论文总字数：26405字

摘 要

本文以河北石家庄农村地区的一栋典型住宅冬季供暖为研究对象，基于建筑的热物理环境，为其设计热泵系统。本文采取的供暖方案为空气源热泵配合低温地板辐射供暖。

对该建筑的热环境特性进行分析，根据DEST软件计算得到建筑的逐时热负荷数据，建立预测该建筑随室内外温度变化的热负荷需求模型，并与热泵在不同工况下的产热输出模型结合起来，从不同工况下的制热量、最不利工况下的能效比等方面综合考量，选择格力（型号为HLRfD8WZPd/NaA，额定制热量为8.5kw）的空气源热泵作为该系统的供暖装置。

根据单位面积热负荷最大的房间（卧室2）的热需求，参照不同供水温度下的地板平均温度曲线和单位面积散热量曲线，设定该系统的供水温度为40℃，供、回水温差为5℃，可以使该热泵系统既能满足该建筑的供暖要求，又能有较好的节能效果。

使用Design Builder软件对该系统进行模拟，得到的室内温度围绕设定温度上下波动。在室外气温较低的情况下，会有房间连续几小时低于设定温度，热舒适性较差。通过改良地板层材料，基本解决了这一问题，且系统耗电量也有所减少。

关键词：建筑热环境，空气源热泵，地板辐射采暖

Abstract

In this thesis, heat pump system was designed based on the specific building thermal environment for a typical residential building in the rural area of Shijiazhuang, Hebei Province. The heating scheme is air source heat pump with low temperature floor radiant heating. The building hourly heat load data is calculated by DEST. A thermal load demand model for predicting the temperature variation of the building with indoor and outdoor temperatures was established by using multi-linear regression method, combining with the heat pump model of the heat pump under different working conditions. From the aspects of heating capacity under different working conditions and energy efficiency ratio under the most unfavorable working conditions, the air source heat pump of Gree（the modle is HLRfD8WZPd/NaA and rated heat capacity is 8.5kw) is selected as the heating device of the system.

According to the average floor temperature curve and the heat dissipation curve per unit area under different water supply temperatures, Set the system's water supply temperature to 40 ° C and the temperature difference was 5 ° C based on the thermal load demand of the second bedroom.

The system was simulated using Design Builder software and the resulting room temperature fluctuated around the set temperature. In the case of low outdoor temperatures, the room will be lower than the set temperature for several hours, and the thermal comfort is poor. This problem has been basically solved by improving the floor material, and the system power consumption has been reduced.

KEY WORDS: Building thermal environment, Air source heat pump, Low-temperature radiant floor heating

目 录

摘要 …………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………… Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1我国的能源现状 1

1.1.2热泵技术 1

1.2研究现状 2

1.2.1空气源热泵的国内外研究现状 2

1.2.2地板辐射采暖的研究现状 3

1.3本课题的主要研究内容和思路 4

1.3.1研究内容 4

1.3.2研究思路 4

第二章 建筑热环境特性与热负荷 5

2.1设计参数 5

2.2建筑热环境特性分析 6

2.2.1建筑热环境 6

2.2.2 室外建筑热环境分析 6

2.2.3室内建筑热环境分析 7

2.3室内热负荷的计算 8

2.3.1室内热负荷计算依据 8

2.3.2室内逐时热负荷的计算 8

2.3.3建立室内逐时热负荷需求模型 9

第三章 热泵的设计 11

3.1热泵形式的选择 11

3.2热泵型号的选择 12

3.2.1热泵选型的要求 12

3.2.2 热泵在变工况下的性能变化 12

3.2.3热泵的产能输出模型 13

3.2.4热泵型号的选定 14

第四章 末端的设计 16

4.1末端的形式的选择 16

4.2地板辐射采暖的地面结构 17

4.3地板辐射采暖供回水温度的确定 18

4.4水力计算 21

第五章 热泵系统的模拟运行分析 23

5.1建立模型 23

5.1.1模拟软件的介绍 23

5.1.2空气源热泵低温地板辐射采暖系统模型的建立 23

5.1.3模拟结果 24

5.2方案优化 26

5.2.1围护结构的改良 26

5.2.2优化结果 27

5.3系统的经济投入 27

5.3.1系统初投资 27

5.3.2系统的年运行费用 28

5.3.3与传统散烧煤取暖的比较 28

第六章 结论与展望 29

6.1结论 29

6.2展望 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1我国的能源现状

中国的能源消费总量位居世界第二，能源对于我国的经济发展有着不可忽视的作用。按照当下我国的经济发展趋势，我国对能源的需求量只会有增无减。然而人类广泛使用的常规能源总量是有限的，目前全世界已经探明的煤炭、石油等石化燃料的总量，大约只能再支撑人类使用100年。这也导致各国之间的能源争夺战日益加剧。要想保障人类社会的稳步发展，必须要有长期稳定的能源供应，为了解决这一问题，世界各国都在积极探索新能源，太阳能、地热能、生物能等可再生能源的利用成为近年来能源研究的热门领域

利用率低，消耗量大，人均占有量不足的能源现状，使我国在世界能源争夺战中处于非常不利的地位，能源问题是我国实现可持续发展道路上的一个亟待解决的难题。为了改善我国的能源现状，缓解我国的能源消费压力，实现可持续发展，必须从节能潜力巨大的方面着手，对其能源结构进行合理的调整。建筑采暖能耗正符合这一要求。2017年发布的《中国建筑能耗研究报告》显示，2015年中国建筑能源消费总量为8.57亿吨标准煤，占全国能源消费总量的五分之一，其中建筑供暖的能耗在建筑总能耗中所占有非常大的比重。我国建筑总量的连年攀升以及人们对室内热环境舒适度越来越高的要求，都预示着我国的建筑供暖能耗还有着不断增长的趋势。采用更高效的供暖形式来代替传统的供暖形式，对发挥出我国建筑供暖能耗的巨大节能潜力有着重要的意义。

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