毕业论文绪论.docx

第一章 绪论1.1研究背景及目的随着经济的发展和人民的生活品质的不断提高，中国的能源消耗量也相应地提高，并且已经对我国的能源储备形成了威胁，能源危机迫在眉睫。随着经济的快速发展，中国已经成为仅次于美国的世界第二大能源消费国；同时也是世界最大的煤炭生产和消费国。在集中供热系统中, 锅炉房供暖方式占多数。北方一般以燃煤锅炉解决冬季取暖问题，但是锅炉供暖需要大量的矿物燃料，燃烧后又产生大量的炉渣，燃料的运输和炉渣的清理、处理都要消耗大量的人力、物力；同时燃料燃烧过程中产生大量的气体对环境造成一定的污染已引起政府和公众广泛关注。而且矿物燃料属不可再生资源，煤、石油、天然气等矿物燃料资源随着消耗必然渐渐枯竭。近年来世界能源危机正在逐步加剧，矿物燃料价格成倍提高，而且矿物能源越来越少，能源危机只会不断加剧，燃料价格势必还会不断升高，直接使锅炉供暖成本提高，给广大用户增加了不少的经济负担，并且锅炉供热只能将7090%的燃料内能转化为热量，供用户使用，效率较低。以下为燃煤锅炉缺点：燃煤时排出大量二氧化碳和粉尘，污染环境； 一次管网维修成本高，时间长，影响区域大； 温度调节不灵活，热能损失大； 工人劳动强度大； 占地面积大，堆煤场影响周边环境 因此燃煤锅炉供暖成本高，效果又不理想，必须提出新技术来替代燃煤锅炉。今后，集中供热将实现由粗放型经营到质量、效益型的转变，集中供热效率的提高有赖于技术发展的创新与推广。供热新能源开发方兴未艾，地热能、核能、热泵、垃圾焚烧、生物质能等新能源的开发利用日益得到重视，促进了供热能源结构的调整，环保效益和经济效益十分明显。与燃料锅炉供热系统相比，土壤源热泵具明显的优势。土壤源热泵要比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；与传统中央空调相比，传统中央空调夏季冷源（室外空气）温度在30以上，制冷效率低，而土壤源热泵系统以地下水和土壤为冷源，温度在20以下，制冷效率比传统中央空调高，因此，近十几年来，尤其是近五年来，土壤源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。1.2国内研究状况及相关成果尽管从上世纪80年代末起，我国便开始了对土壤源热泵的探索研究，但是大规模地研究只是到近几年才开始。据文献资料报道，国内最早的土壤源热泵研究开始于1989年；当时，青岛建筑工程学院同瑞典皇家工学院合作建立了国内第一个土壤源热泵实验室，在于立强等人的指导下，先后进行了水平平铺埋管土壤源热泵供冷供热的性能及垂直U型埋管土壤源热泵的供热供冷性能的实验研究；天津商学院制冷研究所的高祖锟等人于1989年-1993年分别对塑料管和铜管的水平蛇管型、螺旋管型土壤源热泵进行了冬季供暖和夏季空调的性能研究；华中科技大学从90年代开始，在国家自然科学基金的资助下先后进行了水平单管换热研究、地下浅层井水用于供暖空调的研究；1998年，湖南大学开始对多层水平埋管换热特性进行了研究；同济大学的张旭等人从1999年开始，在联合技术公司(UTC)的资助下进行了土壤-太阳能复合热源的研究，主要针对长江中下游地区含水率较高的土壤的蓄放热特性进行测试；重庆建筑大学的刘宪英等人从1999年开始，在国家自然科学基金的资助下对浅埋竖直管换热器的采暖、供热特性进行了研究。此外，清华大学、天津大学、山东建筑工程学院及中科院广州能源研究所等高校和科研单位也对土壤源热泵进行过研究，并取得了一定的成果。1.3国外研究状况及相关成果土壤源热泵在国外起步较早,这要追溯到1912年瑞士的一个专利,其发展大致可以分为以下三个阶段:第一阶段,1912年,瑞士人佐伊利先提出了利用土壤作为热泵热源的专利设想,但是,直到二战结束后,才在欧洲与北美兴起对其大规模的研究与开发,这一阶段主要是对土壤源热泵进行了一系列基础性的实验研究,包括土壤源热泵运行的实验研究,埋地盘管的实验研究,埋地盘管的数学模型的建立,同时也对土壤的热流理论方面作过研究,如开尔文线源理论;然而,由于土壤源热泵的高投资及当时廉价的能源资源,这一阶段的研究高潮持续到20世纪50年代中期便基本停止了。第二阶段,1973年,由于“能源危机”的出现,美国和欧洲又展开了对土壤源热泵大规模的实验与理论研究,瑞典在短短的几年内共安装了土壤源热泵l00多台套,美国从1977年开始,重新开始了对土壤源热泵的大规模研究,1978年, BNL制定了土壤源热泵的研究计划,调查其作为空调系统的应用情况,并发表了一些研究成果,主要有对土壤源热泵实际运行的计算机械模拟等;资料研究表明:几乎所有的有关土壤源热泵的研究工作都是在美国能源部的支持下,由美国的多所大学和BNL、ORNL等国家级重点实验室进行的,可以说,土壤源热泵的绝大部分研究工作均是在这一阶段完成的。第三阶段,进人二十世纪九十年代,土壤源热泵的应用与发展进人了一个全新快速发展的时期,土壤源热泵在欧洲和北美迅速普及,在中欧和北欧地区,土壤源热泵已成为家用热泵的主要热源:在美国,土壤源热泵因其节能性、舒适性正在大力推广;在加拿大,从1990年到1996年家用的土壤源热泵以每年20%的递增销量而处于各种热泵系统的首位。1.4土壤源热泵研究与开发中的关键性问题我国开展土壤源热泵研究起步较晚，在技术上还很不完善，相关的研究与开发应在借鉴国外先进技术的同时加强消化和吸收，从技术研究到产品开发，再到实际工程运用，并大力推动相关产业的发展。目前，在国内研究与开发土壤源热泵应注意以下几方面的工作：(1)土壤作为热泵的排热与吸热场所，其物理特性是影响热泵运行效率的关键因素；因此应加强对各种土壤结构和地层状况的换热过程的实验研究和模拟分析，深入探索各种土壤状况下不同埋地换热器在不同埋管方式下的换热过程及换热机理，并建立相应的传热模型。(2)埋地换热器的传热效果对热泵的性能系数起决定性的作用，因此要积极研制与开发各种形式的高效埋地换热器，提高换热效率，并加强其在建筑物中的合理布置及应用。(3)进一步完善埋地换热器与热泵机组的匹配技术，确定合理的埋地换热器形式、大小及热泵机组的功率；加强土壤源热泵系统自动控制技术的研究，实现埋地换热器工作特性与热泵系统的自动匹配。(4)进一步研究与探索土壤源与其他热源联合使用的情况，改善土壤源热泵系统运行的状况，提高系统运行效率。南方地区由于冷负荷大、热负荷小，夏季可采用土壤源与冷却塔联合使用，冬季只使用土壤源；北方地区由于热负荷大、冷负荷小，冬季可采用土壤源与太阳能联合使用，夏