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1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!开 题 报 告选题背景现代社会的发展与经济的繁荣，与能源的发展变革息息相关。石油危机的发生和现代工业带来的一系列问题，使人们对不可再生矿物能源贮量的有限性及其使用的局限性有了更深刻的认识。据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采时间不超过90年，在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭，其后在2250年左右，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭，在21世纪不论是发达国家还是发展中国家，最终都面临空前的能源危机。据能源机构估计到2050年我国能源需求量将为50亿吨标煤，目前开采水平为30亿吨标煤，水力、风
2、力等发电开发量为5亿吨标煤，届时将有巧亿吨标煤缺口量，该量只能靠进一步开发核能铀资源、太阳能及其它可再生能源填补，因而中国的能源问题将面临十分严峻的挑战建筑相关能耗己成为我国三大能耗大户之一，目前建筑能耗(采暖、空调、照明、炊事、办公等伴随建筑运行使用的能耗)占社会总能耗的20%左右，随着我国城市化进程的加速，建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升，建筑能耗呈急剧上扬趋势，而由于建筑能耗主要集中在暖通空调能耗，据预测2020年我国暖通空调能耗量将达10亿吨标煤，将占社会总能耗的30%以上，因而暖通空调在社会总能耗中将占有十分重要的比重。随着全球规模的环境问题日趋严重，传统的“大量生产、大量流通、
3、大量消费、大量废弃”的生产消费模式，已越来越不能被人们所接受。由于我国的能源结构仍以煤为主，煤的消耗占一次能源消耗的70%左右，我国煤燃烧所排放的SO2占到全国SO2总排放量的85%以上，CO2占到85%，NO2占到60%，粉尘占到70%，燃煤排放SO2引起的酸雨污染已扩展全国整个面积的30%一40%，造成的经济损失占国民生产总值的20%;另外全球CO2等温室气体的排放给人类带来重大损失，全球温暖化的经济成本是全球经济总产值(GWP)的1020%，建筑耗能是大气污染的主要因素之一，其中暖通空调在全国温室气体排放中的贡献率为15%以上，因而暖通空调的能源消耗给环境带来了巨大压力。目前，己经利用的
4、可再生能源主要有太阳能、风能、地热能、海洋能、生物如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!开 题 报 告质能等。热泵技术正是一种有效利用可再生能源和低位热能的技术。热泵的定义和分类热泵的定义热泵是一种利用一部分高品位能，通过热力循环，把热量从低位热源转移到高位热源的节能装置。即热泵可以把不能直接利用的低品位热能(如空气、土壤、水中所含的热能，太阳能，工业废热等)转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高品位能(如煤、燃气、油、电等)的目的。热泵的的分类及特点根据使用低位热能的种类，热泵可分为空气源热泵（(Air-Source Heat Pump，ASHP），地源热泵（Ground-Sour
5、ce Heat Pump，GSHP），水源热泵（Water-Source Heat Pump，WSHP），和复合热泵（Hybrid Heat Pump，HHP）。1空气源热泵空气源热泵把室外环境的空气作为冷热源，并把空气/空气热泵机组应用于空调系统。在我国，空气源热泵起步较早，所以技术比较成熟，而且系统结构比较简单，初投资较低，年运行时间长，基于以上优点，空气源热泵己经广泛应用于我国冬季气候温和的地区。但是，空气源热泵的一些缺点也使其应用范围和推广受到限制。首先，在冬季供热工况下，由于蒸发温度太低空气源热泵的蒸发器表面会结霜，这一现象在寒冷地区和高湿度地区尤为严重。结霜的危害很大，一方面，目前
6、在蒸发器除霜技术上存在较大障碍;另一方面，除霜需要消耗大量能量，约占热泵总能耗的10%，造成严重的能源浪费，因此需要进行定期除霜。其次，空气源热泵的运行特性受室外环境的影响较大，夏季制冷量随着室外空气温度的升高而降低，冬季制热量随室外空气温度降低而降低，与建筑物的冷、热负荷需求的变化趋势恰好相反。再次，空气源热泵体型如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!开 题 报 告如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!大，占地面积大，噪声污染严重，容易引起热岛效应。2地源热泵根据换热介质的不同，地源热泵可以分为三类:土壤源热泵 (Ground Source Heat Pump);地表水源热泵 (Su
7、rfaee Water-source Heat pump);地下水源热泵(Ground Water-Source Heat Pump)等。土壤源热泵系统以大地作为冷热源，把传统空调器的冷凝器或蒸发器直接埋入地下，直接与大地进行热交换，或者通过中间介质(通常是水)作为热载体，并使中间介质在封闭环路中循环流动，实现与大地进行热交换的目的。土壤源热泵的优点很多，土壤温度相对稳定，变化幅度小，热容量大，蓄热性能好，而且土壤温度变化相对于空气温度变化有一定的延迟效应。冬季热泵从土壤中提取热量，承担建筑热负荷，同时蓄存冷量以备夏用;夏季逆向运行，提取冬季蓄存的冷量，承担建筑冷负荷，同时蓄存热量冬季使用。但
8、由于土壤的导热系数小，管内载能流体与管外土壤之间的热流密度较小，导致所需地下换热器的面积较大，占地面积大，初始投资高。此外，埋地换热器受土壤性能影响较大，还需对冬、夏季的取、放热量进行平衡计算。地表水热泵系统将河流、湖泊水作为冷热源，有开路系统和闭路系统。地表水热泵系统具有造价低廉、泵耗能低、运行费用少等优点，但是，管道或水中其他设备容易受到损害，还可能造成水污染。地下水热泵系统的造价比较低，而且水井紧凑，占地面积小，技术比较成熟;缺点就是可供使用的地下水资源有限，处理不当还会造成严重的地下水资源的浪费和污染，而且现在很多地方限制地下水的使用。3水源热泵水源热泵利用地球水体储藏的太阳能资源作为
9、冷热源进行能量传递，可以一机多用，满足供暖、空调及生活热水多种需要。水体温度一年四季相对稳定，波动范围比周围空气温度的变化范围小得多。冬季水体温度一般在10一22之间，高于环境空气温度，蒸发温度提高，制热如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!开 题 报 告性能系数提高。夏季水体温度在18一30之间，低于环境空气温度，冷凝温度降低，制冷性能系数提高。水源热泵的COP较高，一般可以达到4一5，节能效果显而易见。但是，由于受到水资源条件、水资源使用政策以及能源价格等客观因素的影响，水源热泵的发展应用受到严重制约。污水源热泵以污水作为低温热源。城市污水不仅满足热源的温度要求，而且水量充足，是比较理
10、想的低温热源，有很大的发展空间。4复合热泵为了弥补单一热源热泵存在的局限性，并且充分利用低位能量，出现了各种复合热泵，即使用两种热源，如空气一水热泵、太阳一空气源热泵系统、太阳一水源热泵系统等。污水源热泵的特点其他可再生能源的局限性从可持续发展角度看，寻找合适的可再生清洁的低位冷热源是暖通空调的战略性任务。太阳能供热及热泵系统、土壤源热泵空调系统、地下水源热泵空调系统、空气源热泵系统等都是目前暖通空调领域研究和应用的可再生性清洁能源系统。但是这些系统应用都存在自己的局限性：1太阳能缺点是分散性，间断性和不稳定性等问题，造成利用太阳能供热时需要辅助热源或蓄能系统，另外，收集太阳能的效率低成本高，
11、目前建筑物暖通空调还很难承受，而仅限于太阳能热水器的使用。2土壤源热泵系统中因土壤换热效率低，埋管数量与占地空间很大，在城市人口密集区、繁华的建筑群区域内受到地理条件限制。另外，系统初期投资高，运行产生故障不易检修，土壤干燥导热能力显著下降等问题，目前处在小规模应用；3地下水源热泵系统在我国发展受到限制，因为我国水资源匮乏，地下水作为可再生性冷热源受到水资源保护限制，地下水源热泵系统井水回灌如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!开 题 报 告技术目前又不成熟，不合理的规模应用可能引发地质环境问题，另外还有水井枯竭、老化等问题；4空气源热泵系统的问题是在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大
12、降低，而且其制热量随室外空气温度降低而减少，这与建筑热负荷需求趋势正好相反。另外在以供暖为主的北方寒冷地区受到室外温度的限制，蒸发器表面温度低于 0时，能源利用效率急剧下降，在以供冷空调为主的南方地区，系统向空气散热不可避免地给城市居住区域带来热岛效应，即越空调越热。另外，受空气热容量限制，机组装机容量规模小。污水资源的特征城市污水热能回收与利用系统是把赋存在经处理后的污水或未经处理的污水中的热量回收后并加以利用的一项技术。与地热、空气等余热能源相比，城市污水有以下特征：1冬暖夏凉。城市污水的最大特点是冬暖夏凉，3月份污水温度最低为10，7至8月份污水温度最高为18，全年温度变化幅度仅为8。与
13、河水水温和气温相比，城市污水水温在冬季较高，在夏季较低。2全年水温变化受气候影响小。连续监测了哈尔滨某小区的排水温度，冬季排水温度平均为 11，夏季排水温度平均为 20左右。与河水和空气相比，城市污水全年水温相对稳定。3污水热能利用区域较广。由于目前的热泵技术己从对城市污水二级处理水的热能利用，发展到可直接回收利用未经处理的城市污水的热能阶段，因此，不受污水厂的地点限制，可根据城市污水管网情况和用户需要，灵活进行利用，扩大了在城市中使用的区域。4城市污水水量巨大且水量相对稳定。城市污水中工业废水通常稳定，而占主要的生活污水却有变化，其规律性是由人的生活习性决定的。主干渠变化较小，小干渠变化较大
14、。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!5热能的贮存量较高。据东京都下水道局测算，在有可能利用的城市热能中，城市污水热量约占总体的39%。按目前排入东京市区10个污水处理厂的污水量5106m3/d进行计算，年平均含热能3.8104kJ，可供 40 万户家庭开题报告如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!全年的耗电量。6污水热能可用于低温区。虽然城市污水热能赋存量较高，但从有效利用的角度出发，不适于用作动力，适于在 50左右以下的低温区使用，而这一区域应用潜力很大。课题的提出及主要研究内容城市污水处理厂二级出水基本都满足或好于国家城市污水排放二级标准，这样的水质使得利用污水冷热资源的防污除
15、杂工作大为减轻，增强了系统的稳定性及可靠性；并且污水厂水量大，资源集中，这就为建立大型的污水源热泵系统造了良好条件。论文作者通过参与青岛麦岛小区污水源热泵空调系统工程的可行性研究及北京清河污水处理厂二级出水的试验研究，发现要将污水处理厂二级出水经济有效地运用于污水源热泵系统有几方面问题是十分值得注意的。所以，本论文以青岛麦岛方案为案例，就工程中可能遇到的问题及值得注意的地方进行研究探讨，并提出了相关的设计思路与可行性方案，以便今后实际工程的借鉴与参考。其主要内容为：1对污水处理厂二级出水运用于污水源热泵系统的前期水资源评估做了详细的介绍，包括水资源评估数据、测量方法，并通过案例工程阐述了具体评
16、估过程；2对污水蓄水池、取排系统方案做了详细的研究；并对污水干渠分列式取排水口的干式取排系统进行了设计研究；3实验证明了污水处理厂出水的实际水质随天气发生的巨大变化，以及对实验系统的影响；验证了利用城市污水处理厂二级出水建立污水源热泵系统前端防污除杂的必要性；并对几种主要过滤设备的可靠性、稳定性、过滤效果等性能参数进行了试验对比，为我们实际工程设备选型提供了实验结论；4就污水资源的输送距离与输送能耗比例进行了研究，讨论了输送距离对输送能耗的影响，建立了相关模型，并提出了设计方案。借以评估项目的可行性与节能经济性。开 题 报 告如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!污水源热泵系统取水换热过程中存在的主要问题尽管城市
