科研训练1.doc

科研训练
科学研究，一部分是创造知识，即创新、发现和发明，是探索未知事实及其规律的实践活动；另一部分是整理知识，即对已有知识分析整理，使其规范化、系统化，是知识继承的实践活动。
作为一名在校大学生，在大学课程结束之余，在老师的指导下开展一些科研讲座实践活动，特别是体验一下科研者是如何进行科学研究的。一是增加自己的知识面，开阔视野；二来提高自己社会工作的专业实际操作技能，为以后能更好胜任工作奠定坚实的基础。
此次科研训练分为三大部分：1、如何对某一课题展开科研训练及在污水处理设计中常见的问题；2、建筑节能节水；3、热泵技术及应用。以下分部展述此次讲座内容。
一、 如何对某一课题展开科研训练及在污水处理设计中常见的问题
(1)立项
① 查找最新硕博论文，关注其中的展望与建议；
② 查找相关书籍，关注其工艺、技术的不足；
③ 科研论文，其中一些建模可作为你的突破点；
④ 根据自身兴趣，选择课题，开阵课题。
(2)做课题
① 由课题展开调研、文献收集，主要关注课题来源中科研论文的参考文献；
② 构思论文构架。注意：一、论文深度，论文面要广；二、要有创新点，有自己独到的见解；
③ 根据课题设计实验装置、编程序、进行实验、计算；
④ 在过程中对发现的问题进行论证解决，同时整理论文。
最后，白老师也为我们列举了一些往年毕业设计存在的问题，以此来提醒我们在做设计时应该注意的问题。如：高程图示中剖面图应如何标注；粗格栅间应该和提升泵房合建；细格栅间应该和沉砂池合建等。
二、 建筑节能节水
资源、环境和人类社会的可持续发展, 是21世纪的重大课题, 在可持续发展中, 能源、水具有举足轻重的作用,水资源虽然是可再生资源, 但人类使用水资源过于粗放和无序, 严重的浪费及污染, 是可利用水资源不多。能源供应紧张、缺水是一个全球性的大问题。
作为大学生的我们，在现代“绿色建筑”理念的指导下，我们更应该注重如何对建筑进行节能节水。
建筑物屋面植被对建筑物他条纹节能的影响：
加强屋顶、地面的保温。由于太阳辐射强烈引起顼层房间过热,应加强隔热层并有架空通风层,还可在空气间层内贴热反射膜,它能阻止80%以上的可见光,可以阻断或减少热桥的热损失,设倒置式屋面并有利于保护防水层使之耐久;采用坡屋顶,利用阁楼通风散热；采用屋顶植被覆盖，减少热量下行，在南方夏季高温闷热的气候地区较适宜，可减少空调能耗。
如下以世博会上建筑节能节水的一些方面列举：
1 旧建筑的改造利用
（1）世博演艺中心保留码头滨江区域的平台及柱墩，局部在原水面上空架板作为演艺中心车行及人行通道。
（2）世博村VIP生活楼对基地内保护建筑加以加固、改造、修缝和再利用，保护建筑的利用面积超过1500m2。
（3）特钢大舞台约10000m2的面积覆盖在滨江公园中，设计采取了“架空”和“引入”的手段。配合灯光和音响的位置，将厂房上空钢结构中原有的钢走道重新整修利用，变成舞台检修马道和设备吊架。将主厂房顶部三个高炉风帽油漆改造，加装风扇和采光顶棚。
2 建筑形体节能
（1）世博轴膜结构遮阳顶棚，高10m的平台顶棚为膜结构，透光率仅14%，大大降低高架平台的阳光直射，提高人体舒适程度。
（2）世博演艺中心主体部分采用悬挑结构，实现外遮阳效果。
3 节能型幕墙体系
（1）世博中心双银L O W-E中空夹层玻璃，在夹层玻璃里增加了一层用于遮阳的金属编织网，在中空层里充氩气，综合传热系数降到2 W / ( m2·℃)左右，遮阳系数降到0.25左右。
（2）世博演艺中心主体建筑采用金属幕墙结构，防火保温岩棉为100mm，传热系数可达0.59 W/(m2·℃)。
4 自然采光、通风
世博演艺中心上壳局部采用玻璃天窗，充分利用自然光，节约照明能耗。世博中心建筑外幕墙可开启面积约为外窗总面积的30%，开启方式采用手动和电动相结合，满足过渡季节室内外通风的要求，有效节省了空调能耗。沪上生态家设置多处风道，组织自然风，结合设置网状异性中庭形成风压拔风通道。
5 江水源热泵与地源热泵
世博轴、世博中心、世博演艺中心的平均小时总取用河水量约为12000m3。世博中心年运行能耗节省5740MW·h，折合2118t标准煤，CO2减排约5401t。世博轴夏季运行节省能耗271MW·h，折合100t标准煤，CO2减排约255t。
（1）经过比较研究，本工程的地埋管埋设在结构工程桩内，采用W型管，管道埋深同桩深度。世博轴江水源热泵与地源热泵联合运行,在初夏早秋江水温度较低时和夏季部分负荷时多用江水源机组，冬季江水温度低时尽可能多的用地源热泵。
（2）优势互补：不仅提高了运行效率，而且解决了地埋管在南方地区可能发生的土壤热积聚，从而更好
地确保了系统的安全、稳定。
6 冰蓄冷
根据空调峰谷复合特性，采用冰蓄冷空调技术减少主机装机容量。夜间制冰蓄冷，移峰填谷，具有良好的社会和经济效益。
7 太阳能发电
世博中心太阳能光伏发电系统一年可发电约2900MW·h,采用升压后并网方式发电。沪上生态家设置太阳能光伏板与建筑构造完美结合，并入大楼电网。世博演艺中心部分区域布置光伏发电装置。
8 太阳能热水
世博中心利用太阳能制备的热水量占生活热水消耗量的52%以上，每年可节省58t标准煤，减少CO2排放154t。
9 雨水回收利用
世博轴利用处理后的雨水作为部分冲厕、绿化等生活用水后，自来水代替率可达75%左右，世博会期间可节约自来水约7.1万m3。年平均雨水可回用量约为30000m3，约占年用水量的14%以上。
10 LED灯光
世博演艺中心发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠、环保。
三、 热泵技术及应用
3.1、热泵技术
热泵水泵加热系统主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等部分组成，通过让工质不断蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中，原理如下图。
高温液体介质
冷凝器

压缩机
热水
蒸发器

介质热量输入

介质冷量输出

冷水

膨胀阀

低温高压气液体介质
低温低压气液介质体

热泵在工作时，把介质中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收；热泵本身消耗一部分能量，即压缩机做功耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QＣ来加热热水，QＣ＝QA＋QB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB　和热泵从环境中吸收的热泵QA，QA就是节约的能量。因此，采用热泵技术可以节约大量的电能，实质是将热量从温度低的介质“泵”送到温度较高介质中的过程。
3.2、热泵的类型及应用
①、水源热泵
水源热泵分为浅层地下水源热泵和地表水源热泵，
（1）水源
原则上讲，凡是水量、水温能够满足制热负荷或制冷负荷的需求，水质对机组设备不产生腐蚀破坏的任何水源都可作为水源热泵系统的利用的水源，既可以是再生水，也可以是自然水源。
a、再生水资源
是指经人利用后排放但经过处理的城市生活污水、工业废水、矿业废水和热电厂冷却水等水源，有条件利用再生水源的用户，变废为为利，可减少初投资，节约水资源。但对大多数用户来说，可供选择的是自然界中的水源。
b、自热界中的水源
自然界中的水分布于大气圈、地球表面和地壳岩石中，分别称之为大气水、地表水和地下水。陆地上的地表水和地下水均来自于大气降水。
地表水中的海水约占自热界水总储量的96.5%。滨海城市有条件利用海水，国外有利用海水作热泵的水源的实例。近年，国内有用海水作热泵水源的研究
但海水作热泵水源的应用尚待时日。陆地上的地表水，即江、河、湖水库的水比海水和地下水矿化程度低，但含泥沙等固体颗粒物、胶质悬浮物和及藻类等有机物较多，浊度较高，须经处理方可作为热泵水源。
地下水是指埋藏和运移在地表以下含水层中的水体。地下水分别广泛，水质比地表水好，水温随气温变化比地表水小，是热泵可以利用的较为理想的水源。（2）水量与水源的选择
水量是影响水源热泵工作效果的关键因素，一项工程所需水量多少应该由工程负荷和机组性能决定，所选择的水源水量应满足负荷要求。如果其他条件均满足，水量略有不足，其缺口可采取一定辅助弥补措施解决，如水量缺口较
大，不能满足负荷要求，就应考虑其他方案。就某项具体工程而言，应从实际出发，判断是否具备可利用的水源，不同工程的场地和水文条件千差万变，可利用的水源各不相同，应因地制宜选择适宜水源。当有不同水源可供选择时，应通过技术、经济比较后，择优选择。
（3) 水质
污水源含有有机悬浮固体、无机颗粒等杂质较多。自然界中水处于无休止的运动中，不断与大气、土壤、岩石等环境介质的接触，互相作用，使其具有复杂的化学成分。应用水源热泵时，除应关心水源水量，还应关注水水的温度、化学
成分、浑浊度、硬度、矿化度和腐蚀性等因素。应用水源热泵时，对水源系统的要求原则是：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。目前对水源热泵的所用的水质尚无明确规定。
(4) 水源热泵工作原理
下面以地下水为水源阐述水源热泵在夏季、冬季的工作原理：
水源热泵 工作原理－夏季节能性夏季通过热泵把建筑物的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样，在地下水源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具明显的优势，锅炉供热只能将90%-98%的电能或70-90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此水源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量。水源热泵机组工作的大致原理是，夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取热量。其具体工作原理：在制冷模式时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向冷却水（地下水）中放出热量,形成高温高压液体，并使冷却水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收冷冻水（建筑制冷用水）中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使冷冻水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在蒸发器中获得冷冻水。
（5）水源热泵利用应注意的以下几个问题
A、在采用水源热泵技术时，前期的水文分析尤为重要，必须根据地下水源实际情况，进行可行性的研究分析。适用的原则：水量充足、水温适当、水质良好、供水稳定、回灌可靠。因此，前期的认真、科学的水文地质勘探工作是非常必要的。
B、水源热泵中央空调主机，是冷热源的核心，它的质量好坏直接影响整个系统的可靠性和使用效果。建议选用国内外有良好信誉的厂家，尤其是技术质量优、生产历史久、售后服务好的知名品牌。众所周知，水源热泵空调的能效比（COP值，约等于输出功率／输入电功率）高于常规空调，但也有极限，一般在4、6，但国内某些厂家标称其热泵机组能效比可达到7、8之多，甚至少数还有11、12。这是不符合实际。
C、当以地下水为时，应采用封闭式严禁换热后的水直接排放，应回灌到同一含水层，且不得污染地下水源；系统投入运行后，应对抽水量、回灌水量及水质进行监测。
D、由于水源热泵中央空调系统使用率极高，因此对设备的性能、质量要求也比较高，各种辅助设备和材料的合理匹配也是获得良好效果的基础。
E、在使用水源热泵时，北方地区应优先考虑工业废水（比如冷去水）和城市污水处理水。井水特别是深井水，全年温度基本稳定而且水质良好，是热泵系统比较理想的低温热源，在工程中采用较多。但是这种系统有可能存在回水困难、回水污染及破坏地下水生态资源等环境问题。
②、地源热泵
（1）地源热泵的原理
地源热泵(也称地热泵)是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术。
地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地能换热系统、水源热泵机组系统和室内采暖空调末端系统。
（2）地源热泵供热工作原理
图1为地源热泵供热系统原理。其工作原理如下:首先在制冷回路内充注制冷剂。压缩机通入三相交流电高速旋转，将低温低压制冷剂气体吸入压缩机。经压缩后变成高压高温气体，该气体经冷凝器被冷却水冷却，又变成中压中温的制冷剂液体，该液体经过膨胀阀节流减压后送人蒸发器。由于蒸发器连接在压缩机的吸气口上，压缩机不停地吸入蒸发器的制冷剂气体，使得进人蒸发器的大量制冷剂压力减低，制冷剂进一步大量蒸发。由于蒸发器另一侧与室外地源换热系统的地下水或土壤连接，所以蒸发器可以吸收热量，被蒸发的制冷剂带走地下水中的大量热量。 这些低温热量通过被蒸发的制冷剂吸收变成了制冷剂热量，又被源源不断地吸人压缩机。经压缩机压缩之后，变成为高温、高压气体，这些高温气体在通过冷凝器冷却的同时，把大量的热量传给了冷凝器另一侧，即室内空调末端系统，也称采暖系统。制冷剂气体被冷却的过程，也可以看做是将高温热量传递给冷却系统的过程，或者是对采暖系统的加热过程，采暖系统水温一般为 50～60℃通过室内空调末端系统的风机盘管或暖气片向房间供热。
热能利用
供热Q
压缩机

节流阀

冷凝器

地下

(3) 地源热泵有三大优点：
一是节能，经行业专业人士测量得知，地表温度一年四季内保持在较适宜的10~20℃范围内，在温度较恒定的情况下，其全年的制冷量与制热量输出（能力）比较稳定，没有“逆反”效应，空调系统运行时使用的能耗将大大的降低。其夏季的制冷效率EER与冬季的制热效率COP都相应要比空气源热泵系统高20％～40％。比如，在冬天1千瓦的电力，将土壤或水源中4~5千瓦的热量送入室内。在夏天，过程相反，因此地源热泵能够以最小能耗获得最舒适的环境。
二是环保，地热能是一种可再生能源，在使用过程中，随时可以再生被利用，并且在使用中不产生任何废弃物，采用地源热泵技术将给建筑节能带来突出成效。据了解，16万平方米的采暖系统采用“地源热泵＋冰蓄能”技术在每个采暖季可以从地下土壤中吸取约为1200万千瓦时的热量，折合标煤1500吨，可减排二氧化碳1320吨，二氧化硫、氮氧化合物70吨，粉尘15吨，在环境保护方面有着非常显著的效果。
三是费用低，地源热泵虽然在建筑上要耗用一定费用，但是一旦建成，运行的费用相当低。采用地源热泵系统可以被多方面利用，不仅能供暖而且可以提供生活热水，使用寿命一般在15年以上。根据现有实际工程测算，如采用地下水式地源热泵，系统初投资约为每平方米在300元～400元，其中冷热源部分投资每平方米约220元，与采用国产冷水机组加锅炉式中央空调系统的初投资大致相同或略低，而在后期的使用中运行费用相当低，地源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比也可以减少40%以上；与电供暖相比可以减少70%以上，它的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近50%，比燃气锅炉的效率高出75%。
（4）地源热泵应用应注意的问题
一是施工建设，这就包括项目要策划好，是不是放在应该建项目的地方，考虑的因素方方面面都要想到；项目还要设计好，一个工程建设没有一个设计文件不可能施工。但是设计院对地源热泵怎么做，还不是很普及，好多都是专业公司做完了以后设计院去把关的，这是需要关注的一个问题；地源热泵和一般的暖通空调不一样的就是要和土地打交道，要和我们原来不熟悉的环境打交道，很多环节上面一定要切切实实做好；设备要采购好，现在好多设备老是低价中标的设备，难以做出合格的工程。 设备的生产供应和改进是我们广大设备供应商要做的工作，在设备方面，我们还是要在工程上用得好。我们过去对检测手段基本上不当回事，但是从今以后，特别是对地源热泵项目，一定要有检测手段，这样才能在运行期间判断系统是不是正常，是不是高耗能。在竣工后的验收环节，我们还存在把关问题，需严格执行到位才行。
二是管理，项目竣工以后，要把验收工作和评估工作做好。正常运行的耗能的数据要监测、记录好，现在已经实现了在线检测，数据可以直接传到检测中心，这样就能知道效果。还有一个是能力建设跟职责的管理。能力建设包括技术资
质，包括队伍的培训等等。
三是使用。也就是我们的运行管理要好。不是说地源热泵用了就节能，只有在真正投用了以后，把它运行好才节能。一般情况下，地源热泵的运行跟传统空调的运行还不一样。运行环节的检测非常重要，就是要培养能源服务公司跟业主建立关系，实现对节能能效的监测。另外，就是要向社会宣传我们这个项目成功，首先是数据，一定要用数据来证明，这个数据不仅仅是某个阶段的数据，是全年的、真实的数据，我们希望用这些数据来真正地证明我们中国人做的项目在世界上是先进的、领先的。
四是要监督好，各个城市的地源热泵使用情况都是依托专业团体的宣传和报道才能被广泛认知的，那么这些专业团体要把各个方面的力量联合到一起，探讨怎么推进地源热泵行业的发展。
总结：
通过这次科研训练，我学到了一些东西，在理论上，信息上，一级在认识上都有了很大的提高。科学研究讲究严谨，每个研究者都要怀着一丝不苟的态度去做好每一次研究，在研究开始前的计划与大量准备是必不可少的。通过训练我发现要干好一件事情必须要不怕困难，坚持到底，只有这样才会战胜困难，赢得最后的胜利。作为信息时代的大学生，仅会操作鼠标、懂得理论知识是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。另外，理工科的学生不是只有会理论和观察就够了的，培养表达能力也很重要，要懂得把自己的想法恰如其分的表达清楚，梳理成文章，让感兴趣的人很好的欣赏自己的创作。所以通过科研训练，让我在原有水平上有了一个量的提高，对我以后的发展和专业水平的提高有很大的帮助，我想我会一直努力用理论联系实际的方法不断提高自己，奔向人生最高处。