论文部分内容阅读
结合我国沿海建筑能源紧张的现状,高效、节能、环保的海水源热泵系统作为沿海建筑的冷热源具有重要的研究价值和应用前景。因此,本文提出了一种用于海水源热泵系统的新型双螺旋管海水换热器,并对该换热器的换热特性进行了实验与模拟研究。并且基于北方沿海地区,冬季海水温度接近冰点温度的特点,本文不仅研究了该换热器夏季工况与冬季非结冰工况的换热特性,还着重研究了冬季结冰工况的换热特性。首先,分别建立了双螺旋管海水换热器在冬季结冰工况、非结冰工况及夏季工况下的数学模型,并在天津国际邮轮母港搭建了双螺旋管海水换热器性能测试实验系统。在上述三种工况下,分别对双螺旋管海水换热器沿管长的温度分布进行了测试,并对冬季结冰工况下沿管长的冰层厚度分布进行了测量。将实验结果依次带入到相应的数学模型中,对该换热器的管外对流换热系数进行求解,获得该换热器在测试期间的管外对流换热系数变化范围:冬季非结冰工况下海水流速为0.07~0.38 m/s时,对应的管外对流换热系数为427.8~712.8 W/(m2?K);冬季结冰工况下海水流速为0.21~0.53 m/s时,对应的管外对流换热系数为582.8~853.9W/(m2?K);夏季工况下海水流速变化范围在0.09~0.47 m/s时,管外对流换热系数的变化范围为451.7~762.4 W/(m2?K)。其次,利用双螺旋管海水换热器夏季工况及冬季结冰与非结冰工况的数学模型,对其在海水中的传热特性进行了模拟预测,即通过数值模拟的方法,研究了换热器管长、管径、管内流体流速、入口温度以及海水温度等因素对该换热器换热特性的影响,并模拟了冬季结冰工况下该换热器管外冰层的结冰规律以及结冰对换热器换热特性的影响。最后,以天津港南疆港区内某办公楼应用的海水源热泵系统为例,给出了双螺旋管海水换热器详细的选配方法并对其管内流体流速的经济性进行了分析。利用Energyplus能耗模拟软件对该办公楼全年负荷进行模拟计算,以全寿命周期成本及费用年值为评价指标,对该办公楼选用直接取水模式的海水源热泵系统、渗滤取水模式的海水源热泵系统以及双螺旋管海水换热器的海水源热泵系统的经济性进行了对比分析,并对其节能环保效益进行了评价。