發(fā)布時間：2020-07-30 16:43

【摘要】：熱源塔熱泵因結(jié)合了空氣源熱泵和水源熱泵的優(yōu)點而受到了越來越多研究者的關(guān)注,其主要是在空氣源熱泵的蒸發(fā)器與空氣之間添加了一層載熱介質(zhì)(防凍液),這使得熱源塔熱泵可以有效地防止空氣源熱泵中的結(jié)霜問題。本文對低溫工況下開式橫流熱源塔的傳熱傳質(zhì)特性進(jìn)行了研究,建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)計算模型,數(shù)值計算分析了熱源塔內(nèi)空氣、溶液的溫度、含濕量分布情況,研究了空氣和溶液參數(shù)對熱源塔換熱性能、最佳液氣比的影響。此外,試驗研究了易揮發(fā)型溶液作為防凍液的熱源塔傳熱傳質(zhì)性能,并比較分析了溶質(zhì)易揮發(fā)型與不揮發(fā)型防凍液對熱源塔傳熱的影響。為了解決熱源塔熱泵中的溶液濃度下降問題,提出了一種無額外能耗的冬季存儲、夏季運行再生的方式,以南京地區(qū)為例進(jìn)行了模擬計算并對其可行性進(jìn)行了分析。為了解決地源熱泵應(yīng)用瓶頸問題——土壤熱平衡,提出了一種新的、高效補熱方法,利用熱源塔在夏季吸收空氣中的熱量給土壤儲熱以達(dá)到地源熱泵全年儲熱、取熱平衡,并以嚴(yán)寒地區(qū)長春為例進(jìn)行了模擬計算,對其可行性進(jìn)行了分析。通過對上述幾個方面內(nèi)容的研究,得到如下一些結(jié)論:(1)當(dāng)進(jìn)口氣液溫差較低且含濕量差較大時,塔內(nèi)部分區(qū)域會出現(xiàn)溶液溫度高于空氣溫度的情況,即顯熱的傳遞方向是從溶液傳遞到空氣,這對于熱源塔吸收空氣中的熱量是不利的。此外,溶液質(zhì)量濃度的變化對熱源塔最佳液氣比的影響較大,溶液質(zhì)量濃度從0.15增加到0.40的過程中,其最佳液氣比的值從0.320上升到0.403,增幅約25.9%;與之相反的是,改變空氣相對濕度,對熱源塔的最佳液氣比影響很小。(2)當(dāng)使用溶質(zhì)揮發(fā)型溶液作為防凍液時,熱源塔從空氣中吸收的熱量會隨著環(huán)境溫度的降低而緩慢上升。其中,隨著環(huán)境溫度的降低,由溶質(zhì)揮發(fā)而引起的潛熱吸熱阻力大為降低。通過比較溶質(zhì)揮發(fā)的相變潛熱量與水蒸氣冷凝的相變潛熱量,可以發(fā)現(xiàn)潛熱換熱量隨著環(huán)境溫度的降低而升高。而潛熱換熱量的增加降低了溶液與空氣之間的溫度梯度,從而降低了熱源塔的顯熱換熱量。與風(fēng)冷熱泵相比,熱源塔熱泵的制熱量隨著環(huán)境溫度的下降而減少的趨勢更為緩慢,與其他空氣源熱泵的蒸發(fā)器相比,熱源塔從空氣中吸收的顯熱量相對較少,而對低溫環(huán)境下(低于3℃)的潛熱吸收方面有著明顯的優(yōu)勢。(3)夏季溶液濃縮再生時,空氣、溶液的溫度、含濕量在塔內(nèi)大部分區(qū)域變化較小,而越接近空氣出口、溶液進(jìn)口(即右上角)位置時,其空氣、溶液的溫度、含濕量變化越大。在以南京為例的計算中,連續(xù)補充溶液與階段性更換溶液兩種運行模式對再生時間影響不大,根據(jù)冬季的稀溶液存儲量(17.69噸),并結(jié)合南京地區(qū)夏季冷負(fù)荷逐時變化,在夏季每天供冷10小時的前提下,采取連續(xù)補充溶液的方式,約8天可以完成所有冬季產(chǎn)生的稀溶液的濃縮再生工作。(4)夏季利用熱源塔給土壤儲熱時,計算對比長春地區(qū)最熱月的日均溫最高時間段以及日均含濕量最高時間段的累計儲熱量,發(fā)現(xiàn)含濕量的大小,對總儲熱量,尤其是潛熱量有著極為重要的影響�？刂泼扛芈窆芩髁繛�1kg/s,熱源塔液氣比為1:3時,熱源塔內(nèi)水流量增加會導(dǎo)致每根地埋管的平均儲熱量都有所減少,但減少量不大。以7月平均氣象參數(shù)為基礎(chǔ),熱源塔內(nèi)水流量為5kg/s時,約34天可以完成嚴(yán)寒地區(qū)1000平米建筑的儲熱,以達(dá)成地源熱泵全年的土壤熱平衡,其補熱的能效比為27.54。假設(shè)地源熱泵系統(tǒng)的制熱與制冷的能效比均為4.0,那么在使用熱源塔解決地源熱泵土壤熱平衡問題時的全年制熱能效比與全年總能效比分別為3.605和3.677。因此,為了保證全年土壤熱平衡,利用熱源塔給土壤反季節(jié)補熱是高效、低代價的。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK124
【圖文】：

圖 2.1 不同溫度下濕空氣與氯化鈣溶液含濕量Figure 2.1 Humidity ratio of air and calcium chloride solution.2.4 傳熱傳質(zhì)系數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)[39][51][52]，熱源塔內(nèi)溶液與空氣的換熱系數(shù)（hc）可以表示為cmajh (2.00.6RePr)/D1/21/3 （2.28）其中 Dj為填料間距，雷諾數(shù) Re 與普朗特數(shù) Pr 可由式（2.29~2.31）表示。 jmadadassolsolDLHmmLBm 1/2222222]()()()Re [（2.29）mamaa Pr （2.30）mapmamamaca （2.31）

-5 -10 0.1 1.1 25% 55% 1040 1054-5 -11.4 0.1 1.1 25% 55% 1420 1354-5 -10 0.15 1.1 25% 55% 1280 1257-5 -9.85 0.15 1.1 25% 55% 1250 1320-5 -10 0.2 1.1 25% 55% 1720 1755-5 -8 0.2 1.1 25% 55% 1150 11510 -3.4 0.1 1.1 25% 55% 820 8350 -4.2 0.1 1.1 25% 55% 920 9810 -7 0.1 1.1 25% 55% 1210 12710 -9.7 0.1 1.1 25% 55% 1750 16740 -10.6 0.1 1.1 25% 55% 2100 23390 -4.4 0.15 1.1 25% 55% 1020 10390 -5.9 0.15 1.1 25% 55% 1150 1060

26(c) (d)圖 3.1 熱源塔內(nèi)空氣和溶液的溫濕度比變化趨勢Figure 3.1 The temperature and humidity ratio change trend of air and solution in heatsource tower.圖 3.2 給出了熱源塔內(nèi)溶液與空氣直接接觸時的空氣與溶液的溫度場。對于冬季熱源塔的使用，在理想的傳熱傳質(zhì)過程中，溶液的溫度與含濕量應(yīng)始終低于空氣的溫度與含濕量。這樣可以確保熱量總是由空氣中傳遞到溶液中。圖 3.2 所對應(yīng)工況的計算結(jié)果是一個較為理想的傳熱傳質(zhì)過程。由于是橫流熱源塔，所以空氣溫度在空氣進(jìn)口處最高，且等溫度線在空氣進(jìn)口截面上，而隨著空氣的運動其與溶液進(jìn)行熱質(zhì)交換，空氣的等溫度線逐漸傾斜并且變化為曲線，其溫度的最

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本文編號：2775811