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空气源热泵冷暖两联供系统运行策略研究

空气源热泵冷暖两联供系统运行策略研究

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作者：周浩天西南科技大学

学位级别：硕士

随着人们对生活品质要求的不断提高,供冷暖系统逐渐成为人们生产和生活不可或缺的一部分。空气源热泵冷暖两联供系统凭借其高效节能、健康舒适的特点逐渐受到人们青睐,近三年来年均市场增长率超过了30%。虽然空气源热泵冷暖两联供系统... 详细信息

随着人们对生活品质要求的不断提高,供冷暖系统逐渐成为人们生产和生活不可或缺的一部分。空气源热泵冷暖两联供系统凭借其高效节能、健康舒适的特点逐渐受到人们青睐,近三年来年均市场增长率超过了30%。虽然空气源热泵冷暖两联供系统被广泛应用,但是对其室内舒适度和系统运行能耗等方面的认知还处于工程运行阶段,对其系统性的研究较少。本文在夏热冬冷地区办公建筑内搭建了一套空气源热泵冷暖两联供实验系统,从系统的运行策略出发,对室内外环境参数、室内热舒适性、系统运行能效及能耗等方面系统地进行了研究。首先探究了不同供水温度对冷暖两联供系统室内环境参数、室内热舒适性、系统运行能效及系统能耗的影响。结果表明,冬季供暖时室内空气温度处于20.19℃～24.47℃之间,室内最大垂直温差为2.67℃,室内热舒适性满足Ⅱ级舒适区条件(-1≤PMV≤1),且采用供水温度40℃、35℃比供水温度45℃时的能耗节省了13.65%、26.87%。夏季供冷时室内空气温度在23.14℃～25.26℃之间波动,室内最大垂直温差为2.91℃,供水温度为15℃时PMV值略微超出Ⅱ级舒适区,但热舒适性仍可接受,供水温度为7℃、11℃时室内热舒适性满足Ⅱ级舒适区条件;采用供水温度11℃、15℃比供水温度7℃时的能耗分别节省8.34%、15.75%。然后在相同供水温度条件下探究对流末端、辐射末端及对流辐射联合末端运行时室内环境参数、室内热舒适性、系统运行能效及系统能耗的变化规律。结果表明,对流末端系统可以快速调节室内空气温度,辐射末端系统调控室温时存在滞后性,但带有辐射末端的供冷暖系统可以提高室内整体热舒适性。冬季供暖时,室内空气温度与PMV值之间呈现显著弱相关,拟合优度为0.427;平均辐射温度、操作温度与PMV值之间呈现显著强相关,拟合优度分别为0.982、0.997,因此建议使用操作温度作为室内温控器的控制指标。夏季供冷时,室内空气温度、平均辐射温度、室内操作温度与室内PMV指标之间呈现显著强相关,拟合优度分别为0.979、0.991、0.991,因此室内空气温度、操作温度都可作为室内温控器的控制指标。最后对同种供冷暖系统在不同间歇运行策略下进行实验研究,探究不同间歇运行策略对供冷暖系统室内环境参数、室内热舒适性、系统运行能效及系统能耗的影响。结果表明,间歇运行策略可以节省系统运行能耗,且夏季比冬季更适合采用间歇运行策略。当系统关闭时长约为全天时长的60%时,冬季冷暖两联供系统、风机盘管系统、地板辐射系统分别节省25.48%、37.39%、39.73%的能耗;夏季冷暖两联供系统、风机盘管系统分别节省52.86%、44.48%的能耗。除此之外,为了保证人员进入室内时满足Ⅱ级舒适区条件,冬季供暖时建议冷暖两联供系统、风机盘管系统提前1～2h开启,地板辐射系统提前3～4h开启;夏季供冷时建议冷暖两联供系统、风机盘管系统提前0.5h开启。

关键词：冷暖两联供系统运行策略供水温度对流辐射联合末端间歇策略

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夏热冬冷地区窗墙比对两联供系统能耗及舒适度的影响研究

夏热冬冷地区窗墙比对两联供系统能耗及舒适度的影响研究

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作者：刘娜西南科技大学

学位级别：硕士

玻璃幕墙或大窗墙比由于其良好的建筑外观特性和更多的自然采光而受到建筑设计和使用者的欢迎。玻璃幕墙或大窗墙比直接影响室内热环境、空调系统能耗和室内热舒适度。本文针对大窗墙比对空气源热泵两联供系统能耗及舒适度的影响问题,... 详细信息

玻璃幕墙或大窗墙比由于其良好的建筑外观特性和更多的自然采光而受到建筑设计和使用者的欢迎。玻璃幕墙或大窗墙比直接影响室内热环境、空调系统能耗和室内热舒适度。本文针对大窗墙比对空气源热泵两联供系统能耗及舒适度的影响问题,在夏热冬冷地区某办公建筑内搭建对流辐射冷暖两联供系统,并改变窗墙比,对不同空调系统形式下该房间的室内外热湿环境、围护结构内表面温度、不同距窗净深位置(窗口到房间的距离)垂直温度、室内整体热舒适、室内局部位置热舒适及系统能耗进行了实验研究。主要工作如下:(1)搭建不同窗墙比、不同供冷暖方式试验台及测试系统。搭建对流辐射冷暖两联供系统,其中对流末端为风机盘管,辐射末端为干式地板辐射,测试房间测点包括室内空气温湿度测点、围护结构内表面温度测点与室内垂直温度测点。基于等效热阻法进行等效窗墙比设计,计算铝箔隔热棉的厚度,并按办公建筑设计规范(JGJT67-2019),选取窗墙比的研究范围(40%～80%),确定并选择冬夏季空调末端形式和运行策略。(2)不同窗墙比以及不同供暖形式对室内舒适度及供暖系统能耗的影响。采用地板辐射和风机盘管系统进行供暖对比实验,窗墙比的增加导致室内温度波动增加,但地板辐射系统的室内温度波动相对较小。不同供暖系统下,随着窗墙比的增加,整体预测平均投票(Predicted Mean Vote,PMV)保持在I级舒适要求范围内(-0.5～+0.5)。实验测试期间,在风机盘管系统作用下、窗墙比为80%时,距窗净深位置为0.60m的PMV值在4:00时为-1.98,不满足局部舒适要求。相同供暖方式下,供暖能耗随着窗墙比的增加而增加。地板辐射系统下,窗墙比80%较窗墙比50%能耗增加17.21%。风机盘管系统下,窗墙比80%较窗墙比40%能耗增加75.49%。地板辐射供暖系统具有较高的平均小时制热性能系数,因此建议在冬季采用地板辐射系统,并在满足建筑需求的情况下尽可能降低窗墙比。(3)不同窗墙比以及不同供冷形式对室内舒适度及空调系统能耗的影响。采用对流辐射和风机盘管系统进行供冷对比实验,窗墙比的增加导致室内温度波动增加,但对流辐射系统的室内温度波动相对较小。不同供冷系统下,随着窗墙比的增加,室内整体PMV值在II级舒适要求范围内(-1.0～+1.0)。实验测试期间,在风机盘管系统作用下、窗墙比为80%时,距窗净深位置为0.60m的PMV值在17:30时为1.26,不满足局部舒适要求。在风机盘管系统作用下,供冷能耗随着窗墙比的增加而增加。窗墙比80%较窗墙比40%能耗增加7.11%。在对流辐射系统作用下,由于小窗墙比的非透明围护结构面积大,蓄冷耗能多,且其当日平均太阳辐射量较大,在该系统下,供冷能耗随窗墙比的增加而减少,窗墙比80%较窗墙比40%能耗减少29.26%。与对流辐射供冷系统相比,风机盘管系统其对流方式处理辐射负荷是低效的,在辐照情况下,室内舒适较差,且对流辐射供冷系统具有较高的平均小时制冷性能系数,因此建议在夏季采用对流辐射系统,并在满足建筑需求的情况下尽可能降低窗墙比。(4)基于室内太阳直射区域的太阳辐照影响分析。考虑太阳辐照的影响,发现各工况在辐射区域外的平均辐射温度上升有限,而在辐射区域内的平均辐射温度上升幅度较大。考虑太阳辐照时室内辐射区外的预测平均投票((PMV))相比于不考虑太阳辐照时的预测平均投票((PMV))仅增加了0.01～0.12;而辐射区内的(PMV)相比于(PMV)却增加了0.56～0.87,对流辐射供冷系统下舒适度由舒适转为不适,在风机盘管供冷系统下出现严重热不适。对流辐射供冷系统具有较好的辐射热处理能力。

关键词：窗墙比冷暖两联供系统太阳辐射距窗净深位置热舒适

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基于体感温度的两联供控制系统设计及可靠性分析

基于体感温度的两联供控制系统设计及可靠性分析

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作者：杨智显西南科技大学

学位级别：硕士

随着生活水平的提升,人类对冷暖系统的需求逐步上升。近年来,空气源热泵冷暖两联供系统因其节能、舒适等特点逐步被使用者所知悉。但是大部分的空调控制系统都是以空气温度作为控制温度且都缺少相对应的可靠性分析。本文设计并实现了基... 详细信息

随着生活水平的提升,人类对冷暖系统的需求逐步上升。近年来,空气源热泵冷暖两联供系统因其节能、舒适等特点逐步被使用者所知悉。但是大部分的空调控制系统都是以空气温度作为控制温度且都缺少相对应的可靠性分析。本文设计并实现了基于体感温度的冷暖两联供控制系统,对设计的系统进行了可靠性分析,并对系统中的485通信模块进行了危害性分析(Criticality Analysis,简称CA分析),CA分析完成后,再使用改进的D-S证据理论(Dempster-Shafer evidence theory,简称D-S证据理论)设计完成了CA软件,两者结合证明了软件的可用性。具体如下:1.针对传统冷暖两联供系统以空气温度作为控制温度存在的不足,为全面提升使用者在使用该系统时的舒适度,研究开发了基于体感温度的冷暖两联供系统。首先对系统总体设计与控制模式做了介绍,对应相关控制模式的实现,采用STM32(STMicroelectronics 32,简称STM32)为核心控制器,结合温度传感器计算露点温度,温湿度传感器计算露点温度,继电器控制风机盘管、地暖启停,三通阀控制地暖水温高于露点温度,485通信实现温控器、系统控制器和主机之间的数据通信等相关控制逻辑,完成了对冷暖两联供系统的硬件设计与软件设计。有效实现了通过体感温度控制风机盘管和地暖相应功能的预期设定。2.针对大多数空调控制器缺少可靠性设计分析的不足,为有效提升本文设计的冷暖两联供控制系统的可靠性,本文通过对系统控制器的先决分析和故障模式和影响分析(Failure Modes and Effects Analysis,简称FMEA),确定了该系统在设计和制造过程中可能存在的故障模式,分析其失效机理,为后续提升系统可靠性提供了依据。3.针对传统风险优先数(Risk priority number,简称RPN)方法评分简单单一,只考虑单个专家的评分意见,本文使用修改后的D-S证据理论用于处理和建模从FMEA的多个专家处收到的评估信息的差异和不确定性。该方法汇总了多个专家关于风险因素的评估信息。每个专家对每种失效模式的每个风险因素的评估结果被视为一个新的证据主体。完成对所有专家评分的数据融合,通过D-S数据融合算法得出的RPN值较传统RPN方法更接近均值,证明了本融合算法的可行性。最后基于D-S数据融合理论,开发实现了一款CA软件,通过对温控器和系统控制器中的485通信模块进行分析,证明了软件的可用性。

关键词：体感温度冷暖两联供系统 FMEA分析 D-S数据融合 CA分析

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