地源热泵＋毛细管网空调系统的热力学分析

1、地源热泵毛细管网空调系统的热力学分析第24卷第3期2010年6月制冷与空调refrigerationandairconditioningv.01.24no.3jun.2010.104107文章编号:1671.6612(2010)0310404地源热泵+毛细管网空调系统的热力学分析张亮(山东建筑大学热能学院济南250101)【摘要】通过对地源热泵+毛细管网空调系统进行热力学分析,分别将地源热泵与毛细管网建立模型,结合实例,同时将地源热泵与空气源热泵,毛细管网与风机盘管作比较,既评价了地源热泵+毛细管网空调系统的能质利用和炯损失情况,又明确了其比传统空气源热泵+风机盘管空调的节能优势,从而进一步认

2、识到地源热泵+毛细管网空调系统的性能.【关键词】地源热泵;毛细管网;炯分析中图分类号tu83文献标识码agroundsourceheatpumpcapillarynetworkthermodynamicanalysisofair-conditioningsystemzhangliang(shandongjianzhuuniversity,jinan,250101)abstractinthispaper,groundsourceheatpumpcapillarynetworkthermodynamicanalysisofmr-conditioningsystems,respectively,gr

3、oundsourceheatpumpandcapillarynetworkshavebeenestablishedmodels,withexamples,whilegroundsourceheatpumpsandairsourceheatpumps,fancoilcapillarynetworkandtocomparebothevaluationofofthegroundsourceheatpumpcapillarynetworktotransfertheuseofair-conditioningsystemsandtheuseoflosses,butalsomadeclearitsa-sou

4、rceheatpumpthanthetraditionalfancoilairconditioningenergysavingadvantages,andthusabetterunderstandingofthegroundsourceheatpump+air-conditioningsystemperformancecapillarynetwork.keywordsgroundsourceheat;pumpthermodynamic;analysisofexergy0引言地源热泵毛细管网空调系统是一种环保节能和有利于可持续发展的空调形式,近年来,我国开始在空调工程中使用,与传统的空调系统相比

5、,毛细管网+地源热泵空调系统具有许多优点,诸如节能舒适等,为了进一步的了解地源热泵系统的性能,本文应用热力学第一定律和热力学第二定律的理论知识对其进行热力学分析.1地源热泵+毛细管网空调系统的工作原理在制冷工况时,冷却水通过循环水泵从地埋管抽出,经过三通阀a送至冷凝器,然后与工质进行热交换,然后再经过三通阀b流回地埋管,同时从蒸发器出来的冷冻水经过三通阀c给毛细管作者简介:张亮(1986一),男,在读硕士研究生.收稿日期:200912.09网末端空调供水,吸收室内热量后经过三通阀d回到蒸发器,完成一个循环.毛细管网末端空调空管换热嚣图1地源热泵+毛细管网空调系统的工作原理图第24卷第3期张亮:

6、地源热泵+毛细管网空调系统的热力学分析105在制热工况时,冷却水经三通阀a流经蒸发器,与工质热交换,然后经三通阀b流回地埋管,同时从冷凝器流出的空调供水经过三通阀c进入毛细管网供给室内热量后,经过三通阀d回到冷凝器,完成循环.2热力学分析2.1建立模型本文假设系统处于稳态稳流状态,流体输送过程中,能量损失和流动损失忽略不计.热力学第一定律分析常以性能系数cop为指标,cop:(1)w式中,q为制热量或制冷量,w;w为输入功率,w.将系统分为两部分:热泵机组和毛细管网空调末端,首先对地源热泵机组建立模型,运用热力学第一定律和热力学第二定律进行热力学分析.2.2热泵机组模型图2热泵机组模型图在制冷

7、工况时,由热力学第一定律得:q1=w+q2(2)式中,ql为室外换热量,w;q2为冷负荷,w;w为输入功率,w.由热力学第二定律,炯平衡式:w+eq2=eq1+l1(3)eql=(1-ito)×ql(4)上ieq2=(1一)×q2(5)j2炯效率r/=eq2(6)wt一2热泵在制热工况运行时,由热力学第一定律得:q2=w+q1(7)式中:q2为热负荷,w;q1为室外换热量,w;w为热泵机组的输入功率,w.由热力学第二定律得:w+eql=eq2+li(8)eql=(1一10,-xq1(9)eq2=f1一-)xq2(10)炯效率r/=eq2(11)节能比=1一面(ieqi-eq

8、21+w)(12)对于地源热泵,to=(t8+t7)/2:对于空气源热泵,to为室外温度().式中,w为热泵机组的输入功率,w;eq1为与冷却水热交换的热量炯,j;eq2为冷量炯(收益炯),j;l1为热泵机组的炯损失,j;t1为工质的蒸发温度,;t2为工质的冷凝温度,;t5为空调供水温度,;t6为空调回水温度,;t7为冷却水供水温度,;t8为冷却水回水温度,.2.3空调末端模型t图3空调末端模型图根据以下公式,可以得出空调供回水的质量流量m.q=cpm(t5一t6)(13)式中,q为室内冷热负荷,w;m为空调供水的质量流量,kg/s;t5为空调进水处的温度,;t6为空调出水处的温度,;l2为炯

9、损失,w.由热力学第二定律,对于开口的稳态稳流系统,由ex=(h-h0)一t(sn)=ce(一)一to(cln÷)(14)10式中:ex为工质焓炯,kj/kg;to为环境温度,;t为工质进出口温度,;cp为定压比热,?106?制冷与空调2010盆10/(kgk).由炯平衡式可得:w+m?ex5:eq+m?ex6+l2(15)ae=m(ex5一ex6)(16)炯效率=eq(17)节能比:1一±垂塑(19)(zxe+w)盘管式中,w为循环水泵的功率,w;m为空调供水的质量流量,kg/s;eq为收益炯,w;ex5为空调进水出单位质量的焓炯,j/kg;ex6为空调出水处单位质量的焓

10、炯,j/kg;l2为炯损失.3实例分析本文以某地建筑作为平台,建筑面积675.3m2,共三层,建筑总高度10.4m,夏季室外温度35”c,冷负荷29410.01w,冬季室外温度一7,热负荷为30211.45w,室内温度夏季为26”c,冬季为20c.下表为空气源热泵+风机盘管空调系统与地源热泵+毛细管网空调系统的主要参数.表1两系统主要参数比较表2地源热泵与空气源热泵的热力学分析结果表3毛细管网与风机盘管的热力学分析结果制冷毛细管网一风机盘管制热暑7055351717.84869974652154.548645626411002422725514l744927343.51l6o01370535.

11、8492%65i32%1.4037101990123377.87%1.8018l0l15o531.6588.62%64.70%1.40594031801610.866-37%由表2可以看出,地源热泵不仅炯损失小于空气源热泵,炯效率也远高于空气源热泵,特别是在制热工况时尤为突出,而且,节能效果也很明显,综合而言,地源热泵机组的性能优于空气源热泵.从表3中,可以看出,在达到相同的制冷和制热效果的情况下,毛细管网的炯效率均比风机盘管要高;空调供水的温度要求不高,可以充分利用低品质的能量,所以,毛细管网的节能性非常显着,第24卷第3期张亮:地源热泵+毛细管网空调系统的热力学分析?107?与传统的风机盘

12、管相比,节能性突出.5结论(1)通过进行热力学分析,帮助我们对于地源热泵+毛细管网空调系统性能的认识,进一步了解系统运行过程中能的转化,从而揭示了能量转化过程中的能质变化规律.(2)通过对地源热泵机组与空气源热泵机组以及毛细管网与风机盘管进行比较,运用热力学第一定律和热力学第二定律,不仅从能量的”量”的方面,而且从能量的”质”的方面,对能量转换和损失情况进行分析,全面了解了两种系统的性能.(3)由于毛细管网自身换热面积大,传热速度快,传热效率高,再加上冬季毛细管内通较低温度的热水向房间辐射热量;夏季毛细管内通温度较高的冷水,向房间辐射冷量,消耗的炯要比风机盘管少;毛细管网的空调供水温度要求低,

13、可以充分利用低品质的热量,所以与传统的风机盘管相比,炯效率高,节能性能明显.参考文献:【l】邱信立,廉乐明,李力能,等.工程热力学【m】.北京:中国建筑工业出版社,1985.【2】程祖英,罗明智地源热泵及其相关问题讨论j】.建筑热能通风空调,2005,24(6):30-32,39.3朱明善.能量系统的炯分析m】.北京:清华大学出版社,1988.【4】王子介.低温辐射供暖与辐射供冷m】.北京:机械工业出版社,2005.5】hdbaehr.zurdefinitionexergetischerwirkungsgradeeinesysteamtischeuntersuehungj.bwk,1968,(

14、5).(上接第97页)4结语节能减排是应对全球气候变化,能源紧缺的迫切需求.加强对高效节能,洁净煤,先进核能,可再生能源,碳捕集利用与封存等低碳,零碳技术的研发和产业化投入,减少温室气体的排放,减弱温室效应.通过国际交流合作,相互引进,吸收先进低碳技术和应对气候变化技术,减少对石化能源资源的需求与消费,合理有效调整能源消费结构,降低对石油,煤炭的需求比重;大力开发应用新能源和可再生能源,增加其在能源消费总量中的比重,提高世界各国应对气候变化的能力,使世界经济朝着更绿色,更可持续的方向发展.参考文献:1】钱伯章.节能减排:可持续发展的必由之路【m】.北京:科学出版社.2008.2】陶满庆,傅琳,

15、王黎.京都议定书与温室气体【j】.河北农业科学,2008,(4):168169.【3】时克轩.温室效应与温室气体【j_中国石化,2008,(2):41.4】全球温室气体排放严重超标【n】.联合早报网.2009.12.02.【5】我们未来的低碳经济n】.中国经营报(北京),2009一l0一l7.【6stephanedeiarueducan,lynnprice.sectoraltrendsinglobalenergyuseandgreenhousegasemissionsj】.energypolicy,2008,36(4):13861403.7】我国出台控制温室气体排放行动目标解读n】.新华网,2009一ll一27.8】肯尼斯.张,吴平译.科学家正在研究将温室气体转变为汽油j】.科技信息(科学教研),2008,(8):44.9】taiwenfen