《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 8-12实验指示书-供暖系统设计性综合实验

实验指示书——供暖系统设计性创新性实验1.实验介绍供暖系统设计性创新实验由学生自行选择实验课题并分组配合，讨论设计实验方案，并独立开展实验测试和数据分析，实验全程以学生为学习主体，教师提供指导和辅助。实验包括实验讲解、自主线上实验、小组方案设计、小组实验探索、分享研讨课等教学环节。2.实验内容参与实验的学生可根据兴趣，自行组队选取表1中某一实验课题进行实验。实验原则如下：①设计性实体实验，分为了解系统——确定实验方案——进行实验测试——分析研讨4个环节，具体时间安排详见附表1。②每个小组人数为3~4人，选择表1中的某个课题进行实验。每个教学班实验课题不能重复。③在教师的指导下，小组成员共同讨论制定实验方案，包括实验内容、实验仪器、实验方法、实验步骤、数据处理方法等，并撰写实验方案书（有模板）。④教师对课题组提交的实验方案书进行评阅，并提出建议，学生根据教师的意见进一步思考，完善或调整实验方案后进入实验操作环节。⑤实验探索环节，小组成员相互配合，完成其各自分工的实验内容，获取实验测试数据。⑥学生根据实验系统运行时间表（附表2），在相应的时间实验测试，教师仅在旁辅助指导，原则上由学生自行操作和测试。⑦实验结束后，各组对测试数据进行分析，在集体课上分享实验结果、实验问题等，可采用PPT形式。⑧完成实验和研讨之后，每人撰写实验报告，并提交实验报告（1份/人）、实验原始数据（1份/组）及实验方案书（1份/组）。表1实验课题及分组小组课题实验内容备注1组地板辐射供暖系统供暖特性分析1）测试室内空气温度温度、辐射表面温度，分析其11h（9:00—20:00）变化规律，分析系统的热反应及房间蓄热特性；2）测试室内温度、湿度等舒适性参数，分析供暖舒适性410房间，周六实验2组散热器供暖系统供暖特性分析1）测试室内空气温度温度、辐射表面温度，分析其11h（9:00—20:00）变化规律，分析系统的热反应及房间蓄热特性；2）测试室内温度、湿度等舒适性参数，分析供暖舒适性412房间，周六实验3组风机盘管系统供暖特性分析1）测试室内空气温度温度、辐射表面温度，分析11h（9:00—20:00）变化规律，分析系统的热反应及房间蓄热特性；2）测试室内温度、湿度、风速等舒适性参数，分析供暖舒适性414房间，周六实验4组常规供暖方式系统能耗及能效分析测试常规供暖方式系统各设备能耗及系统总能耗，分析各部分能耗比重；2）测试系统运行期间能耗和供热量，分析系统供暖能效和主机供暖COP，分析主机供暖耗功率变化规律413、414房间，周六实验5组墙壁毛细管网辐射供暖系统供暖特性分析1）测试室内空气温度温度、辐射表面温度，分析其11h（9:00—20:00）变化规律，分析系统的热反应及房间蓄热特性；2）测试室内温度、湿度等舒适性参数，分析供暖舒适性410房间，周日实验6组地板毛细管网辐射供暖系统供暖特性分析1）测试室内空气温度温度、辐射表面温度，分析其11h（9:00—20:00）变化规律，分析系统的热反应及房间蓄热特性；2）测试室内温度、湿度等舒适性参数，分析供暖舒适性412房间，周日实验7组顶棚毛细管网辐射供暖系统供暖特性分析1）测试室内空气温度温度、辐射表面温度，分析其11h（9:00—20:00）变化规律，分析系统的热反应及房间蓄热特性；；2）测试室内温度、湿度等舒适性参数，分析供暖舒适性414房间，周日实验8组毛细管网辐射供暖方式系统能耗及能效分析1）测试毛细管网温辐射供暖系统各设备能耗及系统总能耗，分析各部分能耗比重；2）测试系统运行期间能耗和供热量，分析系统供暖能效和主机供暖COP，分析主机供暖耗功率变化规律413、414房间，周日实验3.实验装置与原理1）冷热源系统热源为一台交流定频双压缩机空气源热泵机组。该机组额定制冷量为9.7kW，额定制热量为11kW，额定制冷功率为3.8kW，额定制热功率为4.1kW，用于冬季供热、夏季供冷，机组内置水泵。空气源热泵机组空调水一部分可直接送至房间风机盘管末端，另一部分可经由半容积式换热水箱一次侧管路送入水箱换热，水箱二次侧空调水与一次侧空调水换热后可送入房间毛细管网辐射末端。图1系统原理图2）末端系统本次实验房间为410、412、414房间，各房间系统信息如下：表2实验房间系统信息实验房间实验系统参数备注410房间地板辐射供暖系统常规地盘管，木质地板，盘管管径Φ20mm，盘管间距300mm，外墙处加密间距150mm房间面积20m2，单位热负荷指标76W/m2墙壁毛细管网系统毛细管网（抹灰，管径Φ4.3mm，间距20mm，1000×2500已对折，同下侧供回，4片）412房间散热器系统钢板散热器，尺寸1400×600×100，异侧下供上回房间面积20m2，单位热负荷指标76W/m2地板毛细管网系统木质地板，毛细管管径Φ4.3mm，毛细管间距20mm，1000×3500已对折，同外侧供回，3片414房间顶棚毛细管网憎水材料，管径Φ4.3mm，间距20mm，1000×5000已对折，同侧供回，4片房间面积30m2，单位热负荷指标80W/m2风机盘管系统FP-85WA，供冷量4.5kW，供热量7kW，机外静压12Pa,风量850m3/h3.实验测试仪器及其参数以下为本次实验提供的实验仪器及其测试参数。学生根据选择的实验板块，思考在实验过程中需要测试的实验参数，并选择所需的实验仪器及设备。（无需所以测试参数都进行测试，若需要补充其他测试参数及相关的仪器设备，可与指导老师沟通。）表3实验仪器及参数测试参数可选用仪器或设备参数室内空气参数0.1m高度空气干球温度/℃Agilent数据采集仪（自动读取）T型热电偶，测量范围－200～+350℃，精度±0.5°C0.6m高度空气干球温度/℃1.1m高度空气干球温度/℃1.7m高度空气干球温度/℃2.5米高度空气干球温度/℃黑球温度/℃黑球温度计温度测量范围：5℃～120℃

温度测量精度：±0.5℃

温度分辨率：0.1℃

平均发射率：＞0.95相对湿度/%HOBO/UX100-011数字式温湿度计温度范围－20～70.0°C；精度0～50%RH:±0.2℃相对湿度1.0～95.0%RH；精度±2.5%RH干球温度/℃空调送风参数送风干球温度/℃智能环境测试仪风速范围0.00～9.99m/s:0.01m/s，精度±2%；温度范围-20～70.0°C(0.1°C)，精度±0.5°C；相对湿度2.0～98.0%RH(0.1%RH)；精度2.0～80%RH:±2%RH80～98%RH:±3.0%RH相对湿度/%风速/(m·s-1)围护结构参数表面及内部温度/℃Agilent数据采集仪（自动读取）T型热电偶，测量范围－200～+350℃，精度±0.5°C表面温度/℃UT300S非接触式红外测温仪测量范围：－32°C～400°C，精度＜0.5℃水系统参数水流量/(m³·h-1)建筑能耗计量监测系统LMS（自动读取）—供水温度/℃回水温度/℃系统能耗电功率/kW能耗监测系统（自动读取）—室外气象参数室外温度/℃、室外湿度/%、室外风速/(m·s-1)手持式气象仪温度范围－30～70℃，精度±0.2℃；湿度范围5～100%,精度±3%室外温度/℃、室外相对湿度/%、室外风速/(m·s-1)、HW指数Vantqgepro2自动气象站（自动读取）外界温度范围-40～65℃，精度±0.5℃；外界湿度范围0～100℃,精度±3%；风速范围1~68m/s，精度1m/s；THW指数范围－40～57℃，精度1.5℃尺寸测量m卷尺—红外线测温枪—系统能耗电功率/kW能耗监测系统（自动读取）—4.指导性资料学生需根据指导老师提供的指导性资料进行自学，以确保制定具有可行性及科学性的实验方案，并提交满足要求的实验方案书，经与指导老师批阅确认后进行实验。指导性资料详见“重庆大学供暖创新性综合实验学习资料”。附表1实验节点安排课下了解系统、巩固基础课表第一次课实验方案确定（课表第二次课）分布在周六周日开展实验课下课表第三次课探讨分享雨课堂课件学习——虚仿实验——雨课堂客观题考核——小组讨论初步实验方案与老师沟通，确定最终方案带电脑实验探索系统和设备的启动、调试、测试，获取实验数据签到实验数据分析准备研讨PPT分享研讨课签到附表2实验工况及小组安排附表2实验工况及小组安排日期周六周日房间410412414413机房等410412414413机房等运行末端系统地盘管散热器风机盘管风冷热泵墙壁毛细管网地板毛细管网顶棚毛细管网风冷热泵末端水流量/(m³·h-1)由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定末端供水温度/℃由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定由实验方案确定实验小组123、44567、88注：1.开放实验实践9:00—20:00（教师在岗时间9:00—11:30，14:30—17:30，18:30—20:00)2.9:00—9:30启动系统，打开设置各类测试仪器，17:00关闭系统，20:00导取数据，关闭测试仪器设备。3.4、8组负责冷热源系统的启动、关闭冷热源系统，其他小组负责各种实验房间系统和仪器设备的打开和设置。附件1课题1~3、5~7实验方案指导思考问题1——供水温度周日系统同时运行散热器系统、地盘管辐射供暖系统、风机盘管系统（周一系统同时运行顶棚、地板、墙壁毛细管网系统），供水温度应设置多少℃合适？思考问题2——供水流量每个房间水流量应该如何取值？思考问题3——室内温度设计值风机盘管、散热器、地盘管、顶棚毛细管网系统，各类系统室内设计参数要求不同，如按供暖I级舒适性标准，冬季空调室内设计温度宜多少℃？思考问题4——测试内容、方法、仪器室内参数测试，要测试哪些参数？分别采用什么仪器？测试时间间隔如何考虑？小组3个人如何分工？思考问题5——实验测试步骤系统需运行哪些设备，如何启动和关闭？整个实验操作流程应该是怎样的？热舒适性采用稳定状态分析，则非稳定和稳定状态如何划分？从什么时候可以开始进行舒适性参数的测试？思考问题6——数据处理实验数据如何处理？如何判断坏值？计算平均值？取某一时刻值？如果计算平均值，取多长时间段计算平均值？此外，如果实验内容进行菌落分析，还应考虑培养皿放置位置和时刻、采样时长、梳理操作流程。思考问题7——实验分析（1）判断舒适性指标有哪些，本次实验中涉及哪些指标的计算分析？（提示：整体评价指标：预计平均热感觉指标（PMV）、预计不满意者的百分数（PPD），局部评价指标：冷吹风感引起的局部不满意率（LPD1）、垂直温差引起的局部不满意率（LPD2）和地板表面温度引起的局部不满意率（LPD3））（2）在进行舒适性评价时，站姿和坐姿测试数据的选择一样吗？如何选择？房间温度分布纵向、横向均匀性如何考虑？（3）空气干球温度、黑球温度、平均辐射温度、体感温度有什么区别，实验分析中，选用哪个参数合理？（4）如何分析供暖系统室内热反应和蓄热性特征，该特征对系统的使用有何影响？（5）实际测试数据与原方案设计取值是否存在偏差，哪些参数存在偏差，产生偏差的原因有哪些？注：（1）做实验过程中，室内不进行恒温控制；（2）由于实验时间有限，辐射供暖系统在一天之内无法进行不同温度、不同水流量的实验；（3）风冷热泵机组直接提供空调热水，毛细管网系统为二次侧空调末端系统，由一次侧空调热水通过换热水箱间接换热；附件2课题4、8实验方案指导思考问题1——供水温度周日系统同时运行散热器系统、地盘管辐射供暖系统、风机盘管系统（周一系统同时运行顶棚、地板、墙壁毛细管网系统），供水温度应设置多少℃合适？思考问题2——供水流量每个房间水流量应该如何取值？思考问题3——室内温度设计值风机盘管、散热器、地盘管、顶棚毛细管网系统，各类系统室内设计参数要求不同，如按供暖I级舒适性标准，冬季空调室内设计温度宜多少℃？思考问题4——测试内容、方法、仪器系统运行过程中，哪些设备会产生能耗？哪些设备能耗存在变化？风冷热泵COP如何分析？测试系统如何操作？测试时间间隔如何考虑？小组3个人如何分工？思考问题5——实验测试步骤系统需运行哪些设备，如何启动和关闭？整个实验操作流程应该是怎样的？思考问题6——数据处理实验数据如何处理？如何判断坏值？计算平均值？取某一时刻值？如果计算平均值，取多长时间段计算平均值？思考问题7——实验分析（1）通过系统能耗测试和系统供热量监测数据，如何分析系统供暖能效和风冷热泵机组供暖COP（仅考虑室外机功率）？（2）风冷热泵机组实际运行工况及能效与机组额定运行工况（记录铭