课题题目及来源 课题题目 长春玫瑰园联体别墅供暖系统设计 课题来源 自拟 课题研究的意义和国内外研究现状 课题研究的意义 首先，研究此课题不仅仅是对别墅供暖系统的设计，更重要的意义是：这次毕业设计是我第一次独立的完成一项工程，在这次设计的过程中，会了解做工程的步骤、要求、规范，学习和再学习没学过的、学过的知识。将理论和实际相结合，提高专业能力和专业认知，是对我的一次历练，为以后更好的学习空调设计以及地源热泵的有关知识奠定了基础。 在中国现代化的历史上，能源曾长期与瓶颈一词紧密相连，节能也曾是人们耳熟能详的一个名词。今天，能源和节能问题并没有成为历史，高速迈进的社会经济步伐和走可持续发展之路的国家战略，为这些老问题赋予了新的时代内涵。在东北地区，重工业的发展不仅仅消耗大量的能源而且还排放各种污染大气环境的气体。由于冬天温度很低所以一般采用锅炉供暖，燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染。因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。传统的采暖模式因其产生的环境污染的正面临着严峻的挑战，这种严峻的形势迫使人们找寻一种绿色节能的供热方式。此时，地埋管地源热泵及地板辐射供暖系统这一新技术因其在环境保护和能源节约方面的显著效果而被看好，作为一种有益于环境保护和可持续发展的热源形式，已经引起了公众的广泛兴趣。 典型的地源热泵地板辐射供暖系统由集热环路、热泵和供热环路组成。集热环路主要包括埋地换热器、集热水泵和管路系统组成；供热环路主要包括：地热盘管、循环水泵、分水器、集水器和管路系统组成。冬季工况系统工作过程：载热介质在埋地换热器中从土壤吸收热量后，进入蒸发器与制冷剂换热，并通过热泵循环进行供热，降温后集热介质在管道泵的作用下回到换热器，完成一次循环。热泵的冷凝器与供热环路连接，循环介质温度升高后，进入地板换热盘管，放出热量后温度降低，由循环水泵送到冷凝器吸热，完成一次循环。 地源热泵地板辐射供暖系统主要通过地面下辐射换热盘管，利用地面自身的蓄热辐射热量向地面空间散发，维持该空间具有比较稳定的舒适状态。低温地板辐射供暖给人以脚暖头凉的舒适感，符合人体生理学调节特点，提高室内环境的舒适度；地源热泵系统利用了土壤、井水、湖泊等天然能源，可以减少对常规能源的摄取，为开发利用新能源提供了新途径。热泵可以再输入一份高位能条件下输出三分左右的热能，节约部分高位能。低温地板辐射供暖可以在比室内正常设计温度低2-3℃情况下达到与对流散热系统相同的舒适度，比传统的采暖要节约能源；地源热泵系统以土壤、井水、湖泊等天然能源作为热源，既没有燃烧、排烟，也没有空气源热
泵的噪音和热污染，同时，也不需要堆放燃料和废弃物的场所，符合环保要求；地源热泵系统的地下换热器与地板辐射换热管的寿命一般在50年以上，热泵机组平均寿命也在20年以上，使用寿命长。 地源热泵低温地板辐射供暖系统的设计，应根据当地的土壤资源、建筑物的类别、气候条件、系统的经济性等综合因素确定。目前，地源热泵低温地板辐射供暖系统研究开发工作正处于起步阶段，但研究新型的地源热泵低温供暖系统，并不断提高其可靠性和经济性，以便在不久的将来逐步实现地源热泵技术的实用化和商品化，这对于我国寻求能源和环境两大社会问题的出路具有极其深远的意义。 国内研究现状 我国热泵的研究开始于20世纪50年代，天津大学热能研究所开展了我国热泵的最早研究。1956年吕灿仁教授的“热泵及其在我国应用的前途”一文是我国热泵研究现存最早的文献。1960年同济大学吴沈钇教授发表了“简介热泵供暖并建议济南市使用热泵供暖”；1963年原华东建筑设计院与上海冷气机场开始研制热泵式空调器；1965年上海冰箱厂研制成功了我国第一台制热量为3720W的CKT-3A热泵型窗式空调器；同时，天津大学与天津冷气机场研制成国内第一台水源热泵空调机组。同一时期，由原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕教授、吴元炜教授领导的科研小组，根据热泵理论首次提出应用辅助冷凝器作为恒温恒湿空调机组的二次加热器的新流程，是世界首创的新流程。 哈尔滨工业大学姚杨教授等提出一种适合于以空调负荷为主，采暖负荷为辅的全新空调系统形式，即土壤蓄冷与土壤源热泵集成系统。哈尔滨工业大学热泵空调技术研究所先后建立了同井回灌地下水源热泵地下水运移的数学模型，并推导了单一均质介质含水层中定流量同井回灌地下水源热泵地下水渗流的分析解，对同井回灌地下水源热泵地下含水层温度场进行了数值模拟。 西安交通大学能源与动力工程学院的马良栋等对低温地板辐射供暖房间进行了数值模拟，并分析了室内温度分布特征及流动特性，得出了室内空气温度分布随室内高度的变化关系、围护结构表面温度及热流的分布特性，数值结果表明了在室内主流区域空气温度分布均匀，其温差在 1℃左右，从而说明了低温地板辐射供暖舒适性的原因。 淄博市环保供热有限公司，通过实例分析了低温水地板辐射供暖方式与传统对流供暖方式在人体热舒适方面的差异,指出低温水地板辐射供暖是一种舒适节能的供暖方式。实践证明，室内热舒适性不仅与地板表面温度的大小有关，而且在很大程度上还取决于地板表面温度的分布情况。 西安交通大学能源与动力工程学院在建立了地板辐射供暖的数学模型的基础上，利用 SIMPLER 计算程序对其进行了数值模拟，得出了地板辐射加热面不同位置处地板表面的温度分
布规律。 国外研究现状 地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士佐伊利（H .Zoelly）的一份专利文件中开放式地下水热泵系统在20世纪30年代被成功应用。20世纪50年代欧洲和美国开始了研究地源热泵（GSHP）的第一次高潮，美国爱迪生电子学院最早研究闭式环路热泵系统。20世纪70年代，瑞典的研究人员开始应用塑料管在闭式环路地源热泵系统上，地源热泵的推广应用迅速展开。 地源热泵技术在北美和欧洲已非常成熟。系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。美国地源热泵系统占整个空调系统的20%，到1997年底，美国有超过3万台GSHP，每年约提供8000–11000 GWh的终端能量，有600多所学校安装有GSHP，美国地源热泵的销售数量以每年20%的速度递增，2000年全美销售数量达40万台。北美对地源热泵应用偏重于地源热泵全年冷热联供，采用闭式水环热泵系统（WLHP）。欧洲国家偏重于冬季供暖，采用热泵站方式集中供热供冷。 我国气候条件与美国比较相似，北美的地源热泵方式对我国更具借鉴意义。 地板辐射供暖在国外的应用比较早，相应的实验研究也比较早。早在20 世纪 50 年代 Schutrum 和 Humphreys 就在 ASHVE 研究实验室作了均匀环境(围护结构表面温度相等)、不均匀环境(围护结构表面温度不等)和不同地面装修情况的热工实验，在同一时期，Sartain 和 Harris 在 4 间采用不同绝热地面材料的实验房间内进行了地板供暖系统的实验研究,测量了地面不同覆盖物和室内外温差情况下的水温和地表的热流。 法国的 J.Miriel, L. Serres , A.Trombe 用实验和模拟相结合的方法对辐射顶板进行了研究。作者分别模拟了辐射顶板在供热供冷时的室内热舒适参数，并用实验的方法对其正确性进行验证，指出这套模拟系统可以推广到计算年能量消耗和办公建筑热舒适条件的研究。从实验和模拟的结果可以得出，辐射顶板是可以用在保温较好的建筑中进行供热供冷,并可节能 10%。Ling 等人研究了基于热舒适性规则的地板辐射供暖的设计方法。日本的 Haruo 对地板辐射房间的辐射与对流热交换的基础研究。南韩的 Sung-HwanCho 进行了对地板辐射供暖的温度控制的实验测试。通过这些研究和测试，使人们对地板辐射供暖技术有了更多的认识。
课题研究的主要内容和方法 研究过程中的主要问题和解决办法 本课题以长春联体别墅为背景，设计供暖系统解决建筑的冬季采暖问题。以地热为能量来源，选择地源热泵作为能量转换的设备，并在建筑内合理的布置相应的设备、管道，达到满足要求的供热需求。 1．空调热负荷计算：根据气象资料提供的数据以及设计规范要求的的冬季温度条件，确定室内外空气的设计参数。根据建筑物结构特点，考虑其他因素影响的修正，确定建筑物各个部分的导热系数，参考常规空调建筑物冷热负荷的计算方法，确定建筑物夏季所需要的热量。 3．确定机组方案：确定选用的机组类型与台数。 4．确定地下埋管的管材、半径、长度，竖井的数目及间距：根据计算所得的.热负荷，参考其他设计、实验资料的结果，根据埋管的传热特性，结合当地的土壤特点，确定选用埋管的材料、半径、长度，竖井数目及间距。 5．管路的连接方式：地热换热器管路连接有串联和并联之分，主要取决于安装成本，同时也要考虑到串并联系统管子与土壤之间的传热效果。室内管路连接同时要考虑到安装成本、美观性、便于操作检修。 6．水利计算：根据所需输送介质的流量，选择不同的管段的尺寸，满足所需的负荷，并通过水利计算，调整管段的尺寸，保证平衡，以保证流体的流动满足设计要求。 研究过程中的主要问题和解决办法 1．理论知识的实际应用：之前没有接触过地源热泵，只接触过热泵基本的理论知识，在地源热泵理论知识这方面了解甚少，此次设计涉及到的知识面比较广，在知识匮乏的情况下做一个完整的地源热泵供暖系统的设计是比较困难的。所以，需要借阅相关的书籍，请教老师与同学，扩充知识，对地源热泵有一个系统的认识。 2．保温材料的选择：一般工程建筑材料中保温材料一般选择苯板，但是由于苯板有容易燃烧、遇火熔化，且燃烧时释放有毒物体，承载能力低，含有有害健康的挥发物，易老化，保质期6年，通常1年后会变形，出现地面沉降或裂缝，在60oC时马上变形老化这些缺点，所以就得找另一种保温材料。经过查找资料发现，泡沫混凝土（发泡水泥）没有苯板出现的缺点，不易燃烧，承载能力、耐久性、环保性、施工速度和隔音性能均优于苯板，所以，采用发泡水泥作为保温材料。 3．地下埋管过程的计算：由于是初学者，对于地下埋管的计算根本没有经验，而且土壤的传热系数变化很大，受土壤的种类、密度、孔隙率、比容、含湿量等因素的影响传热过程复杂，对垂直埋管来说，纵向尺寸较大且既有进水，又有回水，相互之间还有热量的传递，
实际传热过程难于确定。难于进行精确的定性分析，在计算过程中难免会出现错误或者误差较大。所以，在参考其他研究资料的基础上，进行合理的简化在考虑尽量严谨的情况下我会尽量减小误差求解得最终方案。 4．管路连接及水力计算：考虑管路连接的主要因素是投资成本，由于是第一次系统的设计管路连接，没有经验，所以很难做到用料最省投资最少，而且在水力计算过程中课程可能会出现较大的错误，所以时常需要向指导老师请教，通过学习书本上的知识以及老师的悉心指导，我想肯定会克服这些困难。
课题研究所需的参考文献 ［1］马最良，吕悦.地源热泵系统设计与应用,机械工业出版社,2006年 ［2］贺平，孙刚.供热工程（第三版）,中国建筑工业出版社，1993年 ［3］蒋能照，刘道平.水源·地源·水环热泵空调技术及应用,机械工业出版社,2007年 ［4］陆耀庆.实用供热空调设计手册,中国建筑工业出版社,2008年 ［5］方修睦,赵加宁.高层建筑供暖通风与空调设计,黑龙江科学技术出版社,2003年 ［6］卜一德.地板采暖与分户热计量技术,中国建筑工业出版社,2003年 ［7］方肇洪.地源热泵技术与建筑节能,2004年 ［8］赵海谦,王忠华,刘立军.地源热泵结合地板辐射供暖系统在东北地区的应用前景,吉林建筑工程学院院报，2007年 ［9］亢燕铭.地板辐射供暖的节能效应分析.暖通空调，2001年 指导教师审查意见 指导教师签字： 200 年 月 日 指导委员会意见审核意见 组长签字： 200 年 月 日
暖通开题报告 - 图文
