某工程湖水冷却热分析

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1、某工程湖水冷却热分析张海玲（宁波市建筑设计研究院有限公司，浙江宁波315012）摘要：本文结合天然湖作为冷却水的水源热泵系统的工程实例，建立了湖水水体表面温度的稳态热传递计算模型，并对其计算数据进行分析，确定了最不利条件下的水体表面温升，为该工程的可行性分析提供理论指导，为以后湖水冷却系统更精确的传热分析奠定了基础。关键词:　水源热泵；　湖水；　冷却Abstract:Theprojectusednaturallakewaterascoolingforwater-sourceheatpumpsystem,forwhich,wate

2、rfacetemperaturemodlewasestablished.Bycaculationganalysisthewatertemperaturechangingwasgainedforclosedeasibilityanalysislater,andgiveafoundationformoreprecisionstudyontheresembleheattransfer.Keywords:water-sourceheatpump;lakewater;cooling中图分类号:TU991　　文献标识码　　文章编号1引言当今

3、社会环境污染与能源危机已成为全人类必须面对并要加以解决的重大课题，在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的供暖空调系统应运而生，而水源热泵技术正是满足这些要求的比较有代表性的低能耗新型供暖空调技术。水源热泵就是从地表水、地下水中提取浅层地热能对建筑物供暖或者将建筑物中的热能释放到这些介质中。在夏季，水源热泵空调系统将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量。在冬季，水源热泵空调系统从水源中提取能量，根据热泵原理，通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。虽然水源热泵被喻为是一种高效、节

4、能、环保的绿色空调系统，然而由于周围环境条件的限制，它有可能对环境产生热污染的问题。本文利用稳态计算法，结合工程实际对不同环境温度和湿度条件下湖水冷却的水温升状况进行了研究探讨，为工程的可行分析提供理论依据。2工程概况该工程地位于山上，常年平均气温15℃最高气温32℃。东临下坑水库支流上的两个山塘水库。经工程改造后水体表面积约为10000m2，正常蓄水位7m，夏季水温22度左右，水质较好。本工程拟采用山塘湖水水体作为天然冷却水为该工程的风冷热泵系统制取5℃~7℃冷冻水。建筑物高度不超过20m，总建筑面积为8900m2。流域地处亚

5、热带季风气候，季节变化显著，年平均风速为2~3m/s。空调系统全面开启时的排热量为85万kcal/h。3冷却计算模型建立空调冷却水池水温借热传导、辐射、对流换热以及蒸发散热而降低。辐射热交换对于其他各型冷却构筑物影响一般不大。由于循环水的冷却是按夏季气温高的不利因素考虑，所以冷却构筑物计算理论主要以水的蒸发散热为依据[1,2]。1、水面的蒸发散湿量(kg/h)，按下式计算：    W=(a+0.00013v)(Pqb-Pq)AB/B1式中A—蒸发表面积，㎡；    a—不同水温下的扩散系数，kg/(m2.h.pa)；    v—

6、蒸发表面的空气流速，m/s；    Pqb—相应于水表面温度下的饱和空气的水蒸气分压力，Pa；    Pq—室内空气的水蒸气分压力，Pa；    B—标准大气压，101325Pa；    B1—当地大气压，Pa。2、水面蒸发带走的热量（万kal/h）Q=rW//4.18/10000式中：r——汽化潜热，kJ/kg。气温较高，蒸发散热起主要作用，在最炎热的夏季水面蒸发总散热量的90%以上由水提供，即总散热量的90%用于带走空调系统排热量。在冬季，由于气温降低，借传导和对流传热的接触散热作用增大，水体蒸发散热从夏季的90%~80%降

7、低到50%左右，严寒时甚至降低到30%。冷却中主要有三种不同的水流:由排水口径直流向取水口的水流叫主流，在一定地区内回旋流动的水流叫回水，原地不流动的部分叫死水。这三种水流的冷却能力均不相同，其中以主流的冷却能力最大，所以对于整个水表面而言，其真正参与换热的面积占总面积的70%左右[3,4]。4计算数据分析保持湖水蒸发表面1万m2不变，基于上述稳态计算模型，分别计算出不同环境温度、不同相对湿度条件下，湖水表面蒸发所带走的散热量，如图1~图5所示。图1空气温度为28℃时，不同相对湿度条件下的湖水表面蒸发散热量图2空气温度为29℃时

8、，不同相对湿度条件下的湖水表面蒸发散热量图3空气温度为30℃时，不同相对湿度条件下的湖水表面蒸发散热量图4空气温度为31℃时，不同相对湿度条件下的湖水表面蒸发散热量图5空气温度为32℃时，不同相对湿度条件下的湖水表面蒸发散热量由上图1~图5可以看出，环境温度越低