冬季供暖对城市稳定和居民生活影响很大,舒适的居住和工作环境能够体现社会的进步与发展。据初步估算,我国每年平均用于冬季供暖所消耗的能源量折合成人民币约为700亿元,占全国能源总消费的1/4。现有的供暖系统普遍存在“低安全、高耗能、高污染”问题,构建“安全、节能、清洁”的供热系统,意义重大,任重而道远。本文结合目前冬季日常供暖情况,设计一套新型独立分户式供暖系统。供暖系统主要包括供暖装置、供暖自控系统、供暖安全启闭阀、供暖换热水池等几个部分,采用直接接触式传热技术,强制流动顺流式热水供暖,集成安全、用水、燃烧连锁控制功能。对供暖系统中各项关键技术性能开展模拟和测试研究,并分析供暖系统能量损耗及污染问题,提出有效改善措施,力求实现冬季供暖更安全、更环保、更高效。采用计算流体力学(CFD)Fluent软件,基于Realizable k-ε湍流模型、DPM离散相模型和混合组分输运模型,对系统供热之源——供暖装置内部气水直接接触式换热过程进行数值模拟研究。研究结果表明:供暖装置内部负压分布稳定,且远低于大气压力,无“爆炸”安全隐患;进气口右端高温气体扩散区,气水热质交换效果最佳;气水接触换热产生了大量的水蒸气,排放尾气温度较高,供暖装置内部工况较差,湿度较大。参照GB/T10180-2003相关标准,开展供暖系统供热实验研究。得出日常供热工作的各项热工参数(如:供热热量、流量、尾气温度等)。通过正平衡法,计算出供暖系统整机供热效率为83.8%。针对系统排放尾气的余热及水蒸气浪费问题,提出安装尾气能量回收装置,回收尾气能量,实现尾气能量再利用。采用热管与冷凝双重能量回收技术,研发出一款尾气能量回收器,其主要受热载体为外纵向翅片管,内部换热面积高达4.2m2。在尾气能量回收效果测试中,尾气能量回收器回收尾气热量为90.4kJ/s,供暖系统整机工作效率可提高1.5%。尾气能量回收器内部温差5.43℃,水蒸气温度骤降,遇冷凝结,被回收。同时尾气可凝污染物溶于冷凝水中,排放物得到了净化,有效缓解了大气热污染和颗粒物污染。为掌握供暖系统中供暖装置与尾气能量回收器实际工作情况,开展整机实验测试。测试结果表明:换热系统整体水温平均每小时升高4.619℃。其中,供暖装置换热量占总换热量的76%;尾气能量回收器换热量占总换热量的24%。本文是对供暖系统研究的一次创新尝试,形成了一套较为完整成型的供热研究体系,研究成果具有一定的实用价值,可为后续进一步研究工作提供参考与借鉴。