0 引言

低纬度地区存在着诸多远离大陆的偏远海岛，由于常年受高温、高湿和强太阳辐射的影响，属于极端热湿气候，海岛上建筑的空调系统几乎需要常年运行。而与之对应的是常规能源的匮乏，无可利用的电网资源，燃煤、燃油、天然气等须依靠船只运送，获取代价高，且保障率低。但该地区海水及太阳能资源丰富。以永暑礁为例，经计算其典型年总太阳辐照度约为6 200.3 MJ/(m2·a)，其处于二类地区，即太阳能资源较丰富地区[1]。因此，本文针对这些特殊条件，综合太阳能发电、能源自给自足型空调及海水源热泵3项技术理念，提出了一种独立光伏海水源热泵系统。

光伏发电技术已在我国应用了几十年，相继渡过了空间应用、地面小规模应用的阶段，现已实现地面大规模利用[2]，在暖通空调领域的应用也日益普遍，并且出现了不依赖其他能源、仅以光伏驱动的空调系统。美国某公司推出了太阳能电池驱动的直流变频空调，日本将光伏空调技术应用于汽车产业。合肥工业大学进行了独立光伏空调及其制冷技术的研究，并提出了光伏空调系统各参量的优化配置方法[2]。

北欧国家的海水源热泵技术较为领先，截至2015年年底，在运行的大型海水源热泵有180多台[3]。其中瑞典和挪威对海水源热泵的应用已经达到了规模化程度。瑞典在波罗的海建立了海水源热泵以进行区域集中供冷[4]；挪威特隆赫姆的Staoil研究中心建立了以氨为工质的大型海水源热泵供热系统[5]；斯洛文尼亚建立了太阳能耦合海水源热泵系统[6]；荷兰建立了海水源热泵供暖及热水供应联合系统[6]。于立强针对青岛东部开发区14万m2建筑选择大型海水源热泵站作为冷热源进行了可行性分析，结果表明，仅在海水源热泵同时负担冬季供暖及夏季空调的情况下，应用才经济合理[7]；胡松涛等人将海水源热泵与空气源热泵能耗进行比较，发现海水源热泵相对节能[8]，并对间接式海水源热泵的中间冷却水温度[9]及取水管线经济比摩阻[10]进行了优化。

本文提出的独立光伏海水源热泵系统集成了光伏技术、能源自给自足型空调及海水源热泵的优点，不依赖常规能源，能够适应极端热湿气候条件下建筑常年的空调负荷。该系统主要针对远离大陆的偏远海岛建筑空调及资源特性，解决其对常规能源的依赖，提高保障率，避开常规能源输送问题，就地解决建筑空调系统用能问题。

1 系统流程和原理

  

1 光伏板 2 控制器 3 蓄电池 4 逆变器 5 压缩机 6 冷凝器 7 蒸发器 8 节流阀 9 板式换热器 10 空调末端设备图1 独立光伏海水源热泵系统原理图

图1为独立光伏海水源热泵系统原理图。独立光伏海水源热泵系统主要组成部分包括：海水源热泵机组、空调末端设备及光伏发/蓄电设备。光伏发/蓄电设备由光伏板、控制器、蓄电池和逆变器等构成。海水源热泵系统中，冷凝器将冷凝热释放给冷却水，海水通过板式换热器将热量带走。蒸发器制备的冷水供给室内空调末端。海水源热泵空调系统所有用电设备的驱动力由光伏发/蓄电设备提供，晴朗白昼，光伏板将太阳能转换成电能，控制器将所得电能优先供给用电设备使用。发电量大于设备用电负荷时，控制器将富余电量送至蓄电池蓄存。夜间或阴雨天气电量不足时，启用蓄电池向海水源热泵空调系统供电。

“轻、松、脆、滑”主要是指演奏的技巧表现，这些音乐技巧对演奏者的表现手法提出要求，为音乐本身服务。要求演奏者在技巧的支撑下，抒发个人情怀，表达幽远的意境。然而就演奏者本身也好，就音乐意境也好，其中都不同程度得暗含儒家、道家思想。

当前，大数据技术刚刚兴起，矿业生产逐渐对大数据技术概念引起重视，未来，随着现代化感知设备的不断开发，新的矿业软件引入，智能时代的开启，对数据的分析将会被智能设备自动检测、分析、调整等，这一系列流程操作将变得更加容易，大数据的应用价值也将会在工业生产中得到充分发掘。

独立光伏驱动海水源热泵系统以海水为冷源，工况稳定。设备用电由光伏板提供，并引入了蓄电池，满足能量的自给自足，即使在夜间或短期阴雨天仍能持续正常运行。该系统适用于电能、化学能获取困难，但太阳能、海水资源丰富的偏远海岛。

2 数学物理模型

2.1 热泵机组数学模型

2.1.1 压缩机的数学模型

压缩机的容量匹配参数采用理论体积输气量，另外，压缩机的耗功率将影响发/蓄电设备的容量。故压缩机模型主要包括：

压缩机理论输气量Vh：

 

(1)

封闭式压缩机输入功率N：

N=(h2-h1)Mr

(2)

压缩机外壳散热量Qc[11]：

Qc=qnN

(3)

式(1)～(3)中 Mr为制冷剂质量流量，kg/s；v1为压缩机进口制冷剂的比体积，m3/kg；ηv为容积效率，取0.85；h1,h2分别为压缩机进、出口制冷剂的比焓，kJ/kg；qn为传递给周围空气的热量与压缩机输入功率之比，取0.2。

2.1.2 冷凝器的数学模型

选用卧式壳管冷凝器，其匹配参数用换热面积来衡量。计算换热面积须先确定水侧、制冷剂侧的换热系数及管壁、污垢等的导热热阻，从而计算总传热系数，继而确定所需的换热面积。

管内(水侧)换热系数αw：

管外(制冷剂侧)换热系数αc：

 

(4)

式中为管内流动介质的平均导热系数，W/(m·K)；v为水流速，为管内流动介质的平均运动黏度，为管内流动介质的平均热扩散率，m2/s；di为管内径，m。

在对照组综合对症治疗的基础上，再予硫酸氢氯吡格雷片75 mg，1次/d口服。治疗3个月为1个疗程，共1个疗程。

另外，五建设计院与中石化广东石油联合研发了“机械清洗油罐”的成套技术和撬装设备，目前已成功应用于 “双壁罐改造”工程中，效果良好。五建设计院SPOOLGEN管道细化软件在五建科威特KNRP项目应用。截至10月31日，共收到图纸90028张，完成87945张，图纸细化完成率为已收到图纸量的97.7%。改变了管道施工的传统工作模式，极大提高了工作效率，降低了项目成本和工程师的劳动强度，同时可以精准地计算和统计管材用量，为项目的降本增效提供了有力支持。

 

(5)

肋管总传热系数Kc：

 

(6)

式(7)，(8)中 λs为水的导热系数，W/(m·K)；Ref为水的雷诺数；Prf为水的普朗特数；c为修正系数，R22当蒸发温度t0为5 ℃时，取0.024 1；vm为质量流速，kg/(m2·s)。

壳侧(水)换热系数αf：

虽然学生使用移动设备进行英语移动学习可以提高学生学习效率，方便学生英语学习。但在学习过程中，学生缺少老师监督，往往会被游戏与聊天等娱乐性功能所吸引，而忘记主要目的——英语学习。此时，老师的适时监督与检查就成为学生在移动学习中的关键因素，通过老师的监督与检查，学生会逐步养成自主学习的习惯。如学习平台上，老师：“同学们，今天大家英语学习的怎么样了，有没有什么问题要问我的？有没有同学要读一下课文，大家可以积极交流，老师在线上为大家把关，大家抓紧时间啊。”通过这样的方式，不仅提升了学习成绩，也为学生养成了良好的学习习惯，让学生在网络世界中做出明智的选择，正确使用网络设备进行移动学习。

由于R22与润滑油互溶，本文不考虑制冷剂侧的污垢热阻。

2.1.3 蒸发器的数学模型

蒸发器采用干式壳管蒸发器，匹配参数同冷凝器，选用换热面积来表征。

总而言之，现在的时代已经成了互联网+时代。对于乡村生态旅游产业来说，若是想要得到可持续的发展，那么也离不开互联网技术的支撑。因此，在实际情况中，乡村生态旅游经营者就应该充分地借助互联网的优势，采取各种有效措施来推动乡村生态旅游的发展。

感觉，按照《现代汉语词典》的解释，是最简单的心理过程，是形成各种复杂心理过程的基础。我的进一步的理解是由于个人情绪的影响，感官往往产生错觉，脱离社会共识，甚或是荒谬的不合情理的、但又是最直观的个人印象个人经验，虽属虚假，也最真实。唯其如此，才成为顾恺之所说的“迁想妙得”的“迁想”的起点，亦即艺术创作活动中“想象力”的起点。“夫江始于岷山，其源可以滥觞”。华君武的自证自悟，落实了其漫画经典之作《误人青春》是始于“那一刹那的感觉——苍老”。

 

(7)

干式壳管蒸发器管侧(制冷剂)换热系数αb：

 

(8)

式(5)，(6)中 L为传热管总数；ηf为肋片效率；分别为肋管垂直部分面积、水平部分面积、总外表面积及基管平均表面积，m2；d0为管外径，m；He为肋片当量高度，m；c′为修正系数，对于水平单管取0.65；λ为冷凝液的导热系数，W/(m·K)；ρl为冷凝液的密度，kg/m3；g为自由落体加速度，m2/s，取9.8 m/s2；r为制冷剂的比潜热，J/kg；μ为冷凝液的动力黏度，N·s/m2；ψ为热流密度，W/m2；l为特征尺寸，对于水平单管取d0，m；Ro为油膜热阻，对于氟利昂，可不考虑；Rp为管壁热阻，m2·K/W；Rf为污垢热阻，通常取8.6×10-5 m2·K/W；τ为肋化系数。

铜光管换热器传热系数K0：

 

(9)

式中 γi为管内侧污垢热阻，本文由于制冷剂流速较高，润滑剂被高速带出，故取0；δt为铜管的壁厚，m；λt为铜管的导热系数，通常取380 W/(m·K)；dm为铜管的均直径，m；γ0为水侧污垢热阻，通常取8×10-5 m2·K/W。

2.1.4 风机与泵的能耗数学模型

风机与泵的能耗影响发/蓄电设备规模，二者能耗可按下式计算[12]：

 

(10)

 

(11)

式(10)，(11)中 Nf，Nb分别为风机、泵的能耗，kW；p为风机的全压，Pa；Q为风机或泵的流量，m3/h；ηj，ηb分别为风机、泵的效率；ρ为液体密度，kg/m3；H为泵的扬程，m。

2.2 板式换热器数学模型

板式换热器的匹配参数为换热面积，其两侧介质分别为冷却水和海水。

在党的指导思想上，李达旗帜鲜明地指出它就是马克思主义，在《讨论社会主义并质梁任公》和《评第四国际》等文章中，李达反复强调倘若背离了马克思主义原则，党就不可能担负起领导无产阶级和劳动者与敌对阶级争斗的重任。在《马克思还原》《马克思学说与中国》等文章中，李达指出共产党必须以马克思主义为指导，必须向广大劳动阶级宣传马克思学说。

两侧介质的换热系数α：

 

(12)

总传热系数K：

 

(13)

式(12)，(13)中 Re为介质的雷诺数；Pr分别为介质的普朗特数；λm为介质的导热系数，W/(m·K)；de为板式换热器板片当量直径，m；α1，α2分别为板式换热器冷却水侧和海水侧的换热系数，W/(m2·K)；R1，R2分别为水、海水侧的污垢热阻，分别取4.3×10-5，8.6×10-5 m2·K/W；δb为板片厚度，m；λb为板片的导热系数，板片材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，取16.8 W/(m·K)。

2.3 光伏发电数学模型

光伏板匹配参数用其面积Am来表示，由下式计算[13]：

 

(14)

综合修正系数M：

 

(15)

逆变器容量C：

式(14)～(16)中 PZ为系统功率，kW；θ为光伏板表面盖板入射辐射透射吸收因子，取0.8；IT为太阳辐照度，kJ/(m2·h)；η为光伏板的光电转换效率，取15%；b为入射角改变纠正系数，通常取0.05；i为太阳入射角，取永暑礁夏季典型入射角3.44°；PF为空调功率因数，取0.8；ηm为逆变器效率，取90%。

 

(16)

千禧年快到了，如果不出意外，副局长的位子应该是他的了。现在情况不同了，他妻子带着孩子回娘家住了，母亲因为血压高经常住医院。他一个人住在这里，第一次感到有点孤单。

3 系统设备规模匹配关系

3.1 热泵机组关键部件的匹配

海水源热泵系统为开式间接式系统，制冷剂为R22。选取近年来南海年均表层水温28.2 ℃[14]为板式换热器海水侧进口温度。设定板式换热器制冷剂的进口温度与热媒出口温度之差为1 ℃，冷却水温升为5 ℃。热泵系统工况参数见表1。

 

表1 热泵系统工况参数 ℃

  

蒸发温度冷凝温度冷水供回水温度冷却水进出口温度冷凝器出口过冷度蒸发器出口过热度540.27/1229.2/34.235

行动主张：在质量需求的识别过程：建议学院或系部、教研室做好专业需求的社会调研，结合学生层次识别其固有特性满足的程度，确定达到质量要求的任务；在质量目标定义过程：学院、教务处、各系、教研室确定为达到质量要求其任务的目标值应该怎样，注意必须是一个能够量化的指标，以及各教研室根据具体情况，提出更高的质量目标，创造精品教学工程。在质量目标的实现过程：建议学院、教务处、系或教研室制定内控标准，实施目标管理、过程监控，阶段考核，持续改进的方法。

由式(1)～(3)计算得其理论输气量为552 m3/h，总耗功率为90.86 kW。

3.1.2 冷凝器的匹配[15]

卧式壳管式冷凝器的传热管为紫铜肋管，导热系数为384 W/(m·K)，换热管外径为13.124 mm，内径为11.11 mm，肋片外径为15.8 mm，肋片厚度肋基处为0.368 mm，肋顶为0.232 mm，肋片间距为1.025 mm。

经计算可得，冷凝器的传热系数为1 014 W/(m2·K)，热流密度为8 367 W/m2，所需传热面积为69 m2。换热管总数为230根，分为2个流程，单程有效长度为1.95 m。

3.1.3 蒸发器的匹配

干式壳管蒸发器的换热管为内螺纹铜管，外径为12 mm，壁厚为1 mm。经计算可得，蒸发器的传热系数为2 202 W/(m2·K)，热流密度为6 430 W/m2，所需换热面积为78 m2。换热管总数为534根，分为2个流程，单程有效长度为3.9 m。

3.2 板式换热器的匹配

设定板式换热器两侧水流量相等，参数分别为：海水侧的海水进出口温度为28.2 ℃/33.6 ℃，流量为27.48 kg/s；冷却水侧的冷却水进出口温度为34.2 ℃/29.2 ℃，流量为27.48 kg/s。经计算可得，传热系数为2 934 W/(m2·K)，所需换热面积为261 m2。

热泵机组主要部件及板式换热器的匹配参数汇总于表2。

课程可以分为理论课程和实践课程，而普通高校比较擅长于理论课程的讲授，而容易忽视实践课程的教学，导致部分社区成员社区学习的兴趣不大。社区成员迫切需要的保健、家政、阅读、休闲和提高交往能力的课程，普通高校往往因认识角度问题而认为不重要，不予开设。

 

表2 热泵机组及板式换热器的匹配参数

  

制冷量/kW冷凝器传热系数/(W/(m2·K))冷凝器传热面积/m2蒸发器传热系数/(W/(m2·K))蒸发器传热面积/m2板式换热器传热系数/(W/(m2·K))板式换热器传热面积/m25001014692202782934261

3.3 室内末端的匹配

仍以500 kW冷负荷为模块，冷负荷面积指标取100 W/m2，则冷模块可负担的建筑面积为5 000 m2，人员密度取0.1人/m2，对应总人数为500人。

新风量Gw1：

3.1.1 压缩机的匹配

Gw1=nτlw

(17)

式中 lw为办公建筑每人所需最小新风量，取30 m3/(人·h)；nτ为计算时刻空调区内的总人数。

湿负荷W(仅考虑人体散湿)：

W=0.001β nτw

(18)

式中 β为群集系数，取0.93；w为一名成年男子每小时散湿量，取102 g/h[16]。

空调系统选用风机盘管加新风形式，新风不承担室内负荷。以永暑礁为例(见图2)：选取夏季室外计算干球温度为29 ℃，湿球温度为26.3 ℃(W点)；室内空调设计干球温度为25 ℃，相对湿度为60%(N点)。

  

图2 室内空气处理过程

新风机组处理新风到机器露点L(干球温度20.5 ℃、比焓55.5 kJ/kg)；风机盘管处理室内回风到M点(干球温度17.9 ℃、比焓47.3 kJ/kg)，然后二者混合至送风状态点O(干球温度18.1 ℃、比焓48 kJ/kg)。

该大学负责招生的克利斯多夫·古登塔格说:“我理解学生们的心情。四年前，我女儿上学前班被拒，我都很痛苦，更何况是经过各种努力的高中生和他们的家长呢。”

计算结果见表3。

 

表3 空调末端匹配参数

  

热湿比风机盘管新风机组ε/(kJ/kg)风量/(m3/h)冷量/kW风量/(m3/h)冷量/kW3787916817250115000143

4 热泵系统与光伏发电的匹配

热泵系统的耗电设备包括：压缩机、海水泵、冷却水循环泵、冷水循环泵、风机盘管、新风机组风机。总电功率为146.55 kW，设计工况下系统能效比为3.41。利用DeST模拟全天逐时部分负荷率变化，进而计算得到耗电量的逐时变化规律。结合当地典型日全天逐时太阳辐照度IT[17]计算得到单位面积光伏板的发电量变化规律。由于蓄电池的蓄电量一日之内的衰减不足1%，因此不计蓄电池电量损耗。故按照光伏板总发电量与系统总耗电量相等的原则，以1 d为周期，对发/蓄电设备进行匹配。结果表明，500 kW冷负荷模块对应的光伏板面积为11 977 m2。系统全天的实时耗电功率及光伏板实时发电功率的变化规律如图3所示。蓄电时段为09:30—17:30，总蓄电量为4.79 GJ，逆变器容量为204 kW。图中麻点部分的面积表示蓄电池所应满足的蓄电量，斜线部分的面积表示的系统部分功耗由蓄电池提供，即两部分面积相等。

  

图3 系统耗电功率与光伏发电功率变化规律

5 匹配结果汇总

系统各主要部件之间的优化匹配关系如表4所示。

 

表4 系统各主要部件的优化匹配关系

  

冷负荷/压缩机输气冷凝器蒸发器板式换热器风机盘管新风机组光伏板蓄电池逆变器kW量/(m3/h)面积/m2面积/m2面积/m2风量/(m3/h)冷量/kW风量/(m3/h)冷量/kW面积/m2容量/GJ容量/kW500552697826116817250115000143119774.79204

6 结论

1) 独立光伏海水源热泵系统不依赖于电网资源、燃煤、燃油、天然气等常规能源，而仅借助光伏技术，以海水为冷源，能够满足极端热湿气候常年空调负荷的需求。

2) 以500 kW冷负荷模块为基准，计算得到了海水源热泵、空调末端设备与光伏装置之间，及海水源热泵内部各关键设备之间的优化匹配关系。

本文的研究结论可供低纬度地区偏远海岛建筑空调设计建设参考。

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