毕业论文范文——模拟研究冷水机组减温器与冷却塔热水的可逆使用

模拟研究冷水机组减温器与冷却塔热水的可逆使用模拟研究冷水机组减温器与冷却塔热水的可逆使用模拟研究冷水机组减温器与冷却塔热水的可逆使用摘要在亚热带地区, 一个标准的水冷却塔可以可逆地使用，使用热水供热是减温器热回收系统的一部分，在寒冷季节当建筑冷负荷降低时，从空气中提取自由热。部分冷却水被泵入一个RUWCT，用来加热周围环境潮湿的空气。本文提出了一种仿真研究，一个已开发的完整的、稳态RUWCT减温器热回收系统这样的数学模型。基于一个实际的冷水机组的结果表明开发的模型是稳定的，正如预期的模拟。对模型开发、制冷系统的运行特性与减温器和RUWCT进行了研究。为了满足一定的热负荷的冷水被泵入RUWCT所需的速率。对该系统操作条件下的最大的加热能力进行了评价。模拟结果还表明，当建筑空间更高时，使用一个RUWCT比使用电加热备份规定在构建空间冷负荷低。关键词 仿真/水冷却器/减温器/冷却塔/热水供热1 介绍在这两种热带和亚热带地区，可以使用减温器，从中央冷水机组热回收用于建筑空调维修热水加热。然而，在亚热带地区，有可能是冷凝热，是由于减少建筑制冷的建筑物在冬季负荷恢复。为了提供全年无休 服务热水供应，备用水通常是由电力加热的，是必需的规定。鉴于亚热带在较冷的月份，周围空气温度通常在大约15度，一个标准的水冷却塔可能是运行样本对热水在减温器热回收系统从周围空气中提取热量作为热源。如冷水机组仍然是按空调部分在经营，比如7C冷水被泵送至塔加热至12 C。其中水是由环境空气加热的。在寒冷季节，空气调节系统通常是在部分负荷条件下操作，从而使现有的水冷却塔可作为一个RUWCT。许多减温器热回收热水采暖系统RUWCTs已经安装在亚热带地区，在中国南部和让人满意的操作若干年1,2。可以容易在年连续提供服务热水约60，而不需要任何备份水加热的规定。为了更好地了解整个系统的运行特性，稳态数学模型实际在中国南部的水冷却器安装完成与一个过热蒸汽降温器和一个RUWCT已经发展的基础上。该模型的可用性，有许多感兴趣的操作参数，以及各种系统组件之间的相互作用，例如，冬季建筑冷负荷下降，而水的热负荷增加，通过减温器产生的服务热水可以不在日常使用。因此，重要的是确定可用的最小冷负荷，以满足在这样一个热回收制度所需的最大热负荷。以前的相关工作包括广泛的文献审查，申请减温器回收热量用于热水供应3和的一个详细的理论分析热与质量传递发生在一个RUWCT4。该审查表明，有没有报告引用关于水冷却器的数学模型完成了减温器和RUWCT。K. Tan, S. Deng/建筑与环境37 (2002) 741751一个稳定状态的推导本文报道对于冷水机组完成一个减温器和一个RUWCT用于热水供应的数学模型。根据冷水机组的技术规格模拟结果表明该模型是稳定的，并且结果与预期相同。用该模型对一些热回收系统重要操作参数完整的进行了评价。2 模型开发开发的模型是基于现有的水冷冷冻机组完成了减温器和RUWCT用于热水供应，其示意图示于图 1。他在制冷循环中使用的制冷剂是R22。然而，应该指出的是，植物是一个实际的现场没有安装足够的交流，模型有适当的仪器精度验证。图1 水冷式冷水机组减温器和一个RUWCT用于热水供应的示意图。2.1 假设以下假设在模型发展取得。制冷剂压降在所有热交换器（减温器，冷凝器和蒸发器）是可忽略的。发生在热力膨胀过程阀门为等焓过程。 有从系统中没有热量损失到周围的组件。 制冷剂的过热在蒸发器中的程度插座是固定的。制冷剂的过冷的浓度的程度该系统模型分为五个部分（详细制冷循环如图所示2）：压缩机 减温器 冷凝器 蒸发图2 制冷循环完成与一个过热蒸汽降温器。2.2 压缩机一种压缩机模型来模拟基于给定的冷却负荷的制冷剂质量流量。对于建模的往复式封闭压缩机中，一个恒定的索引压缩N，假设和用于1.18的值R22。与已知的吸入和排出压力和入口制冷剂温度，压缩机排出的制冷剂温度在可以计算出来。 (1)制冷剂的质量流率是由压缩机的工作容积和得到！该压缩机转速。容积效率？可见由下式给出 (2) (3)2.3 减温器一个壳管式换热器，工作作为一个减温器，作为在第一阶段的冷凝制冷空调 化周期。会议一直跟着叫热换热器研究了减温器。实际上，会发生制冷剂的冷凝在这个单元在某些操作条件。在过热蒸汽降温器，热量从热的制冷剂气体输送到水在服务热水电路。同 一个总的传热系数，乌德和传热面积，阿德，该减温器中，制冷剂与水的传热描述如下： (4) (5)式（4）根据台大或有效性的方法。和制冷剂和自来水温度进入减温器，分别为式（5），导出了热交换器与流体之一发生相变排他地，仅是一个近似值，因为所研究的减温器可能已减温及相变发生在它里面的制冷剂的过程如6。与来自压缩机和制冷剂的温度在进入过热降温器，任何制冷剂速率在减温器的模拟是看有无的热量在过热蒸汽降温器的制冷剂和热水之间交换的量超过了所需的加热负荷。这一数额热交换，QDE的，依赖乌德和阿德，热水的质量流率，MH，以及水进入过热降温器，氏温度。在一个较低的热回收的效率更高。通常情况下，QDE较大 的大于或等于加热负载系统中，因为一进入过热降温器的制冷剂的相当高的温度，即 (6)有回收制冷剂留下的减温器可以是过热蒸汽或饱和蒸汽和液体，这取决于所需的加热负荷的系统。如果热量回收该减温区是足够的热水，即热交换只发生过热制冷剂蒸汽和供水之间的减温器时，制冷剂离开过热降温器，温度T3可以在由计算 (7)否则，水被加热到时，它首先满足饱和制冷剂液体和饱和制冷剂中的两相区，且混合物再加热比高，当它遇到过热的温度在降低过热区域的制冷剂7。因此，在仿真的第二次检查，是确保减温器回收的能量应有足够的用于加热水至所需水 温度，通常是基于服务热需水量。判别是 (8)其中Q是热可从过热制冷剂蒸汽。可估计如下： (9)水流入降温器加热到接近的温度，并进一步加热成过热蒸汽。因此，能量回收减温器被分成两部分，且总能量的第二部分须回收热水系统。Q可以通过以下方式评估 (10)基于方程（8），如果校验失败，则制冷剂的流率需要进行调节，直到公式成立。因此，压缩机的模拟和减温器必须重复修改的估计压缩机排出压力。为制冷剂和服务的热水热平衡由方程进行描述。（11）和（12）。制冷剂离开降温器的值H3，可以由下式计算式（11） (11)热水排率，MH，由所需的水分测定热负荷。 (12)2.4 聚光器未通过热水在过热蒸汽降温器吸收的热量排放至冷凝器的冷却水。该模拟冷凝器的目的是寻求冷却水流量和其从冷凝器离开温度。恒定的总传热系数，的基础上，最大温度差，是假定的。传热过程在冷凝器是由以下四个公式： (13)在冷凝器中，被拒绝的热量，可以使用公式来计算。 （13）。在过热蒸汽降温器出口的制冷剂状态从过热降温器的结果知仿真和制冷剂的值在冷凝器出口一个固定的程度的条件下可以进行评估过冷。 (14) (15) (16)方程（14）计算由冷却水吸收的热量，而式（15）描述的制冷剂之间的传热 和冷凝器中的冷却水。冷却水流速MC，和水的温度离开冷却塔，控烟办公室，通过求解三同时计算方程。（14），（15）和（16）。一个超越方程的解从这些方程解得，并通过割线法求解。2.5 扩展设备目前的发展集中在恒温膨胀阀是保持恒定的程度过热度在蒸发器出口处。使蒸发器的过热度，专家组，作为输入到模型中，避免了建模阀本身。因此 (17)在膨胀阀的热力学过程可以是被视为绝热。没有完成的工作，或热传递，该制冷剂膨胀前后的值不变。 (18)2.6 蒸发器蒸发器，干式壳管式蒸发器，是建模，假设总传热系数，对于两相和过热区两者是该方程的蒸发器，如下所示： (19) (20) (21) (22)制冷剂在蒸发器的仿真与执行的已知的值在蒸发器入口和假设在蒸发器出口处制冷剂状态。通过在蒸发器中的制冷剂所吸收的热量应该等于与从冷却水传送到蒸发器。就是说 (23)如果能量平衡是没有达到的，即方程。 （23）是不满足时，新的计算被调用，带有蒸发温度来，（蒸发器的估计饱和温度）。通常经过几次迭代中，蒸发温度，可以发现，在该能量平衡存在。2.7 可逆使用水冷却塔（RUWCT）的热量通过在制冷剂吸收的总量蒸发器，是由两个空调风机盘管 和RUWCT。的冷却水的流速泵送进入RUWCT，捷运，可以将上面的仿真分析后得到，当的初步估计和已被确认。 其中是从冷却盘管的负荷，并且也可以是最低或冬季冷负荷的建筑。被张志贤分别设定为12 C和7 C。方程（1） - （25）形成一个减温器热回收热水采暖系统的稳态模型完成一个RUWCT。仿真结果将在下一节介绍一节。3 模拟在中国南方所开发的模型是基于安装在现有冷水机组厂房的技术规范进行测试。3.1.数据输入该冷水机组拥有116千瓦的额定制冷量,当它有34千瓦总功率消耗，根据空气调节条件。它的制冷输出可在四个阶段调控：额定25-50-75-100外放。所用的RUWCT有一个正常的进气流量330立方米每分钟。由冷水机组提供服务的酒店大楼有20个标准的客房，总空调面积760平方米。该模型需要的其他数据描述如下，服务热水采暖负荷可通过下面的等式8确定： (26) 其中，热水比热; =3:4，系数为热水每小时使用的变化; N =40床位数; Q =200千克每D，标准水消费; T =24，每天供水时间和ET，服务热水温度差。每年冬季热水的平均温度差40 ，最大为45 。因此，平均和最大水加热负载分别是52:56千瓦和59:13千瓦。哪里 QCL=0:14千瓦= M2，假定冷却负载每单位空调面积9和AAC=760平方米，空调区建筑的冷负荷计算所， (27)表1在模拟中使用的操作条件操作条件 冬天 过渡季节 夏天因此，最大的冷却负荷估计为106:4千瓦，这被看作是在夏季冷负荷。在冬季的冷负荷被认为是夏季负荷的四分之一。 5 摄氏度为蒸发温度的初始估计值，及在该近似式压缩机的压力比为3。对于水冷却器，其正常的凝结温度不高于55更高C，它被设置为上在仿真中的压缩机的排出压力的上限 仿真是在一个年度内四个不同的工作条件下进行。因为气候变化， 空间冷却和水加热负载的建设，QCL和的Qh，以及进水温度来减温器和冷凝器氏和TCI，是多种多样的。这些都是详列于表1。供暖负荷（kW）图3 入口冷却水流速的RUWCT变化和用水热负荷的冷却负载的变化。 3.2 仿真结果和讨论下四种不同的冷却负荷水平，即25，50，75和满负载的100时，系统模拟在不同的建筑热水负荷下形成的。中仿真中，压缩机排出压力保持在17时04分酒吧和减温器出口制冷剂温度结算45:27C。制冷系统是运纳入样本内以4:6的平均蒸发温度C和压缩机排放温度不显著从66:41改变，范围C至67:86C。仿真结果表明，水冷冷水机组系统的操作特性增加一个过热蒸汽降温器和连接到RUWCT后，虽然也有变化，但也能如预期般运作。图3示出了不同的冷却负载下，需要泵入RUWCT的冷却水热回收时，热水采暖负荷增加。在冬天，当冷水机组的部分负荷下运行，需要更多的冷却水被泵送到RUWCT。但在消夏，通常冷水机组是满负荷下运行，该RUWCT开始只在较高热负荷运转，因此，几乎需要对冷却水在大多数热负荷的RUWCT。由于受限于冷水机组的总制冷量，有各操作条件下的最大的水加热能力。他们是36:9，40:1，43:1和46:2千瓦为4的操作条件，分别作为在图1所示。 3由虚线表示。比较来加热在表1所示的负载，它们比需要哪些小。这表明，根据改造冷水机组研究有最大的水加热要求的酒店建筑能力不足。仿真可以提供有用的信息为一个大小冷水机组时，同时用于空间冷却和服务的热水加热。在水热负荷的增加将导致增加的制冷剂质量流量循环中的制冷循环，如图4所示，压缩机章，通过改变制冷剂循环量组装相应的输出能力。大量制冷剂流量，需要在较高的水热负荷。值得注意的是，相同的最大的制冷剂质量流量，0:708公斤每s时，是在冷冻机的最大水加热能力的四个不同的操作条件下。图5示出制冷剂在离开过热降温器的温度用的两个空间的变化而变化冷却和水加热负荷。当冷水机组操作在较高的空间的冷却负荷，用较小的热负荷在该系统中，制冷剂离开过热降温器仍在过热蒸汽形式。作为加热负载的增加，过热制冷剂蒸汽被冷却了更多水通过减温器，并且变得要么饱和蒸汽或饱和液体制冷剂的饱和蒸汽的混合物于减温器出口，这取决于对水的热负荷。它的温度，然后降低并保持以45:27的饱和温度C。值得注意的是，当该冷水机组在满负荷的25运行在冬天，制冷剂被充分降温在过热蒸汽降温器出口即使一个非常小的加热负载被添加到系统中。供暖负荷（kW）图4 制冷剂流率与热负荷而变化。供暖负荷（kW）图5 制冷剂温度在减温器出口的变化。3.3节能性能的比较与电热水降温器热回收系统加热器一种制冷系统，完成了对减温器产生服务的热水，通常配有备用电热水器。为了便于引用后，该系统被称为系统E.电热水器投入运忧思每当热回收的减温器不足以满足热水加热要求在建筑物。开发的模型也能够评估过热降温器热回收系统的性能与备用电加热器。在本研究中，一个过热蒸汽降温器建筑冷负荷（千瓦）图6 缔约方会议的两个减温器热回收系统的比较。供暖负荷（kW）图7 COP为在满负荷的25这两个系统的比较。热回收系统再次完成一个RUWT，方便引用后，系统R的两个系统的能量效率由也系数评估的性能（COP），它被定义为在一个比总系统有用的净功，如下所示： （28） （29） （30）在计算缔约方会议，有用的制热量服务热水是作为总系统输出的一部分。为系统E，如果电热水器相加，术语（QH-QDE）被认为是消耗的功率。此外，该RUWCT的风扇马达的功率消耗是被忽视的，因为它是最小的10。COP的算术平均值为两种类型减温器热回收系统，即系统R和系统E，如图6所示。它是从图中可以看出该缔约方大会是系统 R的高，这表明系统能量高效率，从而降低运营成本可以通过操作RUWCT实现。该曲线表明，在较低的冷却负荷的结果COP的两个系统之间的较大差异。特别是，当冷却器在满负荷的25操作时，假设最低的冷负荷，在缔约方会议的最大区别在两个系统之间（44）观察到。这表明当冷却器是在一个较低的冷负荷工作时，如在冬天，有一个较大的节能潜力进行操作系统R的操作体系E。图7-10显示了详细的COP变化根据四种不同的操作条件下两种制度。的COP和热负荷之间的关系示于每一个人物。当水加热负荷小，而且也没有必要以经营RUWCT或电加热器，缔约方大会是相同的对于这两个系统。在这个阶段，的COP也越来越因为在制冷使用减温器的趋势制度。供暖负荷（kW）图8 缔约方会议下满负载的50这两个系统的比较。供暖负荷（kW）图9 缔约方会议下满负荷的75这两个系统的比较。供暖负荷（kW）图10 缔约方会议全负荷下的两个系统的比较当通过单独的过热降温器中回收的热量是不足，从而使备用加热规定需进行操作。从这些图中，供缔约方大会系统 R总是高于对系统E然而，应当注意的是，起点操作备用加热 四种不同的冷却负载下的规定是不同的。较高的冷却负荷，较大的热负荷在该备份系统启动。TDB（）图11 通过热RUWCT在不同的环境空气的干球温度提取。另一方面，当一个RUWCT或电加热器启动备份加热规定，整个系统的进展情况通报，因为消耗的额外功率降低这两个系统。然而，系统的R缔约方会议具有更小的降低比系统E的倾向因此，本系统的R平均COP较高，如图6所示。 3.4 为有效环境天气的限制具有一个过热蒸汽降温器热回收系统的操作RUWCT据观察，用RUWCT过热降温器的热回收系统的有效运作可能会受到限制由环境天气状况。在正常冷冻7供水温度C，当环境空气温度下降到12C以下，观察将是较少甚至无热量，可以提取出可能从空气中。另一方面，基于开发的模型，该冷却水的流速供给到RUWCT可以获得的。通过采用冷冻水流量（LPS）RUWCT和其他水和空气的状态在塔的入口输入，也可以以应用详细的理论分析在RUWCT传热传质4计算的热交换容量，质量保证。结果示图 11，这表明更高的LPS导致较大的热量由RUWCT萃取量。据推测，在最坏的情况下在冬天，当冷却器是在仅25的满负荷操作时，较低的周围空气的温度和较高的热负荷。从图11，RUWCT不能正常工作，空气的干球时，气温下降到12C以下。这与协议早期的观察。的热交换容量的QA是31.4和49:5千瓦，分别在15 C和18C环境空气的温度。因此，考虑到水的加热要求和进行有效的热传递适当的温度差冷却水和周围空气中RUWCT之间，它认为是最低环境空气温度应不低于15 C连接，以便使用一个RUWCT的将是可行的。4 结论减温器的稳态数学模型热回收系统完成一个RUWCT一直开发的。制冷的工作特性系统具有一个过热蒸汽降温器和一个RUWCT进行了研究。冷水所需的流速被泵入该RUWCT计算为了满足一定的热负载。系统下的最大加热能力不同的操作条件进行了评价。根据一个实际的制冷机的规格的模拟结果工厂已经证明，建立的模型是稳定的和行为与预期相同。其进一步的实验工作验证在正确检测的植物是必需的。缔约方会议的一个热减温器之间的比较回收系统完成一个RUWCT（系统R）和 随着电热水器（系统E）已进行出来。它表明系统的R COP为高于系统E的，且有较大的节能潜力 操作系统 R的比操作系统E，当制冷系统是在较低的冷却负荷运转。参考文献1 Deng S, Song ZY, Tan KX. Air-cooled heat pump with desuperheaters: retro4t for year-round service hot water supply.BSER& T (UK) 1998;19(3):12933.2 Tan KX, Deng SM. Desuperheater heat recovery hot water heating systems in subtropics: using water cooling towers to extract heat from ambient air as heat source. Presented in 2001 ASHRAE Annual Meeting, Cincinnati, 2001.3 Tan KX. A study of a desuperheater heat recovery system complete with a reversibly used water cooling tower (RUWCT) for hot water supply. PhD thesis, The Hong Kong Polytechnic University, HongKong SAR, China, 2000.4 Tan KX, Deng SM. A method for evaluating the mass transfer ch