍結(jié)的時(shí)間，不應(yīng)當(dāng)擾亂當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。熱交換回路應(yīng)當(dāng)時(shí)安全可靠的，以防出現(xiàn)故障影響到建筑的穩(wěn)定性。
分析
1.關(guān)于變流量系統(tǒng)是能耗最低的系統(tǒng)的假設(shè)并不是都成立的。
2.對(duì)于一個(gè)一周要工作40個(gè)小時(shí)的居住條件，由于系統(tǒng)的效率，很大一部分能量消耗在變流量系統(tǒng)流速的改變且系統(tǒng)機(jī)組無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下。
3.對(duì)于地源熱泵的幾種不同系統(tǒng)，系統(tǒng)能耗的降低取決于水流揚(yáng)程的降低，因?yàn)楫?dāng)無冷熱負(fù)荷時(shí)，水泵很大一部分時(shí)間都是停止工作的。
4.盡管小循環(huán)熱泵的電機(jī)效率要比大型的中央空調(diào)熱泵效率低，但是對(duì)于地源熱泵的各種分散系統(tǒng)而言低能耗依然有可能實(shí)現(xiàn)。
5.恒速水泵在不斷地工作運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗大量的電能。
6.大型水泵能耗的變化很大程度上就是我們通?？梢允褂玫哪芎姆秶?。
建議
1.在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，我們要考慮能耗的最小化，因此在設(shè)計(jì)時(shí)我們要考慮讓變流量系統(tǒng)的水泵停止工作當(dāng)機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)。
2.為了滿足變流量系統(tǒng)水泵在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的工作要求，大量設(shè)計(jì)工作需要去做。
3.我們應(yīng)當(dāng)不斷地去追求循環(huán)水泵和電機(jī)的效率。
4.對(duì)于一個(gè)每周要工作5天，每天要工作8-10小時(shí)的空調(diào)系統(tǒng)，如果我采用恒流量中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)會(huì)非常的不合理和高能耗。
5.我們也要考慮水泵的揚(yáng)程以及地面的循環(huán)管道損失。
6.我們也要考慮水泵尺寸過大的影響。
7.如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相似，我們就要考慮在其他的建筑形式以及不同環(huán)境條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。進(jìn)而得到所需數(shù)據(jù)分析。
結(jié)論
地源熱泵是一種高效的供熱技術(shù)，能夠減少二氧化碳的排放量，潛在的避免了化石燃料的燃燒而且具備一定的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。對(duì)于加熱特定的建筑空間，相對(duì)于其它供熱方式，地源熱泵系統(tǒng)顯著的減少了能源的使用。隨著環(huán)境的變化，地源熱泵系統(tǒng)可以進(jìn)行許多變化，而且在世界大部分地區(qū)適合使用地源熱泵。在選擇供熱模式時(shí)，考慮地源熱泵系統(tǒng)是非常重要的，如效率、排放量、經(jīng)濟(jì)性等方面。
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