机械设计基础论文精选结合某知识点（精品5篇）

广西工学院机械工程系毕业设计(论文)开题报告

课题：学生宿舍地源热泵供热系统设计

专题：总体设计

专 业：机械工程

班 别：机自041

学 号：2

学生姓名：

指导教师：

完成时间： 2019年3月31日

学生宿舍地源热泵供热系统设计

----总体设计

1、选题的依据及意义：

1.依据：

进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用热水供应装置，热水供应装置已成为现代学校居住必备。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，热泵供热技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了地源热泵供热机组的快速发展。

随着生产和科技的不断发展，人类对地源热泵供热技术也进行了1系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的地源热泵供热产品和技术，现在利用成熟的电子技术来进行综合的控制，并和太阳能结合更注意能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。

2.意义：

地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时，它还可供应生活用水，可谓1举3得，是1种有效地利用能源的方式。通常根据热泵的热源(heat source)和热汇(heat sink)(冷源)的不同，主要分成3类：

空气源热泵系统 ( air-source heat pump) ASHP

水源热泵系统 (water- source heat pump) WSHP

地源热泵系统 (ground- source heat pump)GSHP

平时还有人把热泵系统按照1次和2次介质的不同，分别叫做：

空气---水热泵系统

水 --- 空气热泵系统

水 --- 水热泵系统

空气---空气热泵系统

这些都是把热源、热汇以及空调系统的传递介质也包括进来分类形成的。

为了和国际标准接轨，我们还是应该依照国际惯例来命名。在1997年由美国的ASHRAE(美国采暖、制冷与空调工程师学会)统1了标准术语，无论是WSHP、GSHP都叫做GSHP--地源热泵系统。

另外，为了让我们在学习和讨论中更方便，介绍1些地源热泵室外能量交换系统的概念：

土壤埋管系统----土壤换热器(水平埋管、竖直埋管)

地下水系统

地表水系统

这些都是地源热泵的热源或热汇形式。(具体参见下图)

图。1。1土壤换热器(水平埋管)图

图。1。2土壤换热器(竖直埋管)图

图。1。3 地表水系统图

图。1。4 地下水系统图

2、国内外研究现状及发展趋势

1。 地源热泵的发展历史

地源热泵是1种先进的技术，它高效、节能、环保，有利于可持续发展。这项技术最先开始于192019年，瑞士Zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1946年美国开始对地源热泵进行系统研究，在俄勒冈州建成第1个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用高潮。1985年美国安装地源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了400000台以上的地源热泵，并且以每年10%的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在欧洲国家里更多的是利用浅层地热资源，来供热或者取暖。上个世纪70年代以来，随着能源和环境问题的逐渐变得严重，在各个方面节能也被更多的考虑，以可再生的地热源为能源的地源热泵又引起了人们的重视。尤其是近年来，随着能源和环境问题的日益突出，地源热泵的研究和应用发展迅速，国内外的很多高校和研究机构相继开展了理论和实际应用方面的研究。随着研究的深入，我们的地源热泵研究工作者在全国范围内举行了各种交流探讨会。中国制冷学会第2专业委员会主办了“全国余热制冷与热泵技术学术会议”;1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”;中国能源研究会地热专业委员会于1994年9月6日至8日在北京召开了第4次全国地热能开发利用研讨会;从90年代开始，每届全国暖通制冷学术年会上都有“热泵应用”的专题;2019年6月19～23日，中美地源热泵技术交流会在北京召开，会议介绍了地源热泵技术，国外的应用状况和在中国的推广;山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会联合发起并承办“国际地源热泵新技术报告会”于2019年3月17日在山东建筑工程学院举行，加强了国内外地源热泵先进技术的交流。

2.地源热泵在中国的发展现状及前景：

目前在中国，地下水热泵系统已开始广泛使用，而土壤源热泵系统尚处于研究机构工程摸索和研究阶段。

从有关调查来看，地下水热泵工程真正成功的并不多。原因在于要实现100%的回灌，并回灌到同1含水层，不污染地下水，且能长时间稳定运行，并不容易做到。同时，还出现了大量不进行回灌的热泵工程，更有甚者，出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做，1则污染水体，2则浪费水资源。

鉴于国内的国情和地源热泵系统自身的特点，我们对其各自的前景作1分析。随着地下水热泵工程技术改进和规范化，由于其突出的节能和保护大气环境的功能，还是存在着巨大的潜在的市场。水平埋管土壤源热泵，虽然占地面积大，但靠地表换热可以自然恢复地温，在年排热量和吸热量不平衡的地区应用比较有优势。而垂直埋管土壤源热泵，随着专业安装队伍的发展，钻孔设备的完善，势必会使造价大幅度降低，无疑会成为今后最有竞争力空调方式。

3、本课题研究方案：

本课题属于设计改造现有热水系统，学校宿舍的热水供应系统。在改造中应该充分考虑到：

1、 学生的定时供热，需要的功率及系统响应时间问题。

2、 属于改造系统，要和现有的系统相结合。

3、 考虑到成本问题，造价是否合理。

4、 在使用过程中维护的费用及技术的要求是否合理。

5、 运行的安全及噪音处理问题。

6、 废物的处理及环保问题。

4、本课题研究的内容：

广西工学院北区5#的热水供应改装。

1、该大楼空调工程包括：

1-6层的热水供应，所有宿舍。

2、设计参数：

每层有14个房间，每间8人，共6层。

3、柳州地区基本气象参数：

根据物候报告，5月1号到10月1号之间为高温区很少用热水，寒假期间不用热水

4、本课题具体研究内容：

(1)、循环水换热器的计算

(2)、土壤热泵系统(GCHP)的土壤换热器设计

地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，是土壤源热泵系统设计的核心内容，其选择的形式是否合理，设计的是否正确，关系到整个地源热泵系统能否满足要求和正常使用。

地下埋管换热器设计主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等

(3)、布置型式

目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种布置型式，即水平埋管和垂直埋管。选择方式主要取决于场地大小、当地土壤类型以及挖掘成本，如果场地足够大且无坚硬岩石，则水平式较经济;如果场地面积有限时则采用垂直式布置，很多场合下这是唯1的选择。

尽管水平布置通常是浅层埋管，初投资1般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，故1般采用垂直埋管布置方式。

3。1 水平埋管

水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟2层双管、单沟2层4管、单沟2层6管等形式，由于多层埋管的下层管处于1个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。(单层管最佳深度1。2～2。0m，双层管1。6～2。4m)

近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，1种是扁平曲线状管，另1种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。

3。2 垂直埋管

根据埋管形式的不同，1般有单U 形管，双U 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式;按埋设深度不同分为浅埋(≤30m)、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。

1)U 形管型：是在钻孔的管井内安装U 形管，1般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U 形管径1般在φ50mm 以下

2)套管式换热器：的外管直径1般为100～200mm，内管为φ15～φ25mm。其换热效率较U 形管提高16。7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比U 形管高。⑵在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。

(4)、地下埋管系统环路方式：串联方式和并联方式

串联方式的优点是：①1个回路具有单1流通通路，管内积存的空气容易排出;

②串联方式1般需采用较大直径的管子，因此对于单位长度埋管换热量来讲，串联方式换热性能略高于

其缺点是：①串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高;

②由于系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻液(如乙醇水溶液)多;

③安装劳动成本增大;

④管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。

并联方式的优点是：①由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低;

②所需防冻液少;

③安装劳动成本低。

其缺点是：①设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排出空气;

②各并联管道的长度尽量1致(偏差应≤10%)，以保证每个并联同的流量;

③确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管径的管子做集箱，可达到此目的。

从国内外工程实践来看，中、深埋管采用并联方式者居多;浅埋管采用串联方式的多

(5)土壤换热器的埋管材料回路有相

5。1 管材选择

1般来讲，1旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性

⑶ 为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁(0。5mm)的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。

5。2 管件与连接

⑴热熔联接(承接联接和对接联接，对于小管径常采用)

⑵电熔联结

(6)、埋管管长与埋管间距的确定

地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等(可以通过热响应实验测得)。

6。1 水平埋管：确定管沟数目及间距

埋管管长的估算：利用管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力”在20～40W/m(管长)左右，;设计时可取换热能力的下限值，即20 W/m。

单沟单管埋管总长具体计算公式如下：

其中L ——埋管总长，m

1 Q ——冬季从土壤取出的热量，Kw，

分母“20”是每m 管长冬季从土壤取出的热量，W/m

单沟双管、单沟2层双管、单沟2层4管、单沟2层6管布置时分别乘上0。9、0。85、0。75、0。70 的热干扰系数(热协调系数)。

为了防止埋管间的热干扰，必须保证埋管之间有1定的间距。该间距的大小与运行状况(如连续运行还是间歇运行;间歇运行的开、停机比等)、埋管的布置形式(如单行布置，只有两边有热干扰;多排布置，4面均有热干扰)等等有关。

实训时间：20xx年7月1日-7月30日

实训单位：汉中联德商贸有限公司

实训目的：社会实践是大学生课外教育的一个重要方面，也是大学生自我能力培养的一个重要方式，因此对于我们在校大学生来说，能在暑假有充足的时间进行实践活动，给了我们一个认识社会、了解社会，提高自我能力的重要的机会。作为一名即将步入大三的学生，社会实践也不能停留在大一时期的那种毫无目的的迷茫状态，社会实践应在结合我们实际情况，能真正从中得到收益，而不是为了实践而实践，为了完成任务而实践。我觉得我们在进行社会实践之前应该有一个明确的目标，为自己制定一个切实可行的计划。应注重实践的过程，从过程中锻炼自己、提高能力。

物流管理是我选择的专业，是一科包括了信息流、资金流与物质流的综合产业学科，也是我前进的目标。营销是每个企业制胜的王牌之一，是赢在终端的利器。

因此，为了更好的了解社会，锻炼自己，感受社会就业的现状，体验一下工作的乐趣，这学期的假期我根据时间及自己的实际情况在汉中联德商贸有限公司销售部进行了实习，虽然仅有一个月的时间，但我觉得受益非浅，基本上达到了自己的目的。短短的工作让我体会到了就业的力，自己能力的欠缺及社会的艰辛，同时让我感到工作的无比快乐，一种在学校自由天地无法体会到的残酷竞争的"愉悦"。

实训过程：我的促销工作主要是促销电器。在促销前我进行了短暂培训，了解电器的，名称、性能、型号、价格行情等方面的知识，面对顾客时的语言组织，仪容仪表等。接下来就是正式的工作。每天早上8：30开始上班，到达指定地点后做好准备工作，摆好宣传资料，礼品赠品，然后调整好心态迎接顾客。每天工作7个小时，在下午工作完后还有个必须的程序--一天的工作总结。经理、主管及促销员一起讨论一天促销工作中的战果及存在的问题。

实训体会：通过促销实践，我觉得促销就是通过自己把厂商的产品推销给消费者，对于一个促销员来说，促销产品的同时也是向别人推销自己，同自己的言语、形态让他人了解自己。因此对于一个优秀的促销员来说必须具备以下素质：

一、要有良好的专业素质

当我们促销一种产品时，首先我们必须对产品的相关知识及厂商的具体情况要有一个明确的认识，大量的相关知识的贮备可以使我们能在促销过程中面对顾客的一系列问题，通过自己的介绍可以使顾客了解产品的一些具体问题，能使客明明白白的消费。

二、要有良好的语言表达能力及与陌生人交流的能力

促销是促销员跟顾客以产品为媒介的一种陌生的交流，所以语言表达必须合理得当，说话要有条理同时应让他人感觉你的亲和力。要通过自己层次清醒的说明，把产品介绍给顾客。同时要用自己的魅力吸引顾客，让他们通过自己来了解产品。另外在面对具体问题时我们应保持良好的心态，不能自乱手脚、语无伦次。

三、要有良好的心理素质及受挫折的心态

促销每天会面对社会上的形形色色的人，由于每个人的道德修养及素质的不同，会使工作中遇到很多问题。比如有的顾客会用各种方式刁难你，此时你必须保持良好的心态，不能跟顾客发生不愉快的事。有时候一天的工作可能收获不大，这时候我们不应气馁，要学会自我调节、自我鼓励，及时的自我总结，自我提高。

四、要有吃苦耐劳的精神，要坚持不懈。

促销是一种比较枯燥的工作，每天站着用一个笑脸面对不同的顾客，这生活需要我们坚持，要让自己在烈烈炎日下磨练。

实训总结：通过在汉中联德商贸有限公司的实践让我明白了：不管做什么事，态度决定一切。

做一项服务工作，顾客就是上帝良好的服务态度是必须的，要想获得更多的利润就必须提高销售量。这就要求我们想顾客之所想，急顾客之所急，提高服务质量语言要礼貌文明，待客要热情周到，要尽可能满足顾客的要求。只要你有一个服务于他人的态度，你就会得到他人的肯定及帮助，用自己的热情去换取他人的舒心。

明确目标，合理的设计规划自己。

我们现在要根据自己的实际情况合理的为自己规划，找到自己的发展道路。要通过社会实践切身的了解自己的专业，而不是一味的抱怨。要循序渐进的提高自己的能力，锻炼自己让自己成为社会优秀的人才为社会服务。

短暂的促销工作的结束让我在劳累中得到快乐，在汗水中得到磨练，我觉得自己的能力有了一定的提高，达到了自己预定的目标，残酷的社会就业压力让我不在感到恐惧，我想，只要我们有能力有信心我们一定会创造一个属于自己的乐园。

机械工程系毕业设计(论文)开题报告

课题：学生宿舍地源热泵供热系统设计

专题：总体设计

专 业：机械工程

班 别：机自041

学 号：1037

学生姓名：

指导教师：

完成时间： XX年3月31日

学生宿舍地源热泵供热系统设计

----总体设计

1、选题的依据及意义：

1.依据：

进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用热水供应装置，热水供应装置已成为现代学校居住必备。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，热泵供热技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了地源热泵供热机组的快速发展。

随着生产和科技的不断发展，人类对地源热泵供热技术也进行了1系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的地源热泵供热产品和技术，现在利用成熟的电子技术来进行综合的控制，并和太阳能结合更注意能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。

2.意义：

地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时，它还可供应生活用水，可谓1举3得，是1种有效地利用能源的方式。通常根据热泵的热源(heat source)和热汇(heat sink)(冷源)的不同，主要分成3类：

空气源热泵系统 ( air-source heat pump) ashp

水源热泵系统 (water- source heat pump) wshp

地源热泵系统 (ground- source heat pump)gshp

平时还有人把热泵系统按照1次和2次介质的不同，分别叫做：

空气---水热泵系统

水 --- 空气热泵系统

水 --- 水热泵系统

空气---空气热泵系统

这些都是把热源、热汇以及空调系统的传递介质也包括进来分类形成的。

为了和国际标准接轨，我们还是应该依照国际惯例来命名。在1997年由美国的ashrae(美国采暖、制冷与空调工程师学会)统1了标准术语，无论是wshp、gshp都叫做gshp--地源热泵系统。

另外，为了让我们在学习和讨论中更方便，介绍1些地源热泵室外能量交换系统的概念：

土壤埋管系统----土壤换热器(水平埋管、竖直埋管)

地下水系统

地表水系统

这些都是地源热泵的热源或热汇形式。(具体参见下图)

图。1。1土壤换热器(水平埋管)图

图。1。2土壤换热器(竖直埋管)图

图。1。3 地表水系统图

图。1。4 地下水系统图

2、国内外研究现状及发展趋势

1、地源热泵的发展历史

地源热泵是1种先进的技术，它高效、节能、环保，有利于可持续发展。这项技术最先开始于19xx年，瑞士zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1946年美国开始对地源热泵进行系统研究，在俄勒冈州建成第1个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用高潮。1985年美国安装地源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了400000台以上的地源热泵，并且以每年10%的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在欧洲国家里更多的是利用浅层地热资源，来供热或者取暖。上个世纪70年代以来，随着能源和环境问题的逐渐变得严重，在各个方面节能也被更多的考虑，以可再生的地热源为能源的地源热泵又引起了人们的重视。尤其是近年来，随着能源和环境问题的日益突出，地源热泵的研究和应用发展迅速，国内外的很多高校和研究机构相继开展了理论和实际应用方面的研究。随着研究的深入，我们的地源热泵研究工作者在全国范围内举行了各种交流探讨会。中国制冷学会第2专业委员会主办了“全国余热制冷与热泵技术学术会议”;1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”;中国能源研究会地热专业委员会于1994年9月6日至8日在北京召开了第4次全国地热能开发利用研讨会;从90年代开始，每届全国暖通制冷学术年会上都有“热泵应用”的专题;XX年6月19～23日，中美地源热泵技术交流会在北京召开，会议介绍了地源热泵技术，国外的应用状况和在中国的推广;山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会联合发起并承办“国际地源热泵新技术报告会”于XX年3月17日在山东建筑工程学院举行，加强了国内外地源热泵先进技术的交流。

2、地源热泵在中国的发展现状及前景：

目前在中国，地下水热泵系统已开始广泛使用，而土壤源热泵系统尚处于研究机构工程摸索和研究阶段。

从有关调查来看，地下水热泵工程真正成功的并不多。原因在于要实现100%的回灌，并回灌到同1含水层，不污染地下水，且能长时间稳定运行，并不容易做到。同时，还出现了大量不进行回灌的热泵工程，更有甚者，出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做，1则污染水体，2则浪费水资源。

对于土壤源热泵的发展主要是从1998年开始。国内数家大学建立了土壤源热泵实验台，且大多数进行了地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。其中1998年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和水平埋管换热器在内的热泵系统;1998年青岛建工学院建成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统;湖南大学1998年建设了水平埋管土壤源热泵系统;1999同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。这些系统为中国推广土壤源热泵奠定了基础。从XX年开始，在国内长春、济南、温州、重庆、米泉建立了1系列土壤源热泵系统的示范工程。土壤源热泵系统越来越多的被房地产商所关注和采用。

鉴于国内的国情和地源热泵系统自身的特点，我们对其各自的前景作1分析。随着地下水热泵工程技术改进和规范化，由于其突出的节能和保护大气环境的功能，还是存在着巨大的潜在的市场。水平埋管土壤源热泵，虽然占地面积大，但靠地表换热可以自然恢复地温，在年排热量和吸热量不平衡的地区应用比较有优势。而垂直埋管土壤源热泵，随着专业安装队伍的发展，钻孔设备的完善，势必会使造价大幅度降低，无疑会成为今后最有竞争力空调方式。

3、本课题研究方案：

本课题属于设计改造现有热水系统，学校宿舍的热水供应系统。在改造中应该充分考虑到：

1、 学生的定时供热，需要的功率及系统响应时间问题。

2、 属于改造系统，要和现有的系统相结合。

3、 考虑到成本问题，造价是否合理。

4、 在使用过程中维护的费用及技术的要求是否合理。

5、 运行的安全及噪音处理问题。

6、 废物的处理及环保问题。

4、本课题研究的内容：

广西工学院北区5#的热水供应改装。

1、该大楼空调工程包括：

1-6层的热水供应，所有宿舍。

2、设计参数：

每层有14个房间，每间8人，共6层。

3、柳州地区基本气象参数：

根据物候报告，5月1号到10月1号之间为高温区很少用热水，寒假期间不用热水

(1)、循环水换热器的计算

(2)、土壤热泵系统(gchp)的土壤换热器设计

地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，是土壤源热泵系统设计的核心内容，其选择的形式是否合理，设计的是否正确，关系到整个地源热泵系统能否满足要求和正常使用。

地下埋管换热器设计主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等

(3)、布置型式

目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种布置型式，即水平埋管和垂直埋管。选择方式主要取决于场地大小、当地土壤类型以及挖掘成本，如果场地足够大且无坚硬岩石，则水平式较经济;如果场地面积有限时则采用垂直式布置，很多场合下这是唯1的选择。

尽管水平布置通常是浅层埋管，初投资1般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，故1般采用垂直埋管布置方式。

3.1 水平埋管

水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟2层双管、单沟2层4管、单沟2层6管等形式，由于多层埋管的下层管处于1个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。(单层管最佳深度1。2～2。0m，双层管1。6～2。4m)

近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，1种是扁平曲线状管，另1种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。

3.2 垂直埋管

根据埋管形式的不同，1般有单u 形管，双u 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式;按埋设深度不同分为浅埋(≤30m)、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。

1)u 形管型：是在钻孔的管井内安装u 形管，1般管井直径为100～150mm，井深10~200m，u 形管径1般在φ50mm 以下

2)套管式换热器：的外管直径1般为100～200mm，内管为φ15～φ25mm。其换热效率较u 形管提高16。7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比u 形管高。⑵在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。

(4)、地下埋管系统环路方式：串联方式和并联方式

串联方式的优点是：①1个回路具有单1流通通路，管内积存的空气容易排出;

②串联方式1般需采用较大直径的管子，因此对于单位长度埋管换热量来讲，串联方式换热性能略高于其缺点是：①串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高;

②由于系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻液(如乙醇水溶液)多;

③安装劳动成本增大;

④管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。

并联方式的优点是：①由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低;

②所需防冻液少;

③安装劳动成本低。

其缺点是：①设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排出空气;

②各并联管道的长度尽量1致(偏差应≤10%)，以保证每个并联同的流量;

③确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管径的管子做集箱，可达到此目的。

从国内外工程实践来看，中、深埋管采用并联方式者居多;浅埋管采用串联方式的多

(5)土壤换热器的埋管材料回路有相

5.1 管材选择

1般来讲，1旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性

⑴ 聚乙烯(pe)和聚丁烯(pb)国外地源热泵系统中得到了广泛应用。

⑵ pvc(聚氯乙烯)管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用pvc 管

⑶ 为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁(0。5mm)的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。

5.2 管件与连接

⑴热熔联接(承接联接和对接联接，对于小管径常采用)

⑵电熔联结

(6)、埋管管长与埋管间距的确定

地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等(可以通过热响应实验测得)。

6.1 水平埋管：确定管沟数目及间距

埋管管长的估算：利用管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力”在20～40w/m(管长)左右，;设计时可取换热能力的下限值，即20 w/m。

单沟单管埋管总长具体计算公式如下：

其中l ——埋管总长，m

1 q ——冬季从土壤取出的热量，kw，

分母“20”是每m 管长冬季从土壤取出的热量，w/m

单沟双管、单沟2层双管、单沟2层4管、单沟2层6管布置时分别乘上0。9、0。85、0。75、0。70 的热干扰系数(热协调系数)。

为了防止埋管间的热干扰，必须保证埋管之间有1定的间距。该间距的大小与运行状况(如连续运行还是间歇运行;间歇运行的开、停机比等)、埋管的布置形式(如单行布置，只有两边有热干扰;多排布置，4面均有热干扰)等等有关。

广西工学院机械工程系毕业设计(论文)开题报告

课题：学生宿舍地源热泵供热系统设计

专题：总体设计

专 业：机械工程

班 别：机自041

学 号：2

学生姓名：

指导教师：

完成时间： XX年3月31日

学生宿舍地源热泵供热系统设计

----总体设计

1、选题的依据及意义：

1.依据：

进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用热水供应装置，热水供应装置已成为现代学校居住必备。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，热泵供热技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了地源热泵供热机组的快速发展。

随着生产和科技的不断发展，人类对地源热泵供热技术也进行了1系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的地源热泵供热产品和技术，现在利用成熟的电子技术来进行综合的控制，并和太阳能结合更注意能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。

2.意义：

地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时，它还可供应生活用水，可谓1举3得，是1种有效地利用能源的方式。通常根据热泵的热源(heat source)和热汇(heat sink)(冷源)的不同，主要分成3类：

空气源热泵系统 ( air-source heat pump) ashp

水源热泵系统 (water- source heat pump) wshp

地源热泵系统 (ground- source heat pump)gshp

平时还有人把热泵系统按照1次和2次介质的不同，分别叫做：

空气---水热泵系统

水 --- 空气热泵系统

水 --- 水热泵系统

空气---空气热泵系统

这些都是把热源、热汇以及空调系统的传递介质也包括进来分类形成的。

为了和国际标准接轨，我们还是应该依照国际惯例来命名。在1997年由美国的ashrae(美国采暖、制冷与空调工程师学会)统1了标准术语，无论是wshp、gshp都叫做gshp--地源热泵系统。

另外，为了让我们在学习和讨论中更方便，介绍1些地源热泵室外能量交换系统的概念：

土壤埋管系统----土壤换热器(水平埋管、竖直埋管)

地下水系统

地表水系统

这些都是地源热泵的热源或热汇形式。(具体参见下图)

图。1。1土壤换热器(水平埋管)图

图。1。2土壤换热器(竖直埋管)图

图。1。3 地表水系统图

图。1。4 地下水系统图

2、国内外研究现状及发展趋势

1。 地源热泵的发展历史

地源热泵是1种先进的技术，它高效、节能、环保，有利于可持续发展。这项技术最先开始于19xx年，瑞士zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1946年美国开始对地源热泵进行系统研究，在俄勒冈州建成第1个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用高潮。1985年美国安装地源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了400000台以上的地源热泵，并且以每年10%的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在欧洲国家里更多的是利用浅层地热资源，来供热或者取暖。上个世纪70年代以来，随着能源和环境问题的逐渐变得严重，在各个方面节能也被更多的考虑，以可再生的地热源为能源的地源热泵又引起了人们的重视。尤其是近年来，随着能源和环境问题的日益突出，地源热泵的研究和应用发展迅速，国内外的很多高校和研究机构相继开展了理论和实际应用方面的研究。随着研究的深入，我们的地源热泵研究工作者在全国范围内举行了各种交流探讨会。中国制冷学会第2专业委员会主办了“全国余热制冷与热泵技术学术会议”;1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”;中国能源研究会地热专业委员会于1994年9月6日至8日在北京召开了第4次全国地热能开发利用研讨会;从90年代开始，每届全国暖通制冷学术年会上都有“热泵应用”的专题;XX年6月19～23日，中美地源热泵技术交流会在北京召开，会议介绍了地源热泵技术，国外的应用状况和在中国的推广;山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会联合发起并承办“国际地源热泵新技术报告会”于XX年3月17日在山东建筑工程学院举行，加强了国内外地源热泵先进技术的交流。

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从进入学校到现在，已经快要四个月，一个学期的课程几乎也要结束了。随着专业导论课的结束，我对本专业的要求等也有了更深入的了解。

一、 参观工业博览会体会

11月，经由学校的带领，我们去参观了位于龙阳路国际会展中心的第14届工业博览会。展馆极大，参展的各类工业企业也很多，带来了许多国内外先进的机器和技术。让我们体会到了机器带来的魅力。

1、参观内容

本届工博会共设置了数控机床与金属加工展、工业自动化展、新能源与电力电工展、新能源汽车展、环保技术与设备展、信息与通信技术应用展、科技创新展等7个专业展。各个不同的展馆连接在一起，方便我们穿行和参观。去的当天人头攒动，好不热闹。在惊叹于人的密度之后，更让人惊叹的莫过于各个展馆里的让人耳目一新的新科技，新机器。 参观工博会之前便通过网站对工博会有了初步的了解，本次工博会首发产品数量是历届最多的，如代表世界切割和折弯加工最高水平的瑞士百超公司将在工博会现场首发ByJin激光切割机;德国通快将在工博会现场首发TruPunch 3000+最新型冲压机床等，有不少是国家专项。除了新产品首发，本届博会上还有不少“世界之最”。工业机器人史上体积最小的速度选手，IRB120机器人在中国工博会上表演组装鼠标;上海机床厂有限公司展出的MK84300超重型精密数控轧辊磨床是目前世界上最大的顶磨型精密数控轧辊磨床;西门子将带来目前市场上最紧凑的解决方案——科里奥利流量测量技术;代表世界工业清洗设备领域最顶尖技术的四巨头，意大利的Interpump通用泵业、彗星COMET、AR公司以及来自德国的凯驰等厂家，均携带新产品亮相。

有心去参观这些机器后，许多有趣的机器也吸引了我，会打乒乓球的手脚敏捷的机器人，能模仿马匹大象走路的机器人，特别是安川电机有限公司展出的MH5型号会玩魔方的机器人能手。据说机器人面部内置照相机，在玩魔方前，它会将魔方具到“面”前，对魔方的6个面进行拍照，然后用其色彩识别功能自动生成程序，快速地将魔方复原。让我觉得科技充满了无穷的魅力，技术能改变世界。因此还忍不住拍了很多照片回去和高中同学们介绍。特别印象深刻的就是我校参展的八个项目中，“基于直线电机的地铁屏蔽门控制系统”荣获高校展区项目优秀展品二等奖。学校荣获高校展区的优秀组织奖。

2、参观体会

本次的工博会，带给了我很多感想。此次工博会聚焦相关行业的热点问题，突出前沿性、前瞻性、专业型特点，并在选题、核心内容、专业听众覆盖面和出版物水准等方面迈上新台阶。本届“中国工博会”以 “创新转型与战略性新兴产业” 为主题，办展宗旨紧紧围绕发展战略性新兴产业，推动走新型工业化道路，促进由制造大国向制造强国迈进。特别是工博会河北省的参展主题是“创新驱动 科学发展 占领高端”，参展有39家在国内外具有较大影响优势企业的41组展品，包括轨道交通、核电装备、新能源开发利用和汽车等多个具有世界领先的技术水平和完全自主知识产权的配套产品。河北省装备制造业正是依靠自主创新，适应国家的战略要求和各行各业的实际需求，形成了一批具有自主知识产权的创新成果，开发出一系列在国内乃至世界同行业领先的产品，不断占领行业的一个又一个高峰。可一经网上搜索，便知道，虽然中国科技发展进步神速，但仍然同国外一些先进技术有长达十几年的差距。

于是我想，我作为一个学习机械的大学生，还在上海电机学院这样有针对性的学校学习，我就应当掌握好应有的知识技能，去应对国际化的技术浪潮，不说理想多伟大为国家做多大的贡献，却应当尽力能做好自己本职工作，发挥技术优势，努力去改变去创新，像杰出的学姐学长们看齐。

二、专业导论课程学习小结

本专业志在培养集机械设计、制造、控制于一体的宽口径工程教育，立足于地方工业经济建设，面向现代化机械行业，应用型本科高级应用人才。

培养具备坚实的机械设计制造基础理论与基本技能，具有的工程应用与技术开发能力，能将机械技术、电子技术和计算机技术进行有机融合，在机械工程领域从事设计制造、科技开发、应用研究和工程管理等方面工作的高级工程技术人才和管理人才。

应具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础以及正确运用本国语言、文字的表达能力;较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括力学、机械工程材料、机械原理、机械设计、电工电子技术、机械制造技术基础、计算机辅助设计与制造、数控技术等基础知识;具有本专业必需的制图、计算、实验、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能;具有本专业领域内某个专业方向所必要的专业知识，了解其科学前沿及发展趋势;具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力;具有较强的自学能力和创新意识。主要课程有：画法几何与工程制图、工程力学、机械设计基础、电工电子技术、微型计算机原理及应用、机械工程材料、液压与气压传动技术、机械制造技术、机械控制工程、CAD/CAM技术、数控技术、测试技术、机械制造工艺与工装设计。

装备制造业是为满足国民经济各部门发展和国家安全需要而制造各种技术装备的产业

总称。机械制造业生产重大的先进基础机械，书国民经济各部门科学技术，军工生产所需机械的基础。我国机械制造行业发展现状为大力发展捷报频频，然而仍然存在很多问题，如下

1.重大技术装备主要依靠进口，与国际水平相比落后了5-20年。2.数控技术，发动机和关键部件开发，制造能力薄弱(数控系统是装备的神经系统)。3.自主创新能力薄弱(市场换技术是一条错误路线)。4.缺乏总体设计，成套和系统服务功能的总承包企业。

装备制造业的发展趋势为分工全球化，产业集群化，信息化发展，服务化发展。行业发展对本专业人才的需求情况则必定是有很大缺口的，所以各大高校加紧培养此类人才以供市场需求。

对于我们来说。知识就是客观事物固有属性或内在联系不在人们头脑中的一种主观反映，汉语词典表达为人们在改造世界的实践中所获得的认知和经验的总和。能力就是通常指完成一定活动的本领，能力是人依靠自我的智力和知识技能等去认识和改造世界所表现出来的心身能量。而素质就是指一个人在政治思想作风，道德品质和知识技能等方面，经过长期锻炼，学习所达到的一定水平。它是人的一种较为稳定的属性，能对人的各种行为起到长期的持续的影响甚至决定作用。

于是掌握知识是发展能力的基础，知识是可以学习的，能力只有通过实践锻炼才能获得。 工程师的定义和作用为：工程师是具备一定知识，能力，素质，并经过专门的训练的工程技术人员。工程技术人员的作用就是改造人类世界。要求是具有人文方面的素质，终身学习能力，人际交往与合作能力，语言表达能力，国际合作与沟通能力和社会责任感。

最后，职业生涯即失业生涯，指一个人一生连续负担的工作之夜和植物的发展道路。未来的生活状态不由今天所决定，它是我们生活目标的结果。就为自己设定一个目标吧，理科开始行动起来，这样便已经踏入成功之路了，坚持再坚持，就一定能取得成功。要坚韧，要不畏艰难，要不抛弃不放弃，正如许三多那样坚持。

听了张欢欢和梅政两位学长的演讲，更加确认了这一句箴言“自强不息，追求卓越”。他们坚持，为了自己的信念努力，不怕难不怕苦，克服了各种不利的环境，以顽强的斗志完成了自己的课业和专题。也获得了令人赞叹的成绩和结果。职业生涯的规划，要以自身的条件和学识为基础，我会扎实地学习知识和技术，向应用型技术人才迈进，为自己的人生负责。