关键词： 辽宁大厦   地铁工程   地下水源热泵   地下水位   地下水温   优化调控  

摘要： 沈阳市是国内地下水源热泵推广应用比较好的城市,但由于地下水源热泵工程抽水、回灌效率等方面常受到水文地质条件影响,使其在推广应用方面受到了一定限制。近几年,随着城市建设和地下空间开发利用,尤其是地铁工程改变了原有的地下水环境,从而导致其附近地下水源热泵工程的运行能效也将受到不同程度的影响。因此探究地铁工程对含水层渗流和导热的影响以及地铁工程对附近水源热泵工程影响十分必要。本次以地铁Ⅱ号线附近辽宁大厦拟建地下水源热泵工程为例,通过开展地铁工程对地下水源热泵工程影响分析,评价辽宁大厦地下水源热泵工程可靠性,提出了水源热泵工程优化调控方案,为辽宁大厦地下水源热泵工程规划、设计提供技术依据。具体研究内容如下:(1)研究区水文地质条件分析。通过水文地质条件研究,分析了研究区含水层与回灌层特征、地下水埋深以及地下水质及水温等分布特征。了解到研究区全新统冲洪积砂砾石层和上更新统冲洪积砂砾石含少量粘土为主要取水层和回灌层,地下水位埋深11.0～12.0m,地下水温11.0～12.0℃,表明研究区处于地下水源热泵较适宜区。(2)地铁工程对含水层渗流和导热性能影响的室内模拟试验。通过在辽宁大厦现场抽水试验和回灌试验计算抽水渗透系数为45.95m/d,影响半径为122.13m;回灌渗透系数为4.99m/d,影响半径为283.53m。通过室内砂箱模拟了地铁工程对地下水温的影响试验、地铁工程对不同位置回灌井水位影响试验,根据试验结果运用传热学圆筒壁导热公式得出水源热泵抽水井布设应距离地铁120m之外、运用达西定律得出距离地铁72m之外做为回灌井布设的可行性范围,从而确定了地铁工程对水源热泵影响的布井范围。(3)辽宁大厦水源热泵工程的可靠性分析。根据辽宁大厦水源热泵工程需要的冷热负荷分别计算出制冷期和采暖期的需水量。通过现场测定的水文地质参数计算单井抽水量和回灌量确定该水源热泵工程的抽水井和回灌井数量。构建了以水文地质、供能质量、环境特征等布井场地可靠性评价指标体系,利用动态权重函数方法进行评价,评价结果表明在场区井间距等设计条件制约下,不能满足15眼回灌井的布设要求,辽宁大厦规划范围布井空间存在不可靠性。因此需要提出水源热泵调控方案来保证用户的需水量。(4)辽宁大厦水源热泵布井方案的地下水位与水温数值模拟。考虑多种能源形式辅助供能,提出两种水源热泵布井方案的系统结构及运行模式。通过建立地下水流和水温耦合的数值模拟模型,模拟预测不同方案场区地下水位和水温的变化趋势。结果表明,模拟期间内两种布井方案中最高水位为的34.9m,没有超出地面高程。抽水井周边温度均在9.5～11.9℃,能够达到冬季换热5K、夏季换热7K的要求。回灌井最低温度为5.8℃,最高温度为16.7℃,均大于5℃且小于19℃。因此,两种方案从技术角度均符合设计要求。(5)辽宁大厦水源热泵布井方案的优化调控。通过建立投资成本和安全指标等作为调控方案的评价指标,利用信息熵方法求得每种方案信息熵权值的评价值矩阵进行辽宁大厦水源热泵工程调控方案的优化选择,最终选取多能源辅助水源热泵联合系统为辽宁大厦水源热泵工程项目最优设计方案。综上所述,本文研究了辽宁大厦地下水源热泵最优运行模式,为避免地铁工程对地下水源热泵取回水的影响,提出两种水源热泵调控方案并择优选取。在解决实际工程问题的基础上,为地铁工程影响下水源热泵的应用和设计提供了科学依据。

关键词： 地下水源热泵   性能分析   节能   DeST   寒冷地区  

摘要： 21世纪以来,能源短缺和环境污染等问题愈发严重,对人类社会健康有序的发展产生了巨大的影响。同时,建筑能耗的快速增长也加剧了能源储备和能源需求之间的矛盾,所以可持续发展道路已成为世界各国的必选之路。在这种背景下,以高效、节能、环保为特点的地下水源热泵技术应运而生,该技术将地下水体作为冷热源,是一种可再生能源利用技术。由于地下水源热泵系统较高的运行效率,在全球范围内得到了大量的推广和应用,但同时也引发了一些实际工程中存在的问题。如对项目所在地的水文地质条件没有进行深入了解的情况下,盲目采用地下水地源热泵系统,无法达到预期的节能减排效果;在实际运行过程中,存在设备选型过大和运行管理不当等一系列问题。因此,本文以遵化市某住宅小区地下水源热泵供暖系统为研究对象,通过实际测试数据对地下水源热泵系统的运行状况、能耗情况及其技术经济性等几个方面进行分析研究,以期促进地下水源热泵技术在寒冷地区的推广和应用。首先,本文回顾了国内外地下水源热泵系统的发展应用及研究现状,并对地下水源热泵系统的工作原理和特点进行论述,总结了地下水源热泵系统的应用条件、存在的问题和评价方法。其次,本文对遵化市某住宅小区3号机房的地下水源热泵供暖系统进行了实际测试,通过测试数据对地下水源热泵机组及系统的供暖效果、运行情况、能耗情况和能效比进行了分析研究,并指出了该系统在实际运行过程中存在的问题。再次,本文利用DeST模拟软件对3号机房对应居住建筑的供暖热负荷进行模拟分析。在模拟结果和实测数据的基础上,对地下水源热泵供暖系统和常规供暖系统进行对比分析,以此验证地下水源热泵系统的节能性。最后,本文通过理论分析和计算,针对3号机房地下水源热泵系统在实际运行过程中存在的问题提出了相应的节能改造方案。本文提出的节能改造方案和所得结论为地下水源热泵项目的设计、性能提升和系统优化提供了借鉴,也为地下水源热泵技术在寒冷地区的推广应用提供了参考依据。

关键词： 地下水源热泵   数值模拟   THM耦合   回灌量  

摘要： 为了推动绿色建筑的发展,改善现有的供热结构,科学家们提出许多可供选择的空调供热方式,如太阳能供热、燃气供热、余热供热、地源热泵供热等。其中,地源热泵技术因其节能、环保、应用效率高、占用地下空间较少等优势,获得政府的大力支持与推广,但该技术在中国发展时间较短,关于含水层中渗流场、温度场、应力场在热泵系统影响下的变化规律研究仍不足,不合理的设计所引起的环境问题也逐渐显现。论文在论述地源热泵系统国内外研究成果的基础上,详细分析了地源热泵系统影响下的地下含水层渗流场、温度场、应力场三场的耦合机理,并且建立了地下含水层热-固-流耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对武汉百步亭新港苑小区的地源热泵系统建立了物理模型,模拟不同回灌量对温度场及应力场的影响,并对该小区热泵系统抽灌设计提出建议,通过对比模拟数据与现场监测数据,验证了该模型的真实性。模拟的主要结论有:1)含水层岩土体温度的变化范围受回灌水的影响随系统运行时间增长而变大。同时温度影响半径也受到地下水流运动的影响,高温区域呈以抽水井为顶点的水平放置“水滴状”,回灌量越大,热突破会越早发生;2)抽灌过程会引起含水层水压力发生重分布,抽水井周的孔隙水压力减小,回灌井周的地下水压力增大。抽灌井周的水压力值还受回灌量的影响,当抽灌量一定,随着回灌量的增加,靠近井处的水压力受到扰动比较大,远离井处的区域基本不受影响;当抽灌量相同时,抽灌井周的水压力呈“对称”分布;3)在不同回灌率作用下,同一深度抽水井侧的地层沉降要大于回灌井侧的地层变形,且在地下水渗流方向上,回灌井左侧的变形最小,抽水井右侧的变形最大;随着地层深度的增加,抽灌水引起的地层变形越来越小。回灌率越高,系统抽水对地层的影响越小。因此,建议在条件允许范围内,尽可能提高回灌率,减少地层沉降;4)对比不同工况下地温变化的模拟数据和现场监测数据后,发现两者的最大相对误差均在允许值范围内,说明所建立的物理模型与实际测量值吻合较好,可以用来指导工程实践。图:37 表:4 参:73

关键词： 地热能   水文地质参数   地下水源热泵   阳离子温度计   FEFLOW  

摘要： 随着京津冀地区经济社会的迅速发展,能源问题日益突出,地热资源作为可再生能源之一,受到广泛关注。目前面临的主要问题为地下水水位不断下降,从而引起地下换热器换热效率低、泵耗大、热贯通等问题;以及在实际应用中判断热贯通主要采用实践经验的方法,缺乏先进的理论指导。并且,实现地热资源的可持续和高效利用涉及到岩层的沉积环境、岩层热物性、水文地质参数、地球化学、地热能等多个学科领域。本文结合《京津冀协同发展黄骅、海兴地区1:50000环境地质调查》对黄骅地区第Ⅳ含水组地下水系统进行了野外抽水试验、水样分析和数值模拟分析,得到研究区域地下水流场、地下水温度场、地球化学特性。并探讨地下水源热泵机组冷流体回灌对水文地质的影响,初步划分地下水源热泵系统适宜区域,为相关理论研究和实践应用提供参考。本文研究结果如下:（1）首先对研究区域地下水的第Ⅳ含水组进行水文地质调查。通过钻孔取芯和野外抽水试验,得到重点区域岩层分布特性和水文地质参数。HHSW04-01钻孔含水层厚度和平均渗透系数分别为:57.6m、39.6m、80.1m、37.5m和2.2m/d、2.7m/d、3.3m/d、2.0m/d。随着降深的增加,影响半径逐渐增大,单位涌水量逐渐减小。单位涌水量在1.6-3.9L/（s·m）之间,属于强富水性。地下水p H值为7.9-8.3,水化学类型以Cl-Na为主,其次是HCO3-Na和SO4-Na型水。（2）采用阳离子温度计对水源热泵系统应用靶区的储层温度进行预测。结果表明:研究区域地温梯度为2.9-4.3℃/100m;热储层能达到的温度或地热水曾经达到的温度为51-60℃,地热流体循环深度约为1105-1315m,属于低温地热资源中的温热水。（3）基于有限元模拟软件FEFLOW,建立了研究区域第Ⅳ含水组地下水的三维数值模型,采用2010年06月至2010年12月期间的地下水变化趋势对模型进行验证。采用2017年12月为现状的地下水开采量分析对研究区域地下水位的影响,并预测未来5年地下水水流场概况,为水源热泵系统适宜区域划分提供参考。结果表明:单井开采流量越小,降深越小,易趋于稳定。在相同抽水流量下,小流量、小降深间断性抽取,对含水层水位影响较小;研究区域地下水补给主要来自西北部和南部地区;西南地区受沧州市东部工业区地下水开采的影响,地下水水位补给困难;西北部地区引用黄河水,停止对地下水的开采,地下水位恢复比较明显;东部地下水开采较少,地下水位变化较小,海平面以下地下水基本呈滞留状态;地下水水位下降主要集中在市区周边和工业区附近,降深将在5-10m,属于开采疏干型。（4）通过分析重点区域热贯通过程中对含水层温度场的影响,并结合地下水流场、温度场变化、化学场、以及未来五年地下水位变化趋势,初步划分水源热泵系统的适宜区域。结果表明:研究区钻孔HHSW01所在的南部沿海地区地下水温度相对较高、水位埋深较浅、渗透系数大、富水性、出水温度相对较高、回灌对温度场影响范围相对较小、属于研究区上游区域,是实现水源热泵机组经济、高效、稳定运行的适宜区域。

关键词： 地下水源热泵   中间换热器   能效分析   经济性分析  

摘要： 在解决地下水中杂物所引起的水源热泵机组换热器堵塞等问题上,实际工程普遍采用在水源与机组换热器之间加装中间换热器的方法。以南昌某别墅家用小型地下水源热泵系统加装中间换热器为例,以空气源热泵系统与地埋管地源热泵系统为比较对象,对比分析冷热源方案的能效比和经济性,结果表明,地下水源热泵系统在加装中间换热器后,会造成地下水的水温优势无法得到充分利用、能效与经济性均低于空气源热泵系统以及系统控制复杂等一系列问题。

关键词： 热能   泵   节能   自然光植物工厂   地下水源热泵   水蓄能   供热系统  

摘要： 植物工厂供热系统中,采用传统能源存在一次能源利用率低且污染严重的问题。地下水源热泵节能环保,如果结合蓄能技术可进一步降低运行能耗。该文以上海崇明自然光植物工厂为例,对水蓄能型地下水源热泵供能系统进行节能运行特性研究。结果表明:水蓄能型地下水源热泵供能系统在冬季运行时,采用基于分时电价政策的间歇运行模式,即在电价低谷时,热泵机组边供热边蓄热;在电价高峰期,充分利用蓄热水箱供热。典型周内供能系统按照间歇模式运行可以维持室内温度17~26℃之间,系统稳定运行时,热泵机组制热功率与耗电功率的比值(coefficient of performance,COP)稳定在4.2左右。其中计算典型日水蓄能型地下水源热泵系统比不蓄能系统节省30.34%的费用,供能系统COP为3.17,进一步说明系统较为高效平稳。系统冬季运行一次能源利用系数0.99,相对于冷水机组与燃煤锅炉配套系统,节能率达到81.05%。计算不同能源冬季加热成本,燃煤、燃气和燃油方式分别是该系统运行成本的1.25、2.93和5.08倍。实践表明,水蓄能型地下水源热泵式供热系统不仅能够移峰填谷,降低运行费用,而且充分合理地利用地热能,节能减排,具有良好的经济和环保效益。

关键词： 地下水温场   地下水源热泵   基岩裂隙水   红层地区  

摘要： 地下水源热泵是地源热泵中造价最低、发展较快的一种开发利用浅层地热能资源的热泵系统。此前的研究主要是以第四系松散层内孔隙水作为热源对象,而对红层地区地下水的研究尚为空白。选取重庆红层基岩裂隙水为热源研究对象,采用对井系统带制冷(热)荷载进行试验,同时布置观测孔和温度、水位、流量等测量装置,获得试验过程中各孔内不同深度水温和水位、流量等观测数据,分析得到地下水温度场初始温度分布特点、试验过程中各孔不同深度的温度变化特点、地下水温度场在空间上随时间的变化特点等。分析结果表明:场地内地下水温场的变化主要受天然地温场及初始温度、注水井位置、注水口深度与注水温度等因素的影响。推测注水导致的温度影响范围的边界为:平面上以注水点为圆心,呈不对称近椭圆状;空间上,则以注水点为球心,呈不对称近橄榄球状。研究成果可为红层地区地下水源热泵的进一步开发利用研究提供参考。

关键词： 地下水源热泵   新风预热器   地下水温度   再生能源   热力学过程   数值模拟   能耗  

摘要： 传统地下水源热泵是直接利用地下水加热蒸发器,没有有效利用地下水低品位热能。为此,提出一种利用地下水预热新风的地源热泵空调系统,实现地下水低品位热能的梯级利用,即先利用地下水预热新风,再进入地下水源热泵机组二次利用,提高了地下水热能的利用率并显著节省机组能耗。分析新系统工作原理及供热空气处理方法,运用De ST软件对夏热冬冷和寒冷地区4个典型城市(武汉、常德、北京、郑州)的某学术交流中心在整个供暖季(120 d)的逐时热负荷进行模拟,并与传统地下水源热泵空调系统的供热特性及能耗进行比较。新系统能耗远远低于传统地下水源热泵空调系统并且适用于我国夏热冬冷地区和寒冷地区,节能率均超过50%,且夏热冬冷地区节能效果更好。

关键词： 地下水源   热泵系统   应用   适宜性评价  

摘要： 通过分析水文地质、场地施工、社会经济、气象、环境保护等影响我国地下水源热泵系统建设的因素,选择了合适的评价方法-层次分析法,结合上述因素建立了我国地下水源系统适宜性评价的指标体系,进而为区域规划、合理利用浅层地热资源提供了有力的科学依据,为地源热泵系统因地制宜、合理有序的应用提供了参考。

关键词： 地下水源热泵   运行策略   旁通阀   循环水泵   现场实测  

摘要： 基于某地源热泵系统节能运行的需求,本文分析了系统原有运行策略的弊端,提出了新的基于室内初始温度的运行策略,并通过供水温度调节实验验证其节能性;且根据系统运行现状进行旁通阀关闭实验。结果表明:在外界天气状况及变化趋势相近的条件下,冷冻水供水温度从11℃提高至12℃,系统2 h累计节省耗电量37.8 kW·h;关闭旁通阀后循环水泵在35 Hz下运行3 h,累计节省耗电量7 kW·h。