一、選題的依據(jù)及意義：

　　1.依據(jù)：

　　進入90年代后，我國的居住環(huán)境和工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境都已廣泛地應(yīng)用熱水供應(yīng)裝置，熱水供應(yīng)裝置已成為現(xiàn)代學(xué)校居住必備。90年代中期，由于大中城市電力供應(yīng)緊張，供電部門開始重視需求管理及削峰填谷，熱泵供熱技術(shù)提到了議事日程。近年來，由于能源結(jié)構(gòu)的變化，促進了地源熱泵供熱機組的快速發(fā)展。

　　隨著生產(chǎn)和科技的不斷發(fā)展,人類對地源熱泵供熱技術(shù)也進行了一系列的改進,同時也在積極研究環(huán)保、節(jié)能的地源熱泵供熱產(chǎn)品和技術(shù),現(xiàn)在利用成熟的電子技術(shù)來進行綜合的控制，并和太陽能結(jié)合更注意能源的綜合利用、節(jié)能、保護環(huán)境及趨向自然的舒適環(huán)境必然是今后發(fā)展的主題。

　　2.意義：

　　地源熱泵技術(shù)，是利用地下的土壤、地表水、地下水溫相對穩(wěn)定的特性,，通過消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中,達到降溫或制冷的目的。地源熱泵不需要人工的冷熱源,可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和中央空調(diào)系統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壤、地下水或者地表水中取熱,向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空調(diào)向土壤、地下水或者地表水放熱給建筑物制冷。同時,它還可供應(yīng)生活用水，可謂一舉三得，是一種有效地利用能源的方式。通常根據(jù)熱泵的熱源(heat source)和熱匯(heat sink)(冷源)的不同，主要分成三類：

　　空氣源熱泵系統(tǒng) ( air-source heat pump) ashp

　　水源熱泵系統(tǒng) (water- source heat pump) wshp

　　地源熱泵系統(tǒng) (ground- source heat pump)gshp

　　為了和國際標準接軌，我們還是應(yīng)該依照國際慣例來命名。在1997年由美國的ashrae(美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會)統(tǒng)一了標準術(shù)語，無論是wshp、gshp都叫做gshp--地源熱泵系統(tǒng)。

　　另外，為了讓我們在學(xué)習(xí)和討論中更方便，介紹一些地源熱泵室外能量交換系統(tǒng)的概念：

　　土壤埋管系統(tǒng)----土壤換熱器(水平埋管、豎直埋管)

　　地下水系統(tǒng)

　　地表水系統(tǒng)

　　二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　1. 地源熱泵的發(fā)展歷史

　　地源熱泵是一種先進的技術(shù)，它高效、節(jié)能、環(huán)保，有利于可持續(xù)發(fā)展。這項技術(shù)最先開始于1912年，瑞士zoelly提出了“地熱源熱泵”的概念。 1946年美國開始對地源熱泵進行系統(tǒng)研究，在俄勒岡州建成第一個地源熱泵系統(tǒng)，運行很成功，由此掀起了地源熱泵系統(tǒng)在美國的商用高潮。1985年美國安裝地源熱泵14000臺，1997年則安裝了45000臺，目前已安裝了400000臺以上的地源熱泵，并且以每年10%的速度遞長。1998年美國商用建筑的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)占到空調(diào)保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在歐洲國家里更多的是利用淺層地熱資源，來供熱或者取暖。上個世紀 70年代以來,隨著能源和環(huán)境問題的逐漸變得嚴重,在各個方面節(jié)能也被更多的考慮，以可再生的地熱源為能源的地源熱泵又引起了人們的重視。尤其是近年來, 隨著能源和環(huán)境問題的日益突出,地源熱泵的研究和應(yīng)用發(fā)展迅速,國內(nèi)外的很多高校和研究機構(gòu)相繼開展了理論和實際應(yīng)用方面的研究。隨著研究的深入，我們的地源熱泵研究工作者在全國范圍內(nèi)舉行了各種交流探討會。中國制冷學(xué)會第二專業(yè)委員會主辦了“全國余熱制冷與熱泵技術(shù)學(xué)術(shù)會議”;1988年中科院廣州能源研究所主辦了“熱泵在我國應(yīng)用與發(fā)展問題專家研討會”;中國能源研究會地熱專業(yè)委員會于1994年9月6日至8日在北京召開了第四次全國地熱能開發(fā)利用研討會;從90年代開始，每屆全國暖通制冷學(xué)術(shù)年會上都有“熱泵應(yīng)用”的專題;XX年6月19～23日，中美地源熱泵技術(shù)交流會在北京召開，會議介紹了地源熱泵技術(shù)，國外的應(yīng)用狀況和在中國的推廣;山東建筑工程學(xué)院地源熱泵研究所與山東建筑學(xué)會熱能動力專業(yè)委員會聯(lián)合發(fā)起并承辦“國際地源熱泵新技術(shù)報告會” 于XX年3月17日在山東建筑工程學(xué)院舉行，加強了國內(nèi)外地源熱泵先進技術(shù)的交流。

　　2.地源熱泵在中國的發(fā)展現(xiàn)狀及前景：

　　目前在中國，地下水熱泵系統(tǒng)已開始廣泛使用，而土壤源熱泵系統(tǒng)尚處于研究機構(gòu)工程摸索和研究階段。

　　從有關(guān)調(diào)查來看，地下水熱泵工程真正成功的并不多。原因在于要實現(xiàn)100%的回灌，并回灌到同一含水層，不污染地下水，且能長時間穩(wěn)定運行，并不容易做到。同時，還出現(xiàn)了大量不進行回灌的熱泵工程，更有甚者，出現(xiàn)了直接利用地下水通入風(fēng)機盤管內(nèi)進行空調(diào)。這樣做，一則污染水體，二則浪費水資源。

　　對于土壤源熱泵的發(fā)展主要是從1998年開始。國內(nèi)數(shù)家大學(xué)建立了土壤源熱泵實驗臺，且大多數(shù)進行了地下?lián)Q熱器與地面熱泵設(shè)備的長期聯(lián)合運行。其中 1998年重慶建筑大學(xué)建設(shè)了包括淺埋豎埋管換熱器和水平埋管換熱器在內(nèi)的熱泵系統(tǒng);1998年青島建工學(xué)院建成了聚乙烯垂直土壤源熱泵系統(tǒng);湖南大學(xué) 1998年建設(shè)了水平埋管土壤源熱泵系統(tǒng);1999同濟大學(xué)建設(shè)了垂直土壤源熱泵系統(tǒng)。這些系統(tǒng)為中國推廣土壤源熱泵奠定了基礎(chǔ)。從XX年開始，在國內(nèi)長春、濟南、溫州、重慶、米泉建立了一系列土壤源熱泵系統(tǒng)的示范工程。土壤源熱泵系統(tǒng)越來越多的被房地產(chǎn)商所關(guān)注和采用。

　　鑒于國內(nèi)的國情和地源熱泵系統(tǒng)自身的特點，我們對其各自的前景作一分析。隨著地下水熱泵工程技術(shù)改進和規(guī)范化，由于其突出的節(jié)能和保護大氣環(huán)境的功能，還是存在著巨大的潛在的市場。水平埋管土壤源熱泵，雖然占地面積大，但靠地表換熱可以自然恢復(fù)地溫，在年排熱量和吸熱量不平衡的地區(qū)應(yīng)用比較有優(yōu)勢。而垂直埋管土壤源熱泵，隨著專業(yè)安裝隊伍的發(fā)展，鉆孔設(shè)備的完善，勢必會使造價大幅度降低，無疑會成為今后最有競爭力空調(diào)方式。

　　三、本課題研究方案：

　　本課題屬于設(shè)計改造現(xiàn)有熱水系統(tǒng)，學(xué)校宿舍的熱水供應(yīng)系統(tǒng)。在改造中應(yīng)該充分考慮到：

　　1、 學(xué)生的定時供熱，需要的功率及系統(tǒng)響應(yīng)時間問題。

　　2、 屬于改造系統(tǒng)，要和現(xiàn)有的系統(tǒng)相結(jié)合。

　　3、 考慮到成本問題，造價是否合理。

　　4、 在使用過程中維護的費用及技術(shù)的要求是否合理。

　　5、 運行的安全及噪音處理問題。

　　6、 廢物的處理及環(huán)保問題。

　　四、本課題研究的內(nèi)容：

　　廣西工學(xué)院北區(qū)5#的熱水供應(yīng)改裝。

　　1、該大樓空調(diào)工程包括：

　　1-6層的熱水供應(yīng)，所有宿舍。

　　2、設(shè)計參數(shù)：

　　每層有14個房間，每間8人，共6層。

　　3、柳州地區(qū)基本氣象參數(shù)：

　　根據(jù)物候報告，五月一號到十月一號之間為高溫區(qū)很少用熱水，寒假期間不用熱水

　　4、本課題具體研究內(nèi)容：

　　(1)、循環(huán)水換熱器的計算

　　(2)、土壤熱泵系統(tǒng)(gchp)的土壤換熱器設(shè)計

　　地下埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，是土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容，其選擇的形式是否合理，設(shè)計的是否正確，關(guān)系到整個地源熱泵系統(tǒng)能否滿足要求和正常使用。

　　地下埋管換熱器設(shè)計主要包括地下熱交換器形式及管材選擇，管徑、管長及豎井數(shù)目、間距確定，管道阻力計算及水泵選型等

　　(3)、布置型式

　　目前地源熱泵地下埋管換熱器主要有兩種布置型式，即水平埋管和垂直埋管。選擇方式主要取決于場地大小、當?shù)赝寥李愋鸵约巴诰虺杀�，如果場地足夠大且無堅硬巖石，則水平式較經(jīng)濟;如果場地面積有限時則采用垂直式布置，很多場合下這是唯一的選擇。

　　盡管水平布置通常是淺層埋管，初投資一般會便宜些，但它的換熱性能比豎埋管小很多，并且往往受可利用土地面積的限制，故一般采用垂直埋管布置方式。