关键词： 沼气   热泵系统   加热   [火用]效率   热效率   能级系数  

摘要： 在北方寒冷地区,沼气工程加热系统如何能有效、合理地利用能源,提高能源利用率,是沼气工程实现低能耗,高产能必须解决的现实问题。该文依据地下水源热泵加热系统在沼气工程中应用的实例,建立了以?效率、热效率以及能级系数为评价准则的沼气工程加热系统能效分析模型,并通过对加热系统实际运行参数的测试,得到了沼气工程用户系统?效率为97.8%,地下水源热泵机组系统?效率为13.4%,沼气工程加热系统总的?效率为13.1%;加热系统总的热效率为85.3%;沼气工程用户耗热量的能级系数为0.161,用户供给热量的能级系数为0.164,地下水源热泵机组的能级系数为0.567。结果表明,对于沼气工程低品位热能用户,采用低温水供热科学合理;热泵机组系统回收了地下水中低品位热能,节约了高品位电能,加热系统能的数量有效利用程度较高;但热源与用户之间供需能质存在差异,在能质利用方面还需进一步完善。该结论可为今后沼气工程选择合理的加热模式提供参考依据。

关键词： 地源热泵   土壤源热泵   地表水源热泵   地下水源热泵  

摘要： 对地源热泵的三种形式进行了分析,从理论方面进行了论述,提出了让地源热泵和太阳能热泵等热泵结合的方法,并进行了对地源热泵优缺点和发展前景的研究。

关键词： 水源热泵   开发利用   地下水动力场   影响研究析  

摘要： 为分析研究水源热泵开发利用对地下水动力场的影响,选取安阳市金秋能源科创大厦地下水源热泵系统为实例工程,利用试验场观测数据建立地下水热耦合数值模型,对现状条件及长期开发利用条件下水源热泵开发利用对地下水动力场的影响进行分析预测。研究结果表明:在长期开发利用情况下,地下水的区域流场受抽灌水作用的影响范围较小,影响半径小于100 m。系统在多年运行的情况下,同期地下水流场基本相同,系统对地下水流场的影响范围比较稳定,没有进一步扩大的趋势。

关键词： 地下水源热泵   渗流场   温度场   应力场   数值模拟  

摘要： 阐述了地下水源热泵的基本理论,建立地下水源热泵饱和土体渗流场—温度场—应力场耦合数学模型,运用comsol软件模拟沈阳某地下水源热泵使用区的三场变化规律,结果表明渗流场的变化引起温度场和应力场的变化,温度场和压力场都是时间的函数。

关键词： 地下水源热泵   太阳能辅助热源   浅层地热能   TOUGH2   数值模拟   地温场   强化设计  

摘要： 地下水源热泵系统的地温场数值模拟研究对浅层地热能开发利用项目具有重要意义。通过TOUGH2建立地下水源热泵系统的水-热耦合模型,模拟了研究区多年地温场变化趋势以及抽灌井温度变化。结果表明地下水源热泵系统运行10年后部分组团出现大量冷堆积现象,影响供暖温度。依据本结果,结合场地条件,针对冷堆积现象采用太阳能辅助热源系统进行系统强化设计,并模拟研究强化后的地温场多年变化趋势,结果表明太阳能辅助热源系统可以有效提高供暖温度。

关键词： 地下水源热泵   适宜性评价   水热耦合数值模型   温度场   西安市  

摘要： 地下水源热泵系统是一种高效节能的地热能开发利用技术,近年来在西安市得到一定的推广和利用。但目前西安市水源热泵缺乏系统的规划思路,在实际应用中存在盲目选址或只凭经验布井的现象,导致水源热泵系统回灌效率降低,同时加剧了含水层热贯通、热污染现象,长期运行后系统换热效率低下,继而影响水源热泵的利用效率和使用寿命。针对上述问题,本文对西安市平原区承压水源热泵适宜性进行了评价,并研究了不同情景的含水层温度场分布特征,为西安市水源热泵规划和设计提供科学的参考依据。其主要研究成果如下:（1）建立了基于一般因子和特殊因子的水源热泵适宜性二级评价模型,利用层次分析法、基尼系数赋权法、综合指数法等方法对一般因子进行适宜性一级评价,并在此基础上利用一票否决法对特殊因子进行适宜性二级评价,确定了西安市地下水源热泵适宜区面积为3300.36km2,不适宜区面积为6807.64km2。（2）在水源热泵应用调查和现场抽回灌试验基础上,根据水力学、热力学原理和参考地源热泵系统工程技术规范,确定地下水源热泵适宜区多孔介质参数（渗透系数、导热系数、比热容、热弥散度）和井群结构参数（抽灌比、抽灌井距）,为西安市水源热泵抽回灌量和井群优化设计提供科学的参考依据。（3）构建了水源热泵含水层水热耦合数值模型,利用FEFLOW软件模拟地下水天然流向恒定和流向变化条件下含水层温度场分布特征。结果表明,在直线型异侧回灌的一抽两灌水源热泵系统中,地下水流向变化条件下含水层温度场影响范围大于流向恒定的情景,前者容易造成抽水井热贯通现象,对抽灌含水层造成的热污染也更严重。（4）鉴于地下水源热泵应用中存在不等厚含水层和非完整井的特殊情况,利用FEFLOW分别模拟等厚与不等厚含水层、完整井与非完整井情景下一抽两灌系统（忽略天然流场）的温度场变化规律,并对比分析了含水层温度场分布特征。对比发现,在不等厚含水层抽回灌系统中,厚度较小一侧更易发生热贯通现象,该侧布井时应增大抽灌井距;在非完整井抽回灌系统中,含水层热量水平运移速率远大于垂直方向,因此非完整井更易引发热贯通,对含水层的热污染也更严重。

关键词： 地下水源热泵   回灌堵塞   悬浮物  

摘要： 在地下水源热泵回灌过程中,回灌井堵塞状况时有发生。悬浮物导致堵塞的发生,影响地下水源热泵回灌能力,造成经济与资源的浪费与损失。本文主要阐述了地下水源热泵回灌过程中悬浮物堵塞问题的研究现状,并对未来研究方向进行展望。

关键词： 供暖热源   地下水源热泵   地下井群结构   数值模拟   运行测试  

摘要： 节能减排是当今世界面临的重大社会问题之一,而高效清洁能源用于建筑供暖是其关键环节。利用逆卡诺循环原理,地下水源热泵系统把存储在浅层恒温的地下水中的热量提取出来,以满足建筑供暖的需求,具备较高的运行效率以及较显著的环境效益等特点,应用前景非常广阔,而取水井和回灌井的井群结构特性是地下水源热泵系统能否持续高效运行的关键所在。由于供暖季回灌井回灌水温低于地下含水层的初始温度,必然导致回灌井周围土壤温度的缓慢降低,如果取水井和回灌井的设置不合理,要么造成土地资源和管路系统的浪费,要么导致取水井出水温度随运行时间明显降低,发生热贯通现象,从而制约热泵系统的高效运行及供暖能力的降低。本文取水井和回灌井的井群结构特性包括水井数量及其配比、水井直径和深度、水井间距等内容,涉及土壤孔隙率、含水率、水扩散率等众多影响因素。纵观地下水源热泵技术近年来的研究和应用情况可以得出,一方面,实际工程项目的长期连续监测和分析成果仍显缺乏,尤其张掖地区;另一方面,地下井群的结构特性是地下水源热泵系统持续高效工作的必要前提,但其数值计算模型和方法有效性的实践验证有待补充。本课题首先针对张掖地区一地下水源热泵热源系统进行了长期连续的监测,并以此对其性能和适用性进行了分析,得到了其比较合理可靠和经济有效的结论;其次,以此为研究对象进行了物理建模,并且应用gambit和fluent两个软件对其进行了数值计算分析,得到了课题所用数值模型和方法可靠有效的结论,以及地下井群的结构型式和热工特性,包括取水井和回灌井间距、半径等参数与地下温度场的相互关系。本文研究及所得结论可为地下水源热泵系统,尤其张掖地区的工程应用提供参考。（1）不论是从经济效益、社会效益,或者是用户单位对热源运行管理的可控性等方面,地源热泵系统供暖方案都不失为一个优选方案,且符合当下国家的政策。（2）本项目地下水源热泵机组测试期内,热源系统、热泵大机组、热泵小机组的COP值合理,说明本项目地下水源热泵机组性能稳定、经济有效;虽然始终为一套机组运行,但测试用户室内温度能够达到设计要求,也说明热源方案及其设计较合理。（3）虽然地下水源热泵系统的取水井、回灌井之间的距离越大,其产生热贯通现象所需要的时间就会增加,发生程度也越轻微,但考虑实际工程项目的场地限制,应尽可能减小水井占用的面积。张掖地区目标模型条件下,地下水源热泵取水井和回灌井最佳间距为50 m左右。（4）水井半径对热泵系统稳定运行几乎没有影响,实际工程中,一般依据《管井技术规范》和勘测资料确定最合适的井半径,约为0.3m0.5m。（5）为了维持地下水源热泵系统可以长时间的工作运行,注意定期对水井进行维护,以免长期使用可能造成水井堵塞、回灌困难等问题。

关键词： 地源热泵   地下换热性能   地埋管换热器   地下水源热泵   同轴套管换热器  

摘要： 本文采用FEFLOW有限元数值模拟软件,对单U形地埋管、同轴套管换热器及地下水源热泵对井系统地下换热性能进行模拟分析。主要内容如下:U形地埋管换热器:不考虑含水层温度变化时,定量分析了埋管进口流速、含水层位置、厚度、渗流速度对换热性能的影响。结果表明,进口流速增加可增强换热器换热性能,本文条件下最佳进口流速为0.8m/s。含水层位置对管内温度沿深度方向分布有一定影响,对换热性能影响较小。当含水层厚度为10、20、30m时,渗流作用对换热性能产生影响的临界渗流速度（Pe）分别为1.89×10-6m/s（Pe=25.2）、1.02×10-6m/s（Pe=27.2）、6.98×10-7m/s（Pe=27.9）。考虑地下水补给区季节性温度变化时,距离地下水补给区越近,地埋管周围含水层温度的年周期变化幅度越大,换热性能更倾向于受季节水温变化与渗流速度变化的二者耦合影响,且表现出不同程度的季节效应。随含水层厚度增加,地埋管单位井深换热量总体上呈线性增大趋势。地下水源热泵对井系统:定量分析了井间距、水力坡度、运行及回灌模式对系统换热性能及周围含水层温度场影响。结果表明,井间距及水力坡度增加均有利于延缓热贯通现象发生时间,降低热贯通现象发生程度,本文条件下对井系统最佳井间距为100m。井间距较大时对井系统季节性交替使用有利于提高系统运行效率。相同井间距时异层回灌热贯通现象发生晚、程度低,采能效率高。同轴套管换热器:定量分析了进口流量、内管材料、循环流体流动方式、渗流作用及地温梯度对换热器换热性能影响。结果表明:浅层利用时,采用PPR、PE内管时换热器回水阶段热损失分别为25.60%、32.56%,循环流体流动方式对换热性能无影响。深层利用时,采用PPR、PE内管时换热器回水阶段热损失分别为21.03%、34.90%,“外进内出”方式下换热量较“内进外出”方式高15.45%。随地温梯度增加,换热器单位井深换热量呈线性增大趋势。当含水层厚度为10、20、30m时,临界渗流速度（Pe）分别为1.10×10-6m/s（Pe=14.7）、5.71×10-7m/s（Pe=15.2）、4.11×10-7m/s（Pe=16.4）。

关键词： 水源热泵   BIN算法   DeST模拟  

摘要： 随着社会经济的迅速发展,我国能源供给不足与环境污染问题日益凸显。因此地下水源热泵这种绿色节能的空调技术应运而生。该项技术虽然在我国的起步较晚,但发展较为迅速。鉴于它具有能源利用率高、污染小、运行费用低以及操作方便等众多优势,使其在我国得到广泛的应用。地下水源热泵起源于上个世纪初期,在发展至今的数十年中得到了较为广泛的应用,但因其独特性使其发展速度受到了一定的限制。地下水源热泵有着清洁环保,节约能源的显著特点,在能源日益受到关注的今天,随着“节能环保,绿色建筑”的大力提倡,国家发改委、财政部等部委从政策上给予“节能型地(水)源热泵系统”明确性补助,预示着地水源热泵逐步发展的方向,相信地下水源热泵是值得推广与应用的供热及制冷方式,有着广阔的发展空间。然而水源热泵因受条件所限也并不是所有地区都适合。本文对地下水源热泵发展及其工作原理做了简要的叙述,对其优缺点进行了多角度的评析,就朝阳市龙湾新城小区水源热泵系统的可行性进行了分析;运用BIN算法及DeST软件分别对朝阳市龙湾新城小区的一号楼与二号楼的负荷及能耗进行模拟计算。对二者得出的结果进行对比分析,结果得出在在夏天空调温度为26度,冬天空调温度为18度条件下,BIN方法所得的冷负荷指标比DeST模拟所得冷负荷指标要小一些,原因是BIN只考虑了几个较大的负荷,忽略了对结果影响不大的负荷。两种计算方式趋势一致。对朝阳市龙湾新城小区的水源热泵系统从冷热源的选择、负荷计算、机组选型等方面进行了初步设计,并就使用集中式水源热泵系统和分散式水源热泵系统进行了成本分析。通过将分散式水源热泵与集中式水源热泵的运行费用的比较得出,当空调使用率10%时,集中式水源热泵系统的运行费远比分散式水源热泵系统高;当满负荷运行时,集中式水源热泵运行费用比分散式水源热泵省27.38万元;空调使用率越低,分散式水源热泵中央空调系统节能的优势越明显,但在实际运行时,分散式水源热泵系统更节能。