采暖空调系统的火用分析及节能优化研究

【摘要】：采暖空调系统能耗占建筑总能耗的比例很大，是建筑节能的重点环节。传统的能分析方法只关注于系统能量在数量上的利用，而忽略对能质的利用，这往往会造成对高品质能的不必要浪费，而火用分析则可以弥补这一不足。因此，对采暖空调各用能单元及系统整体进行火用分析，可以得到用能单元与系统的节能性，为其选择与优化提供依据，更全面地指导节能。 本文将采暖空调系统分为四个基本组成单元冷热源单元、换热单元、输送单元以及末端单元。分别为其建立了普遍适用的火用分析模型，计算其火用效率，火用损率及火用损失系数。综合各单元的火用效率后得到系统的主线火用效率。设系统中辅助能耗与系统输入火用的比值为辅助能耗系数，以比较各系统辅助能耗的相对大小。最后通过所建立的分析模型与数据分析，得到系统的总火用效率以及总火用损失系数，以评价采暖空调系统的节能性，并依此给出优化建议。 选择常用采暖空调系统的运行参数进行火用分析计算后可得：冷热源单元是采暖空调系统中火用效率最低的单元，同时也是系统产生火用损失最大的单元，其火用损失约占系统输入火用的70%-90%；输送单元的火用效率高于95%，其火用损失也是系统中最小的，占系统输入火用的2%以内；换热单元的火用效率较为一致，约为70%，其火用损失约占系统输入火用的7%左右；末端单元的火用损失较多。其中，采暖系统末端单元的火用效率差别较大，地暖设备最高，散热器最小。空调系统末端单元火用效率约为40%。 综合各单元的火用效率并对用能系统进行火用分析可知：对于总火用效率，采暖系统为5%-10%，空调系统为1%-6%；对于总火用损失系数，采暖系统均在85%以上，空调系统为85%-95%。由此可以看出，采暖系统较空调系统稍节能，但两者都具有很大的节能潜力。 对比各采暖空调系统后可知：在采暖系统中，热泵系统的总火用效率最高，约为10%，总火用损失较其他系统低5%以上，是较为节能的；在空调系统中，吸收式制冷空调系统总火用效率约为6%，高于其他系统，且总火用损失低5%-10%，是空调系统中节能性最高的。 【关键词】：采暖空调系统 组成单元 火用效率 火用损率 火用损失系数
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU831.3
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 主要符号表7-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-13
• 1.1.1 建筑能耗12
• 1.1.2 能耗分析方法12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 研究目的、意义及内容15-17
• 2 火用分析基本理论17-26
• 2.1 火用的基本概念17
• 2.2 几种能量形式的火用17-20
• 2.2.1 机械形式能量的火用17-18
• 2.2.2 热量火用与冷量火用18-19
• 2.2.3 封闭系统的火用19-20
• 2.2.4 稳定流动系统的火用20
• 2.3 火用损失与火用平衡方程20-22
• 2.3.1 火用损失20-21
• 2.3.2 封闭系统的火用平衡方程21
• 2.3.3 稳定流动系统的火用平衡方程21-22
• 2.3.4 循环系统的火用平衡方程22
• 2.4 火用分析理论22-24
• 2.4.1 火用效率23
• 2.4.2 火用损率与火用损失系数23-24
• 2.4.3 火用分析基本模型24
• 2.5 本章小结24-26
• 3 采暖空调系统火用分析模型26-40
• 3.1 采暖空调系统组成26
• 3.2 冷热源单元火用分析模型26-31
• 3.2.1 热源单元火用分析模型27-30
• 3.2.2 冷源单元火用分析模型30-31
• 3.3 输送单元火用分析模型31-32
• 3.4 换热单元火用分析模型32-34
• 3.5 末端单元火用分析模型34-35
• 3.6 系统火用分析模型35-39
• 3.6.1 串联组合火用分析35
• 3.6.2 并联组合火用分析35-36
• 3.6.3 采暖空调系统火用分析36-39
• 3.7 本章小结39-40
• 4 采暖系统火用分析40-49
• 4.1 集中供热采暖系统40-41
• 4.2 太阳能采暖系统41-42
• 4.3 热泵采暖系统42-43
• 4.4 电采暖43-44
• 4.5 采暖系统火用分析44-47
• 4.5.1 组成单元火用效率与火用损率44-45
• 4.5.2 总火用效率45-46
• 4.5.3 火用损失系数46-47
• 4.6 结论及优化建议47-48
• 4.7 本章小结48-49
• 5 空调系统火用分析49-58
• 5.1 压缩式制冷空调系统49-50
• 5.2 热泵空调系统50-51
• 5.3 吸收式制冷空调系统51-52
• 5.4 全空气空调系统52
• 5.5 空调系统火用分析52-56
• 5.5.1 组成单元火用效率与火用损率53-54
• 5.5.2 总火用效率54-55
• 5.5.3 火用损失系数55-56
• 5.6 结论及优化建议56-57
• 5.7 本章小结57-58
• 6 结论及展望58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 图表目录65-67
• 硕士研究生阶段发表的论文和主要参与的科研项目67

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