地热开发理论与技术课程设计教学大纲

《地热开发理论与技术课程设计》课程教学大纲课程名称：地热开发理论与技术课程设计（中文）CurriculumDesignoftheoryandTechnologyofGeothermal（英文）课程编号：020060281课程性质：☑必修□选修课程类别：□通识课程□专业课程☑实践教学适用专业：新能源科学与工程课程学时：2周课程学分：2应开课学期：第六学期先修课程：《地质学基础》、《新能源勘查方法与技术》、《传热学》、《地热学》、《钻完井工程》、《工程热力学》、《新能源科学与工程概论》、《新能源勘查方法与技术》、《流体力学》、《钻完井工程》、《岩石力学》、《地热开发理论与技术》任课学院、系部：能源科学与工程学院新能源科学与工程系一、课程简介《地热开发理论与技术课程设计》是新能源科学与工程专业学生的专业核心课，以面向工程对象为基本原则，开展地埋管热泵系统设计。该课程设计主要包括：设计的基础资料的查阅分析、地埋管换热器的管材及传热介质、地埋管换热器的形式与连接、地埋管换热器长度的设计、地埋管换热系统水力计算、经济性分析等内容。通过该课程的学习，使学生熟悉地热设计的相关规范、标准和指南，会对地埋管热泵系统开展相关设计，为后续的课程学习奠定基础。二、课程教学的目标及与毕业要求的关系（一）课程目标课程总目标：通过《地热开发理论与技术课程设计》的学习，使学生能够正确认识地热行业发展现状和趋势；熟悉开展地热设计的相关规范、标准和指南；会对不同场景地埋管热泵系统开展设计；善于利用文献资料及团队技能开展地埋管热泵系统设计过程中的问题开展科学研究与技术攻关。课程目标1：使学生能够正确认识地热行业发展现状和趋势，了解地源热泵与传统的空调相比具有更加节能、运行费用更低、运行工况更加稳定的优点；融入青山绿水就是金山银山、科学发展观、生态环境保护等思政元素。课程目标2：熟悉《地源热泵系统工程技术规范》、《地源热泵工程技术指南》、《水源及地源热泵空调系统工程设计与应用手册》等国家相关设计规范、标准和指南；融入科学发展观、工匠精神、科学精神、工作规范、敬业精神等思政元素。课程目标3：善于利用文献资料及团队技能开展初步科学研究与技术攻关，会对地埋管热泵系统开展相关设计。融入钻研精神、敬业精神、责任担当等思政元素。课程目标与毕业要求的对应关系本课程目标支持的主要毕业要求如下表：课程目标毕业要求1.使学生能够正确认识地热行业发展现状和趋势，了解地源热泵与传统的空调相比具有更加节能、运行费用更低、运行工况更加稳定的优点；融入青山绿水就是金山银山、科学发展观、生态环境保护等思政元素。毕业要求1：工程知识，能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决新能源勘查、开发与综合利用中的工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识。2.熟悉《地源热泵系统工程技术规范》、《地源热泵工程技术指南》、《水源及地源热泵空调系统工程设计与应用手册》等国家相关设计规范、标准和指南；融入科学发展观、工匠精神、科学精神、工作规范、敬业精神等思政元素。毕业要求2：问题分析，能够应用新能源科学与工程理论与技术，并结合数学、自然科学等基本原理，通过理论分析和文献研究，对新能源勘查、开发、利用过程中遇到的问题进行综合分析。具备独立思考、善于发现和提出问题并独立分析工程问题的能力，掌握基本的分析问题和总结归纳的方法。3.善于利用文献资料及团队技能开展初步科学研究与技术攻关，会对地埋管热泵系统开展相关设计。融入钻研精神、敬业精神、责任担当等思政元素。毕业要求2：问题分析，能够应用新能源科学与工程理论与技术，并结合数学、自然科学等基本原理，通过理论分析和文献研究，对新能源勘查、开发、利用过程中遇到的问题进行综合分析。具备独立思考、善于发现和提出问题并独立分析工程问题的能力，掌握基本的分析问题和总结归纳的方法。毕业要求4：研究：能够基于科学原理与方法，结合具体生产实践，分析、解决新能源勘查和开发利用中的技术问题。能够正确认识行业发展现状和趋势，具备文献信息提炼、归纳能力。能够提出工程问题的关键理论问题和技术难题，善于利用文献资料及团队技能开展初步科学研究与技术攻关。课程教学的基本内容及教学安排（一）课程教学的内容及学时安排知识单元知识点学时数课程目标线下授课线上授课实验/实践1.设计的基础资料的查阅分析知识点1.1：设计对象的基本情况；知识点1.2：设计对象资料查阅、分析。1天课程目标1、2、32.地埋管换热器的管材及传热介质知识点2.1：选择地埋管核实的管材规格和压力级别；知识点2.2：掌握各种传热介质的特点，结合地埋管环境影响因素进行选择。2天课程目标1、2、33.地埋管换热器的形式与连接知识点3.1：掌握水平埋管和垂直埋管两种方式的优缺点及适用条件；知识点3.2：掌握地埋管换热器各钻孔之间的串联连接方式和并联连接方式就各自的优缺点及适用条件；知识点3.3：会结合具体条件选择适应的埋管方式和连接方式。2天课程目标1、2、34.地埋管换热器长度的设计知识点4.1：地埋管换热器的类型及布置形式知识点4.2：计算地埋管换热器的管长。2天课程目标1、2、35.地埋管换热系统水力计算知识点5.1：地埋管换热系统流量的确定知识点5.2：地埋管换热系统的阻力计算2天课程目标1、2、36.经济性分析等内容知识点6.1：经济性对比分析。1天课程目标1合计2周（二）实践教学内容及要求序号项目名称内容、要求学时实验/实践类别实验/实践类型每组人数必做/选做课程目标1设计的基础资料的查阅分析了解设计对象的基本情况，主要包括：项目的地理位置、建筑物的高度、建筑物的建筑面积和空调面积、围护结构类型、建筑中房间的使用功能以及当地的气候条件、土壤源热泵设备技术参数与生产销售情况、能源价格、用户发展规划等。2专业综合型6必做课程目标1、2、32地埋管换热器的管材及传热介质会使用《给用水聚乙烯（PE）管材》（GB/T13663-2000）、《冷热水用聚丁烯（PB）管道系统》（GB/T19473.2-2004）选择地埋管核实的管材规格和压力级别；掌握各种传热介质的特点，结合地埋管环境影响因素进行选择。2专业综合型6必做课程目标1、2、33地埋管换热器的形式与连接掌握水平埋管和垂直埋管两种方式的优缺点及适用条件；掌握地埋管换热器各钻孔之间的串联连接方式和并联连接方式就各自的优缺点及适用条件；会结合具体条件选择适应的埋管方式和连接方式。4专业综合型6必做课程目标1、2、34地埋管换热器长度的设计根据选择的地埋管换热器的类型及布置形式，会采用工程该算法、半经验公式法、计算机动态模拟法等设计计算地埋管换热器的管长。4专业综合型6必做课程目标1、2、35地埋管换热系统水力计算会进行地埋管换热系统流量的确定和地埋管换热系统的阻力计算（压力损失计算、循环泵的选择、管材承压能力的校验）。4专业综合型6必做课程目标1、2、36经济性分析等内容能与相同效果下的传统能源进行简单的经济性对比分析。2专业综合型6必做课程目标1基本要求1.在教师的指导下，按照课程色剂任务书的规定，独立、认真、有计划的完成课程设计任务；2.在课程设计中，能综合应用所学的理论知识与技能，去分析和解决工程实际问题；3.学会依据设计任务进行资料、整理和加工，掌握地埋管换热系统设计的流程、方法和标准，提高设计、理论分析、技术文件编写、图纸绘制等方面的能力；4.培养严肃认真的态度和严谨的工作作风，遵守纪律以及一丝不苟的敬业精神。5.根据建筑图纸、当地气候条件的等，设计地埋管热泵系统，完成课程设计。课程设计语言简练、图表规范、数据详实、字迹工整。课程设计应按统一要求格式撰写及装订。6.最终提交：课程设计说明书、相关图纸。注：实验/实践类别：专业、上机等实验/实践类型：操作型、验证型、演示型、综合型等。四、本课程与其他课程的联系《地热开发理论与技术课程设计》课程衔接《地质学基础》、《新能源勘查方法与技术》、《传热学》、《地热学》、《钻完井工程》、《工程热力学》、《新能源科学与工程概论》、《新能源勘查方法与技术》、《流体力学》、《钻完井工程》、《岩石力学》、《地热开发理论与技术》等专业课程，《地热开发理论与技术课程设计》对地热能应用较为广泛的地源热泵系统开展相关设计，主要包括：工程勘查，地层热物性测试，计算地下换热器的负荷，地埋管换热器埋管形式的选择，埋管长度的确定，孔深、孔径、孔数、孔间距的确定，流速的确定，环路形式的选择，换热介质的确定、经济性分析等内容。《地热开发理论与技术课程设计》后续课程有：《新能源转化与利用》、《储能原理与技术》、《新能源发电技术》等课程。五、教材与其他教学资源（含教学参考书或在线资源）（一）建议教材[1]窦斌，地热工程学[M].中国地质大学出版社，2020，教育部高等学校地质类专业教学指导委员会推荐教材；中央高校教育教学改革基金（本科教学工程）资助[2]唐志伟.地热能利用技术[M].化学工业出版社，2018.[3]郑克棪.地热利用技术[M].中国电力出版社，2018.（二）其他教学资源[1]多吉.中国地热资源开发利用战略研究[M].科学出版社，2018.[2]RonaldDipippo.地热发电厂：原理、应用、案例研究和环境影响(第三版)[M].中国石化出版社，2016.[3]张育平.中深层地热钻井换热供暖关键技术[M].科学出版社，2021.[4]廖志杰.中国读本-中国的火山、温泉和地热能[M].中国国际广播出版社，2012.[5]赵丰年.地热能技术标准体系研究与应用[M].中国石化出版社有限公司，2021.[6]郑克棪.地热：来自地下的热能[M].中国石化出版社有限公司，2019.[7]徐世光.地热学基础[M].科学出版社，2010.[8]智慧树：地热工程学/courseHome/1000001797[9]中国大学MOOC:储能原理与技术/course/FJNU-1206412806（三）设计依据[1]《采暧通风及空气调节设计规范》（GB50019-2003（2003年版））[2]《采暖通风及至气调节制图标准》（GBJ114-88）[3]《建筑设计防火规范》（GBJ116-87）[4]《高层民用建筑设计防火规范》（GBJ0045-95）[5]《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）[6]《宿舍建筑设计规范》（JGJ36-87）[7]《住宅设计规范》（GB50096-99）[8]《办公建筑设计规范》（JG67-89）[9]〈旅馆建筑设计规范〉（JGJ67-89）[10]《暖通空调制图标准》（GB/T50114-2010）[11]《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）[12]《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）[13]《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）2009版[14]《严寒与寒冷地区建筑节能设计标准》（JGJ26-2010）[15]《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》（GB50189-1993）[16]《民用建筑热工设计规范》（GB50176-1993）[17]《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-1995）（2001年修订版）[18]《建筑设计防火规范》（GB50016-2012）[19]《中小学校建筑设计规范》（GB50099-2011）[20]《档案馆建筑设计规范》（JGJ25-2000）[21]《博物馆建筑设计规范》（JGJ66-1991）[22]《剧场建筑设计规范》（JGJ57-2000）[23]《电影院建筑设计规范》（JGJ58-2008）[24]《办公建筑设计规范》（JGJ67-2006）[25]《综合医院建筑设计规范》（JGJ49-2008）[26]《旅馆建筑设计规范》（JGJ62-1990）[27]《汽车客运站建筑设计规范》（JGJ60-1999）[28]《铁路旅客车站建筑设计规范》（GB50226-2007）[29]《地面辐射供暖技术规范》（GB50366－2005）[30]《暖通空调设计选用手册》（上、下册）[31]《给用水聚乙烯（PE）管材》（GB/T13663-2000）[32]《冷热水用聚丁烯（PB）管道系统》（GB/T19473.2-2004）[33]其它专用设计规范、有关标准等六、教学方法与学习建议（一）授课方式以学生为中心，采用“讲师讲解+分组讨论+任务驱动法+独立设计”的授课方式。（二）重点（1）地埋管换热系统设计流程。（2）国家相关设计规范和标准在地埋管换热系统设计中的应用。（三）难点（1）地埋管换热系统负荷，埋管长度，孔深、孔径、孔数、孔间距等参数的设计计算。（2）能绘制地埋钻孔布置平面图和埋管剖面图。（四）后续自主学习建议（1）认真学习教材，地热工程学，窦斌，中国地质大学出版社，2020年1月，教育部高等学校地质类专业教学指导委员会推荐教材；中央高校教育教学改革基金（本科教学工程）资助，积极在CNKI查阅相关地源热泵学习资料；（2）课后可观看由任课老师的提供的在线课程教学资源，加深对所学内容的理解。（3）认真进行复习，观看由任课教师提供的PPT及相应课程设计说明。（4）认真思考，积极创新，在地源热泵利用方面提出自己的见解和思路。七、课程考核及成绩评定方式（一）课程考核考核方法：由指导教师组织对学生全面考核，按百分制评定，最后按五级分制折算（优、良、中、及格、不及格）。评定成绩总成绩满分100分，包括：平时考核、过程考核和结课考核三部分。平时考核主要包括师生互动、小组讨论、设计态度等环节内容，占总成绩的30%；过程考核主要为考勤，占总成绩的10%；期末考试为提交课程设计报告，占总成绩的60%。（1）平时考核100分，占总成绩的10%：出勤考核2次以上，每次出勤100分，缺席0分，按平均成绩计入过程考核；缺勤1次及以上，不得给“优”、“良”成绩。（2）过程考核100分，占总成绩30%：每位学生课堂提问回答、师生互动、小组讨论2次以上，每次成绩100分，根据学生的设计情况、互动回答等情况，给出对应的分数，折合至平时考核100分内。（3）结课考核100分，占总成绩60%：提交课程设计报告，根据设计质量获取相应的分数。主要包括报告的正确性、广度、深度，文字表达能力等。（4）注意事项：①当新的规范、规定和标准颁布实施后，本说明书中有关标准相应地作废，按新的标准执行，不执行的不得给“优”、“良”成绩。②本说明书中涉及到的规范、规定和标准中的强制性条文，在设计中必须执行，不执行的不得给“优”、“良”成绩。③设计中要贯彻宣传国家颁布的节约能源的政策等。④设计报告文字潦草、有错别字、图表不规范等，不得给“优”、“良”成绩。⑤集体安排的设计讨论无故缺勤一次，不得给“优”、“良”成绩⑥照抄他人资料而没有消化，平时对课程设计一无所知者，应给“不及格”成绩。⑦课程设计不认真，无组织无纪律者，应给“不及格”成绩。（二）课程目标与考核内容的关系课程具体目标与知识单元和考试内容的关系如下：课程目标知识单元考试内容1.使学生能够正确认识地热行业发展现状和趋势，了解地源热泵与传统的空调相比具有更加节能、运行费用更低、运行工况更加稳定的优点；融入青山绿水就是金山银山、科学发展观、生态环境保护等思政元素。◎1.设计的基础资料的查阅分析◎6.经济性分析等内容考核知识点：设计对象的基本情况，主要包括：项目的地理位置、建筑物的高度、建筑物的建筑面积和空调面积、围护结构类型、建筑中房间的使用功能以及当地的气候条件、土壤源热泵设备技术参数与生产销售情况、能源价格、用户发展规划等；经济性对比分析。考核要求：了解设计对象的基本情况，会对已有资料开展地埋热管分析；能与相同效果下的传统能源进行简单的经济性对比分析。2.熟悉《地源热泵系统工程