地源热泵毛细管网空调系统热力学分析.docx

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1、地源热泵毛细管网空调系统热力学分析一、引言地源热泵毛细管网空调系统是一种环保节能和有利于可持续发展的空调形式，近年来，我国开始在空调工程中使用，与传统的空调系统相比，毛细管网+地源热泵空调系统具有许多优点，诸如节能舒适等，为了进一步的了解地源热泵系统的性能，本文应用热力学第一定律和热力学第二定律的理论知识对其进行热力学分析。1、地源热泵+毛细管网空调系统的工作原理在制冷工况时，冷却水通过循环水泵从地埋管抽出，经过三通阀A送至冷凝器，然后与工质进行热交换，然后再经过三通阀B流回地埋管，同时从蒸发器出来的冷冻水经过三通阀C给毛细管网末端空调供水，吸收室内热量后经过

2、三通阀D回到蒸发器，完成一个循环。在制热工况时，冷却水经三通阀A流经蒸发器，与工质热交换，然后经三通阀B流回地埋管，同时从冷凝器流出的空调供水经过三通阀C进入毛细管网供给室内热量后，经过三通阀D回到冷凝器，完成循环。二、热力学分析2.1建立模型本文假设系统处于稳态稳流状态，流体输送过程中，能量损失和流动损失忽略不计。热力学第一定律分析常以性能系数COP为指标，COP=Q/W(1)式中，Q为制热量或制冷量，W；W为输入功率，W。将系统分为两部分：热泵机组和毛细管网空调末端，首先对地源热泵机组建立模型，运用热力学第一定律和热力学第二定律进行热力学分析。2.2热泵机

3、组模型在制冷工况时，由热力学第一定律得：Q1=W+Q2（2）式中，Q1为室外换热量，W；Q2为冷负荷，W；W为输入功率，W。由热力学第二定律，㶲平衡式：W+EQ2=EQ1+L1（3）EQ1=(1-T0/T1)×Q1（4）EQ2=(1-Tm/T2)×Q2（5）㶲效率:η=EQ2∕W(6)Tm=(T5+T6)/2热泵在制热工况运行时，由热力学第一定律得：Q2=W+Q1（7）式中：Q2为热负荷，W；Q1为室外换热量，W；W为热泵机组的输入功率，W。由热力学第二定律得：W+EQ1=EQ2+L1（8）EQ1=(1-T0/T1)×Q1（9）EQ2=(1-Tm/T2)×Q2

4、（10）㶲效率:η=EQ2∕W(11)β=1-（

5、EQ1-EQ2

6、+W）地源/（

7、EQ1-EQ2

8、+W）空气源（12）对于地源热泵，To=（T8+T7）/2；对于空气源热泵，To为室外温度（℃）。式中，W为热泵机组的输入功率，W；EQ1为与冷却水热交换的热量㶲，J；EQ2为冷量㶲（收益㶲），J；L1为热泵机组的㶲损失，J；T1为工质的蒸发温度，℃；T2为工质的冷凝温度，℃；T5为空调供水温度，℃；T6为空调回水温度，℃；T7为冷却水供水温度，℃；T8为冷却水回水温度，℃。2.3空调末端模型根据以下公式，可以得出空调供回水的质量流量Ｍ。Q=CPM（T5-T6）（

9、13）式中，Q为室内冷热负荷，W；M为空调供水的质量流量，Kg/s；T5为空调进水处的温度，℃；T6为空调出水处的温度，℃；L2为㶲损失，W。由热力学第二定律，对于开口的稳态稳流系统，由ex=(h-h0)-Tn(s-sn)=Cp(T-Tn)-T0(CpLnT/T0)（14）式中：ex为工质焓㶲，kJ/Kg；T0为环境温度，℃；T为工质进出口温度，℃；Cp为定压比热，kJ/（Kg·K）。由㶲平衡式可得：W+M∙ex5=Eq+M∙ex6+L2（15）ΔE=M(ex5−ex6)（16）㶲效率:η=Eq/W+ΔE（17）节能比：β=1−(ΔE+W)毛细/(ΔE+W)盘

10、管（19）式中，W为循环水泵的功率，W；M为空调供水的质量流量，Kg/s；Eq为收益㶲，W；ex5为空调进水出单位质量的焓㶲，J/Kg；ex6为空调出水处单位质量的焓㶲，J/Kg；L2为㶲损失。3实例分析本文以某地建筑作为平台，建筑面积675.3m2，共三层，建筑总高度10.4m，夏季室外温度35℃，冷负荷29410.01W，冬季室外温度-7℃，热负荷为30211.45W，室内温度夏季为26℃，冬季为20℃。下表为空气源热泵+风机盘管空调系统与地源热泵+毛细管网空调系统的主要参数。表1两系统主要参数比较系统名称地源热泵+毛细管网空调系统空气源热泵+风机盘光空调

11、系统T0（℃）（夏/冬）27.5/-235/-7T1（℃）（夏/冬）8/-52/-10T2（℃）（夏/冬）45/4550/55T5（℃）（夏/冬）18/327/45T6（℃）（夏/冬）20/2812/40T7（℃）（夏/冬）25/1环境温度T8（℃）（夏/冬）30/-3环境温度W（w）（制冷）656010504Q1（w）（制冷量）29410.0129411.01W（w）（制热）638016156Q1（w）（制热量）30211.4530211.45表2地源热泵与空气源热泵的热力学分析结果工况制冷制热系统名称地源热泵空气源热泵地源热泵空气源热泵T0(℃)27.53

12、5-2-7T1(℃)82-5-10T2