关键词： 地下水源热泵   THM耦合   含水层   响应   演化  

摘要： 根据地下水源热泵系统抽灌含水层的实际工况,建立THM三场耦合模型,运用多场耦合方法对抽灌含水层的温度场进行模拟,分析了运行期间回灌井周围温度场的响应以及随着时间延长温度场的演化规律。通过对实际工程的地下水源热泵抽水井出水口温度进行监测,将监测数据与模拟结果进行对比分析,结果表明模拟获得的含水层温度特征和演化规律与实际监测数据基本一致。温度场响应和演化规律为地下水源热泵抽灌水井布置提供科学支持。

关键词： 地下水源热泵   PS-InSAR   GRACE   地下水储量反演  

摘要： 地下水源热泵采灌区域地下水储量变化以及地面沉降监测具有重要意义。利用GRECE与GLDAS数据获取地热采灌区域2018-2024年地下水变化数据,结合降水量及附近地表水水位进行地下水补给相关性分析;使用PS-InSAR技术获得区域2018年11月-2024年3月的地面沉降数据。研究表明,2018年6月-2024年3月,区域地下水处于上升趋势,地下水储量与降水量、地表水水位的相关强度呈降水>水库>河流的关系;区域内出现一定程度的地面沉降现象。其中最大年平均沉降速率为2.746 mm/a,最大累计沉降量为25.003 mm,表明区域属于一般沉降区。通过对地热采灌区域内地下水储量与地面沉降长期大尺度范围监测,为后续地下水源热泵系统的运行提供参考数据。

关键词： 地下水源热泵   抽灌水井   渗流场   响应  

摘要： 地下水源热泵系统在抽灌水过程中,含水层的物理场在各因素影响下不断发生响应和变化。为分析抽水井群含水层渗流场的响应特征,文章设计创建了地下水源热泵系统模拟试验台,采用平行电场电位差法,对地下水源热泵系统运行过程中抽灌水井群含水层渗流场的流速和流向进行试验研究,获得了含水层在抽灌水量、渗透系数、回灌水温度及回灌水浓度差等因素变化下的响应特征和变化规律。渗流场响应特征为地下水源热泵系统含水层水环境演化分析提供了参考,也为地下水源热泵系统的工程实践提供了理论依据。

关键词： 地下水源热泵   中深层地热能   供热站   运行策略  

摘要： 以陕西省某县供热站的中深层地下水源热泵系统为研究对象,通过对供暖季热泵机组群的实际运行数据进行分析,对机组群性能的影响因素进行研究。结果表明:现有运行策略下部分时段存在制热量“欠供”和“过供”现象,最高逐时可达到3 248 kW的欠供热量和3 066 kW的过供热量,影响供暖舒适度;高温热泵机组冷凝器的进出水温差在供暖后期下降幅度较大,逐时制热量相差最高达1 715 kW,供暖后期与前期相比制热量降幅最高达28.6%;采用“三高两低”的组合方式供暖,机组群COP可达到5.9,经济性和节能性最优。

关键词： 地下水源热泵   分级冷却   新风量   地下水流量   空调  

摘要： 传统地下水源热泵(GWHP)对地下水储存的冷量利用十分有限。结合温湿度独立控制空调系统优点,构建了一种地下水分级冷却的地源热泵(GGWHP)空调系统,并搭建GGWHP空调系统实验装置。实验研究新风量、地下水温度和地下水流量对GWHP和GGWHP空调系统供冷性能的影响。实验结果表明:GGWHP空调系统的能耗低于GWHP空调系统。新风量从305 m^(3)/h增加到1 835 m^(3)/h, GGWHP空调系统与GWHP空调系统相比,能耗节省4.78%;GGWHP空调系统的性能系数(COP)减少0.89。地下水温度从17℃增加到21℃,GGWHP空调系统与GWHP空调系统相比,能耗节省8.41%;GGWHP空调系统的COP减少1.02。地下水流量从550 kg/h增加到1 320 kg/h, GGWHP空调系统与GWHP空调系统相比,能耗节省8.59%;GGWHP空调系统的COP增加1.03。

关键词： Thermal conditions   Groundwater heat pump system   Numerical modeling   Optimization   China  

摘要： Groundwater heat pump (GWHP) systems are extensively utilized for heating and cooling. However, despite being a well-established technology, their impact on the geological environment is still not thoroughly understood, particularly the potential impacts of regional multiwell GWHP systems. This study analyses the hydrogeological characteristics and geothermal conditions in Haimen, China, to assess the impacts of a regional multiwell GWHP system. A three-dimensional coupled numerical model of groundwater flow and heat transport is established. The numerical model was used to evaluate the geological environment under the maximum energy load. The results indicate that the hydrogeological and geothermal conditions of the study area are suitable for the large-scale development of multiwell GWHP systems. However, the numerical simulations indicate that during system operation, multiwell GWHP systems can cause regional thermal accumulation in aquifers. The simulations showed that thermal accumulation was most significant in the area with the smallest distance between injection and extraction wells, suggesting that small spacing between injection and extraction wells for GWHP systems is not advisable. Therefore, numerical simulations were conducted for different well distances to determine the optimal scheme for the multiwell GWHP systems. The optimization of regional multiwell GWHPs will reduce their impact on the groundwater environment, whilst extracting the maximum geothermal resources available.

关键词： 地下水源热泵   实际运行   启停组合   分温区控制   性能优化  

摘要： 为实现节能减排目标,县域民用建筑在冬季供暖领域采用地下水源热泵系统替代燃煤锅炉,以降低传统能源消耗,已成为必然趋势。然而,在实际运行中,地下水源热泵系统对机组的调控策略若不够精准,会导致系统运行效率降低,进而使能源利用率下降,运行成本增加。因此,如何根据实测数据对能源站现有机组运行策略进行优化,以提高能源利用效率,已成为当前的研究重点。 针对这一问题,本文选取陕西省某县一能源站内的中深层地下水源热泵系统为研究对象,通过采集热泵机组运行参数,深入分析热泵机组及现有运行策略的实际运行特性,揭示了该能源站在运行过程中存在的关键问题。在此基础上,基于对启停组合的深入研究,创新性地提出了一种基于分温区控制的多机组协同优化策略,以提升地下水源热泵系统的运行效率。主要研究工作如下: 本研究系统分析了研究区中深层地热资源的特征及其开发利用潜力,并全面阐述了能源站地下水源热泵系统的运行现状。基于2022年11月14日至2023年2月1日供暖期的实际运行数据,从单机组和多机组两个维度深入研究了系统的制热性能、昼夜能耗特征及机组性能差异。研究发现,不同机组之间存在显著性能差异,现有运行策略在典型工况下存在热负荷供需失衡和能效优化不足两大核心问题。通过系统研究机组群启停组合的性能参数,重点探讨了高/低温机组配比对系统性能的影响规律,针对不同机组配置进行了优化分析,筛选出各机组总数条件下的最佳启停组合方案。在此基础上,针对17种启停方案进行了量化评估,最终确定了各组合的最佳运行方案。基于上述研究成果,依据温度梯度递减原则,创新性地提出了分温区控制的多机组协同优化策略,通过效益分析验证了其在实际应用中的热平衡性、节能性和环保性。研究结果如下: （1）研究区地热储层总热量为2.92×1014 k J,折算标准煤1.22亿吨;每年可开采的地热流体热量,相当于14.73万吨标准煤,能为3.84平方公里区域稳定供暖。结果表明研究区地热资源禀赋优越、储量充足,地热能供暖在技术和工程实施上可行性高。 （2）该系统存在制热-取热失衡问题,昼夜能耗波动达3.6%。热泵机组性能分化,高温机组运行效率欠佳,1号机组、2号机组实际制热量与设计值最大偏差高达42.2%;低温机组运行稳定高效,实际制热量较设计值提升18.8%～24.4%。此外,运行策略存在缺陷,系统未能根据室外温度动态调节,热负荷供需失衡,热泵机组组合配置也未达最优,导致节能潜力未能充分释放,最终限制了系统整体运行效率。 （3）机组群性能系数COP与低温机组占比呈显著正相关,基于此,对机组配置展开优化分析,筛选出不同机组总数下的最优启停组合方案,将机组群COP提升至6.29～6.96,通过精细化启停方案,COP额外提升0.3%～3.6%。创新性提出分温区控制的多机组协同优化策略,使机组群COP提升15.17%,系统整体COPs增长14.31%,总制热能力提高2.07%,系统总用电量降低11.37%,年化节约电费约68.87万元,有效提升能源利用率,降低运营成本。 （4）从热平衡性、节能性和环保性三方面对系统优化策略效益进行量化分析,结果显示:优化后,系统取热性能提升4.92%,运行周期内额外节省标准煤431.5吨,年节约647.2吨;运行期间额外减排二氧化碳1065.7吨、二氧化硫8.6吨、粉尘4.3吨,年度减排二氧化碳1598.6吨、二氧化硫12.9吨、粉尘6.5吨。

关键词： 地下水源热泵   含水层   井间距   热贯通  

摘要： 通过建立地下含水层水—热耦合数学模型,模拟分析不同含水层厚度下抽水井的温度变化,结合温度变化曲线,讨论了地下水源热泵抽灌井设计间距问题。结果表明,保持抽灌井间距不变,含水层厚度的增加可以减弱热贯通的影响;同一含水层厚度,可能在某一范围内改变抽灌井间距,热贯通程度变化不大;随着含水层厚度的增加,抽灌井设计间距总体呈现递减的趋势。

关键词： 地下水源热泵   大肠杆菌   多孔介质   沉积特性   迁移沉积   试验系统  

摘要： 以地下水源热泵回灌过程中大肠杆菌堵塞作为研究对象,通过自主研发的砂层颗粒迁移-沉积试验系统观察大肠杆菌在多孔介质孔隙孔道内的运移、沉积。以3种不同长度的试验箱体开展大肠杆菌在多孔介质里的运移沉积规律,通过试验得出:1)石英石颗粒内部的内摩擦力有利于大肠杆菌的沉积,流动速度对大肠杆菌引起的微生物堵塞起到关键作用:2)3种(60、80、100 cm)不同长度的试验箱体在流速作用下以100和80 cm为对象,其沉积率提高了57.1%;以80和60 cm为对比对象,其沉积率提高了27.3%;3)大肠杆菌的恢复率与流体速度也成正相关作用,其堵塞原理类似沉积率特性。

关键词： 水源热泵   大肠杆菌   堵塞   回灌系统   绿色节能  

摘要： 以地下水源热泵回灌过程中大肠杆菌堵塞作为研究对象,通过自主研发的砂层颗粒迁移-沉积试验系统观察大肠杆菌在多孔介质孔隙孔道内的运移、沉积。分别以石英石、玻璃珠作为多孔介质做对比性试验,通过试验得出:石英石颗粒不均匀,级配不良,颗粒间的咬合力为大肠杆菌的沉积提供了“温床”,进而孔隙水压力呈现先增大后减小再稳定的状态;但玻璃珠颗粒粒径均匀,同时颗粒之间光滑,咬合力小,不利于大肠杆菌的沉积,孔隙水压力呈现陡减的现象。建立大肠杆菌渗透率衰减数学模型,将理论值和室内试验值进行数据拟合,从验证的结果看,所提渗透率衰减模型对预见微生物的迁移和沉积所引起的孔隙率减小是有效的。