Raw-water source翻译 heat pump for a vertical water treatment building

一种立式水处理建筑的原水源热泵翻译人：黄旺来摘要立式水处理建筑的储热箱原水源热泵被TRNSYS动态模拟。

不是一台就是两台热泵的热泵系统以两种不同的组合通过考虑建筑不同的热区域被研究。

单台热泵系统制冷和制热的平均能效比分别是4.79和3.76.当储热箱的尺寸从5立方米变化到15立方米，最高的能效比是在10立方米时。

天气条件对热泵电能的消耗有很大的影响。

两台热泵系统制冷和制热的平均能效比分别是4.92和3.68。

除了四月和十月，两台热泵系统的平均能效比比单台热泵系统的都高。

1.介绍相比较于给复杂的大城市提供自来水的传统的大尺寸水处理设备，小而且分散的水处理设备对于新规划的城市被考虑为有前途的。

在南韩的一些新城市，这样的系统被设计和修建。

这些小而且分散的系统被安装在近端用户，比如城市居民和工业合成体。

小的设备区域比须安置在靠近城市，而且水处理的效率应该要高或者和目前的大尺寸水处理设备一样。

因为靠近城市没有足够的空间，立式布局的水处理设备设计为建筑通常被接受。

这样的系统的优点是它通过网络管道运输时污染很少，而且能把目前的大尺寸系统的水供应暂停的重大问题的影响降到最小。

然而，因为这些系统的建造和维护费用比目前的系统高很多，所以能源效率的改善是一个重要的问题。

一种解决这个问题的可能的方式是在系统运行中利用可再生能源技术，比如太阳能电池，小型水力发电，源水源热泵系统。

原水是没有被处理的直接从水坝蓄水池供应到净水厂。

原水作为热源对于节约能源是有前途的。

原水的温度和地面的温度相近，在冬天比周围的温度高，在夏天低。

原水在水处理设备是丰富的，而且有一个大的温度差。

近期，原水源热泵的热能用来建筑制热和制冷已经被南韩的Cheongju和Seongnam净水厂所测试。

直到现在，原水源热泵的研究已经受到很大限制。

Cho和Yun研究了安装在南韩Cheongju净水厂的原水源热泵的制冷和制热性能。

在春天和秋天，原水源热泵的能效比比在夏天和冬天低很多。

在春天，冷热负荷非常低，热泵在很大负荷的情况下运行。

制热和制冷的平均能效比分别是3.3和7.2。

其它水源的研究也有很多，比如海水、地下水、废水、污水和河水。

Park等人发展了分析河水热泵系统性能的模拟器。

制热能效比被预测在3-4级，制冷能效比被估计在4-6级。

Lee研究了污水热泵系统。

容量是100RT的两极螺旋式热泵被安装在一个位置，并且用来测试校样系统。

制冷能效比从4.0-5.0.制热能效比从2.6-3.5.当制热能效是2.6和3.5，热水温度分别是50和70摄氏度。

Baik等人通过改变压缩机R717的容量研究了海水源热泵的性能。

Kim等人用安装在空调区域是890平方米的建筑，海水倾泻式热泵系统实施了填充测试。

测试表明，制热和制冷的平均能效比分别是4.0和5.0。

Jeon等人研究了用于建筑面积是484平方米，包含螺旋式水冷器的混合制冷系统的地源热泵。

对于混合制冷系统，螺旋式水冷器的能效比低于只用冷却器时，因为在混合系统中受到部分负荷条件的影响。

Haiwen等人建议电动驱动海水源热泵的节能计算在整个采暖季节应该被实施。

在一个案例研究中发现，当使用静态法时潜在的热泵地区的传热系统的节能被低估20.6%。

Ally等人分析了用于家庭热水的地源热泵火用和能量。

热水器的能效比从二月一个很低的数值2.64到九月一个很高的数值3.67。

热水器的性能很大意义上取决于接地环路的进水温度。

系统的低效率的主要的源头来自于压缩机和膨胀阀。

这个研究的目的是用TRNSYS动力模拟器设计和分析安装在立式水处理建筑的原水源热泵。

两种系统的构造被考虑，一种是装有储热箱的单个热泵，另一种是有两个热泵和两个储热箱。

运行特性被比较了。

原水源热泵的性能通过改变立式水处理建筑将会被建造的区域位置被研究，储热箱的尺寸被最佳化以使热泵的能效比最大化。

2.原水源热泵的模拟2.1立式水处理建筑图1展现了在Cheogju的立式水处理建筑的空调空间。

在地下室有两个水库和泵房。

在第二层，安装了一个活性炭过滤器，臭氧发生器，臭氧箱和动力控制设备。

第三层有薄膜过滤器，回流箱，和泵，而立式水处理控制室和办公室安置在四楼。

员工只住在建筑的四楼。

图2详细说明了需要估计建筑冷热负荷的主墙和楼板。

墙材料的热物理性质总结在表1中。

图3展现了Cheogju水处理设备从1月到12月原水温度的变化。

制冷季节是从10月到4月，制冷季节是从5月到9月。

在制热和制冷季节原水的平均温度分别是9.9摄氏度和20.7摄氏度。

在制热季节，原水温度的变化从3摄氏度到15摄氏度。

相对地最低温度是在2月和3月。

2.2模拟的详述图4展现了用于立式水处理建筑的原水源热泵的电路原理图。

原水源热泵由一个热泵，储热箱和风机盘管。

原水提供它的热能给通过热交换机的二次流体，循环的二次流体再把热能提供给热泵。

储热箱的水通过热泵的热交换机被加热或冷却。

风机盘管被用来供应调节过的空气给立式水处理建筑。

两种不同构造的热泵被研究，一种是装有储热箱的单个热泵，另一种是有两个热泵和两个储热箱。

因为第三层和非住宅空间以下的温度保持在10摄氏度左右，高水温不需要提供给风机盘管。

制热空间的目标只是防止水处理设备在冬天结冰。

对于有两个热泵和两个储热箱的系统，其中一个热泵用来在储热箱生产15摄氏度左右的水。

在制热季节，热泵的制热性能能通过热泵的冷凝器生产相对低温度的水被提高。

在制热和制冷季节，第四层的空间温度在立式水处理设备被控制在24-25摄氏度。

制热只需要为第三层和以下的空间。

图5用TRNSYS临时模拟器展现了用于立式水处理建筑的原水源热泵的组成造型。

一台热泵，储热箱和风机盘管被使用来给整个建筑提供调节过的空气。

立式水处理建筑用TRNBUILD模型化为56a型多区建筑模型。

通过提供一年的流量和温度原水被TRNSYS9c型模拟。

热泵的运行和泵通过在TRNSYS用一个2d型的控制器被控制。

热泵的功能取决于储热箱的水温。

在制热模式下，储水箱的温度低于一个设置的数值，热泵和循环泵运行直到温度达到设置的数值。

在制冷模式下，储热箱的温度上升超过设置的最大值，热泵开始运行。

储热箱在制热模式保持它的温度在39-43摄氏度。

储热箱在制冷模式保持它的温度在10-15摄氏度。

泵的运行使水循环在储热箱和风机盘管之间，风机盘管通过测量立式水处理建筑的空间温度被控制。

图6展现了有两个热泵和两个储热箱的原水源热泵系统的组成模型。

其中一个用来第四层的空气调节，储热箱在制热季节的温度保持在39-43摄氏度，在制冷季节保持在10-15摄氏度。

另一个热泵和储热箱在制热季节被用来保持第三层和三层以下空间的温度在10摄氏度。

两个热泵的系统的每个热泵和储热箱的容量取决于每个空调空间的热负荷。

热泵容量和能量消耗用于TRNSYS的输入文件被总结在表2。

热泵的性能资料从安装在Seongnam水处理设备的原水源热泵中获得。

正如预期的，热泵的性能取决于原水温度和回流到热泵的水温。

表3展现了TRNSYS的组成输入参数数值。

原水的平均流量是190l/m。

在热泵和风机盘管之间，储热箱和风机盘管之间的循环流量分别是6840kg/h和12000kg/h。

风机盘管的空气流量是0.7m3/h。

来自Cheongju地区计量站的天气信息被修正为TRNSYS输入版式。

原水源热泵的能效比被定义为等式COP=Q/W hp。

在等式COP=Q/W hp中，在目前模拟制热和制冷热转换率Q通过热泵侧获得，通过工作流体和热泵之间进口和出口温差被计算。

3.结果和讨论3.1立式水处理建筑的冷热负荷图7展示了Cheongju立式水处理建筑一年的月平均热负荷和冷负荷。

四层、三层及三层以下的热负荷分开地展示在图7中。

一年中冷热负荷的变化取决于室外的空气温度。

正如预期的，十二月、一月、和二月的热负荷比其它传热季节高，因为它的室外温度低。

冷负荷表明它的峰值是在七月和八月。

三层及三层以下空间的热负荷比四层高70%，从一月到四月、十二月到十月，四层和三层及三层以下的热负荷的差别降低了。

当室外温度等于空调温度，达到10摄氏度时，热负荷很大降低了。

表4展示了立式水处理建筑每层的最大热负荷。

因为平均热负荷比平均冷负荷高2倍，热泵的最大容量95%五取决于建筑一年的最大热负荷。

最大热负荷出现在第四层，最大热负荷是46kW。

总热负荷是从地基到第三层和第四层空间热负荷的总和。

冷负荷只是第四层的。

3.2原水源热泵的性能图8展示了单个热泵系统的能效比和电能。

制热季节和制冷季节的平均能效比分别是3.76和4.79。

一年的平均电能是6.73kW。

正如图3所示，在制冷季节，原水的平均温度大约是20.7摄氏度。

因为在制冷季节热泵冷凝器和蒸发器之间的的低压力比，能效比相对高于制热季节。

系统的能效比取决于原水温度，从储热箱回流到热泵的水温和热泵运行容量与额定容量的比值。

因为在制冷和制热季节，原水温度和回流到热泵的水温的变化不是主要的，系统的能效比主要取决于负荷变化。

热泵回水温度的不同在2摄氏度以内。

在制热季节一月和制冷季节八月，当原水源热泵接近额定容量并处于负荷峰值运行时，此时系统有最大的能效比。

图9展示了单个热泵系统储热箱容量变化时能效比的变化。

储热箱的尺寸变化从5立方米到15立方米，最高能效比的储热箱尺寸是10立方米。

随着储热箱尺寸的增加，热泵的冷凝器温度也增加，导致热泵性能降低。

当储热箱的容量降低，热泵的冷热负荷野降低，导致热泵性能降低。

基于这些影响，储热箱最适宜的尺寸能被发现。

图10展示了将来能安装原水源热泵的立式水处理建筑的地区位置电能消耗的变化。

在制热季节，Seoul地区能量消耗最高，Incheon，Gangeung 和Gwangju紧接其后。

电能的消耗随着室外温度的降低而增加，因为热泵的运行时间增加了。

图11展示了两个热泵系统的能效比。

每个空调区两个热泵系统的容量取决于三层及三层以下与四层的负荷比。

单个热泵系统70%的容量用在第三层及三层以下的空间。

因为第三层及三层以下的空间热泵冷凝器的温度比第四层的低很多，第三层及三层以下热泵的能效比比第四层的高7%。

两个热泵系统的制冷和制热平均能效比分别是3.68和4.92.能效比的变化趋势与单个热泵系统相似。

在制热和制冷季节，能效比与建筑的冷热负荷成比例。

正如所解释的，在目前的研究中原水温度的变化对于能效比的变化不是最重要的。

图12展示了两台热泵系统电能的变化。

三层及三层以下空间热泵能量的消耗比第四层的高19%，因为三层及三层以下空间热负荷高。

而且发现从4月到5月，10月到11月三层及三层以下空间电能的变化梯度比第四层大，因为第四层热负荷比较于三层及三层以下空间在4月突然下降和11月突然增加。

图13展示了单个热泵系统和两个热泵系统的能效比的比较。