【摘 要】
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随着人们对室内环境要求的不断提高,冬季建筑物供暖时消耗的热量日益增加,为了坚持人类可持续发展的战略,开发利用新能源用于室内环境供暖成为重要研究方向。传统水源热泵忽略了水源的潜热能量,主要利用水源的显热能量作为热源,水源的潜热能量巨大,如果加以利用,可以增加供暖系统的实用性,节约大量资源。本文提出了水源热泵低温相变热源供暖系统,研究了蒸发器换热时,通过控制热源进出口水流量,分析不同水流量下,热泵机组
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随着人们对室内环境要求的不断提高,冬季建筑物供暖时消耗的热量日益增加,为了坚持人类可持续发展的战略,开发利用新能源用于室内环境供暖成为重要研究方向。传统水源热泵忽略了水源的潜热能量,主要利用水源的显热能量作为热源,水源的潜热能量巨大,如果加以利用,可以增加供暖系统的实用性,节约大量资源。本文提出了水源热泵低温相变热源供暖系统,研究了蒸发器换热时,通过控制热源进出口水流量,分析不同水流量下,热泵机组蒸发器侧热源水相变及换热变化特点。研究方法采用实验研究与数值模拟相结合,具体内容如下:首先设计搭建实验台,通过实验研究蒸发器在不同进出口水流量条件下的供暖系统散热量、蒸发器内的换热情况及蒸发器中的结冰情况。实验结果证明:随着蒸发器进水流量的增大,水源出口温度逐渐降低,蒸发器内结冰量减少,但不同水流量的结冰趋势相同。在热泵机组运行期间,蒸发器内的水温基本保持不变,热泵机组可以持续稳定的进行供暖。在散热量方面,相同的时间内,500 L/h的工况下散热量最多,并且耗电量较少。当水不流动时,即水流量为0 L/h,水温随着热泵机组运行时间的增长而降低,可为机组提供的热能逐渐减少,无法满足长时间的供暖需求。其次,基于已搭建的实验台,建立三维非稳态水源热泵低温相变热源数值模型,利用凝固/熔化方程求解蒸发器内的相变结冰问题,对比实验数据和模拟仿真的结果,验证建立模型的正确性。基于该数值模型,对不同流量蒸发器内液相率分布和温度分布进行了研究,分析得出在蒸发器与水的交界面进行相变结冰,且方向由底部沿蒸发器向上,由边缘向中心蔓延。随着流量增大,换热效果增强,结冰速率跟融冰速率一致,从而保证冰层厚度基本保持不变,换热达到平衡,蒸发器出口水温保持恒定。换热工况的稳定对机组长时间平稳运行提供了保障。基于实验和数值模拟研究结果,对某一实际水源热泵供暖系统进行升级改装,增设低温相变水源热泵作为辅助热源,延长原系统供热时长,保证其供暖需求。然后,与常规辅助热源设置系统进行了技术和经济性比较。最后说明了该系统改造的可行性和可操作性。
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