简述热泵装备环路的换热过程

简述热泵装备环路的换热过程长沙潺林板式换热器的地下环路系统的换热过程都以水为传热介质和对象，传热机理相对简单。但串联和并联的地下环路系统夏季散热过程有所区别，其示意图分别和。热平衡方程夏季制冷时，地下环路系统的热平衡方程如下。冷却塔与地下水系统的关联性由上述热平衡方程，可以得到串联和并联系统所需地下水流量与热泵机组进水温度和冷却塔设计容量的函数关系式。目标函数根据式（15）中的关联关系以及假定地下水系统初投资与所需地下水流量的函数关系，C0=fGd，则地下环路系统的目标函数为：minE=afGdbQcooler.地下水系统初投资与所需地下水流量的函数关系可以通过相关实际打井费用来拟合得到。由于缺少相关的经验数据，假定地下水系统费用为C0=aG2d.约束条件在优化过程中，参数的变化应能保证热泵机组的正常运转，并且不会出现不真实的解。因此，根据实际情况确定优化过程应满足的约束条件如下。热泵机组进水温度不能超过机组允许最大进水温度且不能低于地下水温度，由于地下水设计流量在冬季运行应能满足冬季负荷需要为隐含的约束条件，即地下水设计流量在冬季工况下的最大吸热量要大于热泵机组的冬季吸热量。冷却塔与地下换热器的关联性通过对U型地下换热器的性能研究发现：在一定土壤地质和地温条件下，地下换热器单位管长换热量qd是管内流量、进水温度的函数；而管内流量不变，qd基本上是进水温度的线性函数。根据能量守恒原理和串联系统的热量传递过程，可以得到串联和并联系统冷却设备散热量和地下换热器埋管长度与热泵机组进水温度的函数关系式。设计参数对优化匹配的影响以某HyGWHPs空调系统的地下环路系统为例分析各参数变化对地下水流量以及系统初投资的影响。地下环路系统基本情况：夏季最大散热负荷为350kW，冬季最大热负荷为85kW；板式换热器接近值取2℃，地下水温度为18℃，热泵机组冬季设计进水温度12℃；热泵机组最小进水温度tmin取7℃，热泵机组最大进水温度tmax取35℃。冷却水流量的影响在HyGWHPs地下环路系统冷却水经过冷却塔降温后，也降低了板式换热器的入口温度，从而降低了板式换热器与地下水的平均传热温差，导致地下水换热能力和传热温差的下降。随着冷却水流量的降低，冷却水经过冷却塔的传热温差加大，导致地下水系统的换热量的下降，使得热泵机组的进水温度升高。当系统散热量一定时，随着冷却塔散热量的增大，所需地下水流量而下降，从而使得地下水系统费用下降，影响整个系统初投资，具体变化规律和。热泵机组进水温度的影响若机组进水温度选择不当，往往会造成地下水流量过大或者过小，造成不必要的地下水资源浪费和无法满足热泵机组运行。因此，设计过程中选取适当的热泵机组进水温度是匹配设计的关键，可以减小系统的投资和能耗。生产厂家提供的一般热泵机组，允许机组进水温度的运行温度范围为-4.3～40.3℃；高效热泵机组允许进水温度达到43.3℃。在国外的实际工程应用中，热泵机组夏季最大进水温度一般为29.4～36℃，冬季最小进水温度根据机组使用的热载体的凝固点温度而确定。在美国，地下水热泵液体进入温度范围如下：在冬季，北方为4.4℃，南方为10℃；在夏季，南方最高为29.4℃。由式（17）和（21）可得热泵机组进水温度对所需地下水流量和系统初投资的具体变化规律，和。结论（1）随着冷却塔散热量的增大，所需地下水流量迅速下降，但是，在不同的冷却水流量下，所需地下水流量的变化规律不同。冷却塔散热量较小时，冷却水流量对所需地下水流量影响明显，而且冷却水流量越小，所需地下水流量随着冷却塔散热量的变化曲线越平坦。（2）在冷却水流量一定时，随着冷却塔散热量的增加，所需地下水流和系统初投资都下降；同时，热泵机组进水温度越高，所需地下水流量和系统初投资越小。（3）在相同冷却塔条件下，地下水取水温度越低，系统所需地下水流量也就越小，打井等费用就大大减低，从而系统初投资也就较低，即在地温低的地区，其系统经济性优于地温较高地区的系统经济性。