直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)研究

【摘要】：采暖是北方居民冬季生活的基本需求,是占全國終端能耗近30%的建筑能耗中最大的能耗大戶。目前的采暖方式主要包括空調(diào)制熱、散熱片自然對(duì)流采暖及地板輻射采暖(地暖),其中地暖被認(rèn)為是熱舒適性和能效最高的。近幾年地暖在北方甚至在長江中下游等地迅速興起,未來的建筑采暖方式中,據(jù)分析60%以上會(huì)采用地暖的方式。地暖系統(tǒng)具有舒適性高、節(jié)能和衛(wèi)生條件好等優(yōu)點(diǎn),但常規(guī)的低溫?zé)崴嘏到y(tǒng)在提高熱源效率、保護(hù)環(huán)境、降低輸配系統(tǒng)能耗以及降低中間能量轉(zhuǎn)換損失等方面還需要進(jìn)一步提高。新型地板輻射采暖系統(tǒng)一直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)(Direct condensing air source heat pump floor heating system, DCHP air)直接把制冷劑導(dǎo)入地板盤管中,代替常規(guī)熱泵系統(tǒng)的冷凝器,減少了中間能量傳遞環(huán)節(jié)和傳熱熱阻,大大降低了系統(tǒng)的能耗,有關(guān)研究剛開展不久。本論文圍繞直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)的基本理論與性能開展理論與實(shí)驗(yàn)研究,期待為直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。第一章對(duì)直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)研究意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和綜述,明確了研究目的和內(nèi)容。第二章對(duì)直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)工作原理和基礎(chǔ)問題進(jìn)行分析。直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)的散熱部件埋入地下,與常規(guī)采暖系統(tǒng)的散熱器直接向空氣散熱,其傳熱的方式與條件發(fā)生了變化。同時(shí),與水暖式地暖相比,管內(nèi)媒體為制冷劑而不是水。本文為明確其對(duì)系統(tǒng)性能的影響,進(jìn)行了直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)與風(fēng)冷系統(tǒng)和水暖系統(tǒng)的傳熱性能比較分析。地下埋管是直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)極為特殊也是極為重要的部分。本文從物理性能、傳熱性能、加工性、承壓能力、經(jīng)濟(jì)性及耐腐蝕能力六個(gè)方面出發(fā),分析直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)地埋管的工作條件及要求,確定選取不銹鋼管作為直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)的盤管管材。第三章利用ANSYS數(shù)值模擬軟件,對(duì)直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)中的熱能傳遞和地板結(jié)構(gòu)層的傳熱影響因素進(jìn)行了分析,得出不同冷凝溫度、地表層材料、填充層厚度及管間距對(duì)應(yīng)的地表溫度及熱流密度值,并繪制成表格,為實(shí)際工程建造提供參考。第四章進(jìn)行直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),研制出系統(tǒng)樣機(jī),并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。第五章則對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析整理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要從能效與舒適性參數(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行了整理。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)當(dāng)室外溫度為0℃,濕度為50%時(shí),直凝式地暖機(jī)組小時(shí)能效比達(dá)到2.72以上,當(dāng)室外溫度上升至5℃,機(jī)組小時(shí)能效比提高到3.41以上,大大高于其他采暖形式；直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)采暖熱舒適性好,。尤其是在間歇運(yùn)行的情況下,其室溫、地表溫度波動(dòng)小,滿足規(guī)范GB50736—2012標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)供暖要求。最后對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)本文的研究不足和今后的進(jìn)一步研究提出了看法。 【關(guān)鍵詞】：直凝式空氣源熱泵(DCHP air) 地暖 能效 管材 數(shù)值模擬 熱舒適性
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU832
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第一章 緒論15-24
• 1.1 研究的意義15-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及綜述17-23
• 1.2.1 國外的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.2 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀19-23
• 1.3 課題來源23
• 1.4 主要研究的內(nèi)容23-24
• 第二章 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)的基礎(chǔ)問題研究24-40
• 2.1 地板輻射采暖系統(tǒng)分類24
• 2.2 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)工作原理24-25
• 2.3 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)地埋管傳熱特性研究25-29
• 2.3.1 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)地埋管換熱系數(shù)25-28
• 2.3.2 低溫?zé)崴嘏到y(tǒng)地埋管管內(nèi)換熱系數(shù)28-29
• 2.3.3 風(fēng)冷散熱器換熱系數(shù)29
• 2.4 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)地下埋管的材料特性研究29-38
• 2.4.1 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)管材的物理性能30-32
• 2.4.2 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)管材的傳熱性能32-33
• 2.4.3 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)管材的承壓能力33-34
• 2.4.4 直凝式空氣能熱泵地暖系統(tǒng)管材的經(jīng)濟(jì)性34-35
• 2.4.5 直凝式空氣能熱泵地暖系統(tǒng)管材的加工性35
• 2.4.6 直凝式空氣能熱泵地暖系統(tǒng)管材的耐腐蝕性35-38
• 2.5 本章小結(jié)38-40
• 第三章 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層傳熱數(shù)值模擬研究40-57
• 3.1 結(jié)構(gòu)層物理模型40-42
• 3.2 計(jì)算模型的建立42-43
• 3.2.1 幾點(diǎn)假設(shè)42
• 3.2.2 最小傳熱單元及微分方程42-43
• 3.3 邊界條件43-45
• 3.3.1 管壁面邊界43
• 3.3.2 左右邊界43
• 3.3.3 地板上表面邊界43-44
• 3.3.4 地板下表面邊界44-45
• 3.4 數(shù)值模擬方法45
• 3.5 結(jié)構(gòu)層溫度分布模擬45-46
• 3.5.1 地板結(jié)構(gòu)層內(nèi)部溫度的分布45-46
• 3.5.2 地板表面溫度的分布46
• 3.6 地板表面溫度的影響因素46-50
• 3.6.1 冷凝溫度對(duì)地板表面溫度的影響46-47
• 3.6.2 管間距對(duì)地板表面溫度的影響47-48
• 3.6.3 填充層厚度對(duì)地板表面溫度的影響48-49
• 3.6.4 地表層材料對(duì)地板表面溫度的影響49-50
• 3.7 地板表面熱流密度的影響因素50-55
• 3.7.1 管間距及地表材料對(duì)地表熱流密度的影響50-52
• 3.7.2 冷凝溫度和填充層厚度對(duì)地板表面熱流密度的影響52-55
• 3.8 本章小結(jié)55-57
• 第四章 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究57-68
• 4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>57
• 4.2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地57
• 4.3 實(shí)驗(yàn)房室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)57-58
• 4.4 實(shí)驗(yàn)裝置58-62
• 4.4.1 地暖管道的敷設(shè)研究58
• 4.4.2 結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)研究58-59
• 4.4.3 實(shí)驗(yàn)房的設(shè)計(jì)研究59-60
• 4.4.4 實(shí)驗(yàn)房熱負(fù)荷計(jì)算60-61
• 4.4.5 系統(tǒng)主機(jī)的選擇61-62
• 4.4.6 其他部件的選擇62
• 4.5 實(shí)驗(yàn)儀器62-63
• 4.6 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建63-65
• 4.7 實(shí)驗(yàn)步驟65
• 4.8 數(shù)據(jù)的測(cè)試與記錄65-67
• 4.8.1 系統(tǒng)性能參數(shù)的測(cè)定65-66
• 4.8.2 熱舒適性參數(shù)的測(cè)定66-67
• 4.9 本章小結(jié)67-68
• 第五章 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析68-84
• 5.1 直凝式空氣源熱泵地暖系統(tǒng)能效分析68-71
• 5.1.1 系統(tǒng)制冷劑流量的計(jì)算69-70
• 5.1.2 不同采暖方式的熱力性能比較70-71
• 5.2 測(cè)試房溫度的分析71-74
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)房室內(nèi)垂直方向溫度的分布71-72
• 5.2.2 地板實(shí)測(cè)值與模擬值的比較72-73
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)房室內(nèi)溫度的分布73-74
• 5.3 系統(tǒng)的運(yùn)行模式74-75
• 5.4 熱舒適性的影響因素75
• 5.5 熱舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)75-82
• 5.5.1 地板表面溫度均勻性75-76
• 5.5.2 作用溫度與室內(nèi)平均輻射溫度76-78
• 5.5.3 輻射不對(duì)稱性78-79
• 5.5.4 PMV—PPD指標(biāo)的計(jì)算79-82
• 5.6 本章小結(jié)82-84
• 結(jié)論與展望84-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文90-92
• 致謝92

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