毕业设计（论文）开题报告

1 课题的目的及意义

     20世纪70年代，世界能源结构已经经历了三次大转变，即从木柴转向煤炭由煤炭转向石油和天然气"继而又从以油、气为主的能源系统转向以可再生能源为基础的持久能源系统! 据资料，目前全世界已经探明的煤炭、石油、天然气、油页岩等石化燃料资源的总量，大约只够人类使用100年。

    目前在我国的能源构成中煤占70%以上，石油及天然气占25%，但能源利用率仅在30%以下。针对我国的能源紧缺、能源利用率低、能源浪费严重的现状，建设部于1996年下发《建筑节能技术政策》，明确今后我国建筑节能的任务是在保证使用功能、建筑质量和室内环境符合小康目标的前提下，采取各种有效的节能技术与管理措施降低新建房屋单位建筑面积能耗。同时对既有的建筑物进行有计划的节能改造，达到提高居住热舒适性、节约能源和改善环境的目的。

    环境保护工作是摆在我们面前刻不容缓的一项重要工作! 据资料估计全世界每年燃烧后排放到大气中的二氧化硫20万t,二氧化碳排放增长率达1.55ppm.资料表明：大气中二氧化碳每增长一倍就会使低层大气层年平均温度升1.5-3C。在我国，每年仅建筑用能采暖燃煤就要排放二氧化碳达1.9t,排放二氧化硫达300t,排放烟尘300t左右。

    随着改革开放不断向纵深发展,传统的供热方式受到不同程度的冲击! 由于旧的供热体制受计划经济的约束,在国家能源政策、管理体制、收费体制、供热质量、物业管理等方面尚存在一些弊端，不适市场经济发展的要求，制约了经济的发展，同时也带来了一些社会问题! 综上所述"由于节能、环境保护的需要及供热空调逐步走向市场化#商业化"供热空调方式向多元化发展，出现了诸如油炉采暖、燃气采暖、电采暖及水源热泵技术的开发研制、应用这一百花齐放的局面 。

    水源热泵机组以水为载体，冬季采集来自湖水、河水、地下水及地热尾水，甚至工业废水、污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能，将所取得的能量供给室内取暖.在夏季，把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。该机组具有设计标准、选择优良、操作简便、安全可靠等优点。但是，由于水源热泵机组是近些年不断应用于工程的供热、供冷方式.尚存在一些问题有待进一步解决。

2 水源热泵技术的特点

    热力学第二定律，把高品位能量作为低品位能量使用是不等位的交换，要浪费一次能源。热泵是利用那些因温度太低而不可能被别的设备加以利用的热量的唯一系统，可用无价值的环境大气及土壤中的太阳潜能、工业废热等替代商品能源，是一种从低温热源吸取热量使其在较高温度下，作为可以利用的有用能源的装置热泵技术。正是开发和强化高质能源利用率的重要手段是我们获取可再生能源" 维护生态平衡保护环境的有效手段之一。

广义的热泵技术包括空气源热泵，土壤源热泵，地源热泵，及水源热泵， 空气源热泵是以室外空气作为热源的热泵，现已成为市场上的主导产品"但这种热泵的应用有其局限性，我国北方寒地区的冬季，随着室外温度的降低，其制热功能也随之降低，有时不得不靠电加热来解决，其功效比下降，且要消耗一定的电能来解决蒸发器的除霜问题，从经济上分析不合适。土壤源热泵即地源热泵"是将换热盘管深埋于地下土壤中"以吸收土壤中的低温热量再经过转换而进行供热的! 与空气源泵相比"地源热泵由于土壤温度波动小"冬暖夏凉"其季节性能系数较为恒定!当冬季室外温度较低时它不需采用辅助电加热，也不需因除霜而耗电! 但地源热泵因深埋于地下的换热管技术较为复杂，"且投资较太，"故目前广泛推广应用尚有困难! 水源热泵是将蕴藏于江、河、湖泊、深井水、地表水中的大量不可直接利用的低品位热能提出，变成可直接利用的高品位热能的装置。

水源热泵供热空调系统主要由两部分组成；即室内的水制冷制热系统和室外的冷热源换热系统!室外的冷热源换热系统可根据所设计的建筑物的室外条件来选择室外地表水#深井水或河流、湖泊及工业余热废热等方式

   1 环保效益显著

水源热泵是利用了地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统.供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染;供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染.不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，

   2 环境更优美

水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22C，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-35C，水体温度比环境空气沮度低，使制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30^--40%的供热制冷空调的运行费用。

   3 运行稳定可靠

水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动.是很好的热系热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点间题.

   4 一机多用，应用范围广

水源热泵系统可供暖、空调，一机多用，一套系统可以替换原来的锅护加空调的两套装置或系统。

   5 自动运行

水源热泵机组由子工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低。自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。

3 国内外研究现状：

     在国外，关于热泵的研究分属于两种热泵系统: 一种为地源热泵，一种为海水热泵。其中地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史，但发展相当迅速。如美国，截止1985年全国共有14000台地源热泵，而1997年就安装了45000台，到目前为止已安装了40000台，而且每年以10%的速度稳步增长1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%，其中新建筑中占30%。美国自20##年起每年安装40万台地源热泵，其中，水源热泵占15%，降低温室气体排放100万t，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树404686公顷，年节约能源费用达4.2亿美元。与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管(埋深<4oom深)的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据199年的统计，在家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。中国最早在50年代，就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷。

    目前，清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。中国的水源热泵的研究和应用才刚刚起步，与国外相比，在热泵机组的优化设计和工程应用上还存在较大差距。

    目前，世界特别看好中国的市场。美国能源部和科技部已签署了中美能源效率及可再生能源合议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的

    在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。一方面，中国的经济要保持较高速度的增长;另一方面，又必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用效率，鼓励各种节能设备和技术的推广。在中国的能源消耗中，建筑耗能的比例相当高。为了适应市场要求和参加国际竞争，我们必须加快中国水源热泵的产业化研究开发。

4 课题任务、重点研究内容、实现途径

4.1课题任务

本次设计工程安装于重庆富侨酒店，属于高级建筑。工程总建筑面积约111634.7平方米，其中地下：86458.0平方米，地下25176.7平方米。地下1~2层为车库及设备房，25178平方米，酒店会所1~5层，31116.0平方米，独立商业占了6994.0平方米；7~14层为商务豪华间客房，12784.0平方米，15~30层为商务标准间客房，2397.0平方米，31~36层为商务套间客房，8408.0平方米，37~38层为办公室，3136.0平方米，39层办公室1296.0平方米.

此次设计采用地表水水源热泵空调系统。水源地表水水源热泵空调系统对地表水的利用仅限于热量的提取和转换，并在使用过程中严格限制对地表水进行任何的化学处理，有限的处理也仅限于对其进行过滤、沉淀以及加热冷却等物理处理，地表水的成分在整个使用过程中没有发生任何变化。在严格遵循以上原则的前提下，水源热泵系统的运行也不会带来所在区域地表水污染的问题。在系统设计和施工合理，且地表水水源热泵系统正常使用的前提下，一般不会对环境造成负面影响。

4.2重点研究内容

本设计将从水源热泵的原理、机组的设计、技术经济分析等方面作一些研究，以促进水源热泵系统在我国的进一步应用。水源热泵系统所涉及的专业较多，如化工、暖通空调、地质等，有些问题需不同专业相互配合来解决。而本课题的主要研究对象是应用于空调中的水源热泵系统，旨在进一步加深对水源热泵系统实际应用的理解。

本课题主要任务

(1) 通过大量的文献查阅对水源热泵从原理到机组再到系统的应用进行总的概述，使机组和系统的设计人员以及用户对水源热泵形成一个完整的概念。

(2)分析建筑特点和地域性对水源热泵系统应用的影响。分析各种气象条件下水源热泵系统的供热季节供冷季节及系统总的性能系数，以确定水源热泵系统较为适宜的使用地区。

(3) 结合重庆富侨酒店项目地表水源热泵工程实际设计，掌握暖通设计及冷热源设计。

(4) 通过与传统区域供暖和冷冻站供冷方案的对比，分别计算两种方案的工程造价、年运行费用、年维护费用。采用建立费用年值计算模型和追加回收期的计算，对方案进行经济性比较。

(5) 研究在进行地表水源热泵系统时所需掌握的现场资料和获得的途径，及系统应用和注意事项。

4.3实现途径：

水源热泵空调系统是由末端(室内空气处理末端等)系统，水源中央空调主机(又称为水源热泵)系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机(热泵)“泵”送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机(制冷)转移到水源中，以满足用户制冷需求

（1）  系统原理图

(2)用户(室内末端等)系统由用户侧水管系统，循环水泵，水过滤器，静电水

处理仪，各种末端空气处理设备，膨胀定压设备及相关阀门配件组成。

(3)水源中央空调主机系统由压缩机，蒸发器，冷凝器，膨胀阀，各种制冷管道

配件和电器控制系统等组成。

(4)水源水系统由水源取水装置，取水泵，水处理设备，输水管网和阀门配件等

组成。

(5)制冷工况可通过阀门切换来实现，即使水源水进冷凝器，蒸发器的冷冻循环

水接用户系统(反之则为供热工况)

另外,在设计水源热泵空调系统时主要参考以下规范及标准

1.《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019-2003

2.《高层民用建筑设计防火规范》（20##年版）GB50045-9 

3.《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB 50067-97

4.《公共建筑节能设计标准》  GB 5018-2005

5.《房屋建筑制图统一标准》GB/T 50001-2001

6.《暖通空调制图标准》GB/T 50114-2001

附：进度计划

 

学生签名：

                                          2008.年4月9 日

4、指导教师意见

指导教师签名：

                                                 年     月     日

  

2.1水源热泵空调系统工作原理

水源热泵空调系统是由末端(室内空气处理末端等)系统，水源中央空调主机(又

称为水源热泵)系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机(热泵)“泵”送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机(制冷)转移到水源中，以满足用户制冷需求。

(1)系统原理图，供热工况如图2.1所示:

 

(2) 用户（室内末端等)系统由用户侧水管系统，循环水泵，水过滤器，静电水

处理仪，各种末端空气处理设备，膨胀定压设备及相关阀门配件组成。

(3) 水源中央空调主机系统由压缩机，蒸发器，冷凝器，膨胀阀，各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。

(4) 水源水系统由水源取水装置，取水泵，水处理设备，输水管网和阀门配件等组成。

(5) 制冷工况可通过阀门切换来实现，即使水源水进冷凝器，蒸发器的冷冻循环水接用户系统(反之则为供热工况)

第二篇：浅谈水源热泵与地热井的综合利用_secret

浅谈水源热泵与地热井的综合利用

摘要：

本文结合工程实际，介绍了地热井水梯级利用的方式。地热井水及其洗浴尾水通过水源热泵将其能量提取作为空调系统的热源。 关键词：

地热（Earth's internal hot water）、水源热泵（Water-source heat pump）、洗浴尾水（Bath Wastewate）、地热梯级利用（Cascade use of the Earth's interior hot water）、

正文：

地热是一种在合理利用条件下可再生的清洁能源。地热资源的利用可以大大降低煤炭、石油等的消耗，有利于减少二氧化硫等的排放， 改善居住环境。国家鼓励合理的进行地热资源的开发利用。山东省已探明四个地热分布区：鲁东、沂沭断裂带、鲁中南及鲁西北。地热资源并非取之不尽、用之不竭，为保持地热资源的永续开发利用，山东省地矿局在德州、威海进行了地热回灌试验；地方管理部门已经采取了GPRS自动化远程监控系统对部分地热井进行监控。

一、聊城市地热利用现状

据了解聊城市目前已测算出的地热总面积达1806.21平方千米，占全市土地总面积的21％，共开采地热井20眼，聊城城区范围内已开采地热井13眼，多为房地产公司、宾馆饭店、大学等企事业单位

开发利用，主要用于住宅小区供热、洗浴等。

二、地热井利用方式的对比

我公司拟建项目欲采用一眼地热井用来做洗浴。一眼地热井的出水量根据聊城市已建项目的情况可以达到120m3/h,出水温度可以达到55℃左右。根据聊城市其他项目对于地热水的利用方式--直供直排方式（图1），地热水从地下取出后，直接进入建筑物用户室内散热器，地热水热能利用率极低。

直排直供的利用方式，按地热井水量120m3/h，出水温度55℃，空调末端出水温度45℃则

(1)、Q：地热水供热量(kw)；Q＝1.163m△t

m：地热井用水量(m3/h)；

△t：供热过程供回水温差（℃）；55-45=10℃

计算Q=1395.6kw

(2)、供暖面积：

η：管线损失系数，取1.05

qF：单位面积热指标，参照北京地区不同建筑物的采暖指标，连续供暖取50w/m2。

计算s=2.7万m2

远远无法满足7万平方米酒店的洗浴和冬季空调需求。但是对于5万平方米左右采用地板辐射采暖的住宅小区和单纯洗浴使用，均可满足要求。为了对于地热井进行综合利用结合酒店的中央空调系统我们采用下面的方式—利用水源热泵机组对地热水进行梯级利用（如图2）。

此种方式可以将地热井水和洗浴尾水内的热量通过热泵机组提取出来，最后回灌水（向周围环境排放水）的温度可以达到10℃，按照上述计算方法，一口井至少可以带12万平米左右的采暖，可以满足酒店的采暖和洗浴需求。

三、初步设计方案

1、工程概况

工程概况：****项目，总建筑面积约为50700㎡，其中接待部分建筑

面积为4700㎡，餐饮建筑面积为4900㎡，会议建筑面积

为4670㎡，娱乐建筑面积5950㎡，住宿建筑面积20780

㎡，贵宾楼7500㎡。酒店内有恒温游泳池，水面面积为

402㎡，淋浴喷头26个，客房可住人数约为194人。现

有热源为地热井，可出50～55℃的热水。要求满足整个

酒店的制冷、采暖及全年的卫生热水需求。

技术方案：考虑现有热源水，推荐采用蓝德生产的标准型满液式水源

热泵机组，满足该建筑冬季采暖、夏季制冷及全年提供卫生热水需求。由于热源水温度较高，夏季散热困难，建议利用冷却塔辅助散热，以达到节省运行费用，增加经济效益的目的。

2、 空调设计依据

1）．GB50243-2002《通风与空调工程施工及验收规范》 2）．GBJ23-96《机械设备安装施工及验收通用规范》 3）．TJ304-74《建筑安装工程质量检验评定标准》 4）．TB1223-86《通风空调机安装技术标准》 5）．GB50235-97《工业管道工程施工及验收规范》 A.空调负荷的确定

B、 卫生热水负荷确定

1.该大酒店，约有194个床位。该建筑的自来水温度暂按15℃计算。 该酒店卫生热水最大小时用量为：Qh=Khmqr/T

式中 Qh—最大小时热水用量 Kh—小时变化系数

m—用水计算单位数 qr—热水用水定额 T—热

水供应时间

Qh=5.61×194×120L/24=5.44m3/h.

卫生热水负荷为5.44×1.163×（50-15）≈221KW

2.现有淋浴喷头26个。

该洗浴中心卫生热水最大小时用量为：Qh1=Σqh〃n0〃b

式中 qh—最大小时热水用量； n0—同型卫生器具数； b—在一小时内卫生器具同时使用的百分比；

Qh1=150×26×0.5=1950L/h=1.95m3/h

卫生热水负荷为1.95×1.163×（50-15）≈79KW

3. 402㎡泳池热水负荷确定

游泳池的402m3的温水，热负荷按每平方米水面0.4KW估算，假设水池的水面面积为200m2，则水池的加热负荷为：402m2×0.4KW/m2=161KW

则卫生热水总热负荷为221+79＋161=461KW

C、 方案说明及主机性能参数：

根据该建筑的功能及特点，经

过方案论证，我们推荐以下技

术方案：

推荐末端采用风机盘管水系

统，推荐机房选用2台型号为

GSHP-C1908D标准型满液式水

源热泵机组，1台型号为GSHP-C0628DS完全热回收型满液式水源热泵机组及1台型号为CTSC-1876满液式冷水机组（注释1）。所选的标准型满液式热泵机组与满液式冷水机组均为双机头机组，即每台机组有两个压缩机，因此整个系统共7台压缩机，互为备用，提高系统的安全性及可靠性，且还可根据酒店的入住率通过开启压缩机的台数进行部分负荷的调节，以达到节省运行费用的目的。由于热源水温度较高，冬季利用板式换热器提取地热井水中的热量进行采暖，夏季利用冷却塔进行辅助散热。冬季采暖如图所示。

冬季：2台GSHP-C1908D主机满足该酒店的采暖需求， GSHP-C0628DS

完全热回收机组专门制取卫生热水；

夏季：四台主机全部开启，共同承担该酒店的冷负荷需求，且

GSHP-C0628DS主机在制冷的同时回收系统的热量制取卫生热水，基本为免费；

过渡季节：GSHP-C0628DS主机专门制取卫生热水。

所选GSHP-C1908D机组技术参数如下：

项 机目 型制 冷 GSHP-C1908D 1668KW 12～7℃ 287m3/h — — 30～35℃ 345m3/h 340KW 4.91制热制 冷（热 ）量 温度 系统水 流量 温度 二次水 流量 温度 热源水 流量 输入功率 能效比1910KW 40～45℃ 328m3/h 15～7℃ 161m3/h 50～34℃ 81m3/h 410KW 4.66GSHP机组技术参数如下： 所选 GSHP-C0628DS 机组技术参数如下： 制冷的同时制取卫生热 项目 水 制冷量 制热量 温度 系统水 流量 温度 热源水 流量 卫生热 温度 45～50℃ — 15～50℃ 51m3/h 45～50℃ 15～50℃ 80m3/h — — 15～7℃ 627KW 467KW 12～7℃ — 627KW — 制卫生热水

水流量108m3/h15.4 m3/h108m3/h15.4 m3/h输入功率 能效比149KW 4.21149KW 4.21CTSC SC机组技术参数如下： 所选 CTSC-1876 机组技术参数如下： 项目 制冷量 温度 系统水 流量 温度 冷却水 流量 输入功率 能效比 388m3/h 378KW 4.96 323m3/h 30～35℃ 制 冷 1876KW 12～7℃注：以上四台机组总制冷量为 5679KW；总制热量为 3820KW；均能满 足该酒店的制冷及采暖需求。 四、结论： 结论： 本方案除可以节省热力增容费用及昂贵的燃气开口费用（聊城市 热力增容每平方米 25 元，燃气开口费用按照日最大用气量每方 680 元） ，其运行成本也是比较低的。 参考文献： ： 《地源热泵尾水利用》 ，北京华清集团； 烟台蓝德空调技术样本资料；

注释一 ：

1，满液式是相对于干式说的，指的是换热器的形式，换热器形式为壳管式换热器（用作蒸发器或者冷凝器），满液式指管程走水，壳程走制冷剂。

2，“满液式 冷水 机组”，是对一种制冷机组的习惯命名法，这种“冷水机组”一般用于中央空调的冷源，或者空调工况的制冷，输出的是低温的冷水，通常叫做“冷冻水”，故而得名。一般把只能制冷的叫做冷水机组，而能同时制热的，我们叫做“热泵”机组。

而“满液式”是指机组所用的“壳管式蒸发器”采用了“满液式蒸发器”的形式，这是区别于“干式”、“降膜式”的一种壳管式蒸发器。它的“壳程”内走制冷剂循环，“管程”内走冷冻水循环，从剖面上看，就好像是筒体里有大半筒制冷剂，而走水的管束浸泡在制冷剂里。它和“干式蒸发器”刚好相反，干式的是“管程”走制冷剂，“壳程”走水，好比制冷剂管束浸泡在水里。

满液式蒸发器，以及满液式机组，比起干式蒸发器/干式机组来说传热效率更高，出水温度与蒸发温度的趋近温差小，沿程阻力小，适合循环量大的机组（比如离心机），制冷效果好。但是制冷剂充注量要求大，并且需要专用的回油系统，帮助压缩机回油。

如果在机组名字前再加上“水冷”，则是指机组的冷凝器形式，采用水冷却还是空气冷却，分为风冷、水冷。如果再加上压缩机的形式“活塞式、螺杆式、离心式”，那么就是完整的机组命名了。

比如“水冷螺杆满液式冷水机组”。在大部分场合，为了简略，会省却其中一两个部件的名称，只提和上下文相关的名称，比如“满液式冷水机组”（可能是只为了强调“满液式”）。

热回收： 热回收机组通过回收冷却水系统中的散热量，用于加热、余热生活热水或生产工艺热水，不但可以实现废热利用，减少冷凝热对环境产生的热污染，又可减少冷却塔的运行费用和噪声。热回收技术应用于低温热水的预热，使其热交换效率更高；应用于高温热水的加热，会增加冷水机组的功耗，但总功耗相对于用锅炉加热来讲还是节约很多的，所以无论是利用热回收进行预热还是加热热水，都可以节省大量的系统运行费用。

普通冷水机组工作原理：

普通冷水机组将冷冻水系统中的热量吸收并释放到冷却水系统中，由冷却水系统通过冷却塔将这些热量直接散发到大气环境中去。一台1000冷吨的冷水机组的最大排热量相当于一台7吨的热水锅炉供热量。

特点：

热回收机组的制热效率远远超过各种锅炉，同时又为空调系统提供冷量，是优秀的锅炉替代品。

适用于同时需要冷量和热量的项目。

热回收机组运行必须有足够的基本冷负荷，通常将热回收机组与其他单冷机组组合在一个系统中。

热回收机组可分为部分热回收和全热回收两种：

部分热回收出水温度一般在60℃以上，理论上可无限接近于压缩机排气温度；全热回收出水温度一般在45℃左右。

部分热回收适用于用户的制冷需求远远大于制热量需求的场合。主要应用于大型冷水机组，特别是离心式冷水机组中。