关键词： 地下水源热泵   能耗分析   经济性分析  

摘要： 以四川省马尔康中学为计算对象,进行在采用常规锅炉房和地下水源热泵机组作为空调系统不同热源时相对应的能耗分析,经济性参数分析如初投资、运行费用等情况。结果表明,长期只在供热季运行的情况下,地下水源热泵系统也可在五年内收回增量投资,具有较好的经济性。

关键词： 地下水管理   法律责任   开发利用   地下水开采   地下水影响   水资源论证   取水许可   监测设施   治水思路   地下水源热泵  

摘要： 陕西省第十二届人民代表大会常务委员会第23次会议日前表决通过了《陕西省地下水条例》（以下简称《条例》）,将于2016年4月1日起正式实施。《陕西省地下水条例》是一部关于地下水保护管理的专门性法规,共7章61条,内容涵盖总则、规划、开发利用、保护、监测与监督管理、法律责任和附则等内容。整部《条例》紧抓地下水保护管理要害,立足当前、着眼长远,权责明确,措施得力,具有很强的针对性和可操作性。

关键词： 单井回灌   地下水源热泵   填砾同井   换热性能  

摘要： 本文在分析研究各种土壤源热泵的基础上，针对填砾同井地下水源热泵系统进行了理论研究和实际测试。本文提出单井回灌地下水源热泵系统，它是一种高效节能的地能采集系统，目前总共有三种应用形式，即抽灌同井、填砾同井、循环单井。它们都是将抽水管和回水管放置在同一口井内，从井的下部抽水，上部回水。本文选取填砾同井形式开展了相关的理论和实验测试研究工作，填砾同井作为单井回灌地下水热泵系统中的换热部件，在整个空调系统中起着重要的作用，回灌水与周围砾石及土壤之间的换热情况，回灌水与地下水的混合情况直接影响填砾同井地下水源热泵系统的整体运行性能。单井的钻井深度，单井的井孔，地下水情况等直接决定着该系统的初投资。\n 为了研究填砾同井换热器在绵阳地区的换热性能和经济性，同时和各种土壤源热泵换热器进行对比分析，研究其自身的优点和所存在的一些问题。本论文结合绵阳市金家林软件园区的实际工程，采集不同方位的两组单井数据，首先利用数据采集仪、热电偶传感器采集单井的原始温度；然后启动测试用热泵机组，记录各个探测点的温度变化情况，最终稳定情况，通过调节流量开关，测试出不同循环流量下的各个温度点变化情况；最终通过数据采集器传输到电脑自动保存记录。经过最终的实验数据处理分析得出，该地区的填砾同井换热器的实际换热量。\n 最后，将试验测试所得数据同绵阳地区土壤源热泵换热器的研究数据进行对比分析。从换热量、项目初投资、可利用土地资源等方面考虑，该地区建议采用填砾同井换热器。\n 研究结果表明：填砾同井换热器换热性能要优越于地埋管换热器换热性能，同时初投资较低，运行维护管理难度低。其中，土壤源热泵单井（100m）换热量8.5kw，填砾同井单井（35m）换热量50kw；土壤源热泵单井循环水流量1.5~3.5m3/h，填砾同井的循环水流量8~14m3/h；土壤源热泵单位井深成本80~100元/m（每平米成本112~171元）填砾同井单位井深成本1000~1200元/m（每平米成本84~109元）。在绵阳地区，填砾同井换热器选择循环流量10~12m3/h，钻井深度30~40m，同时选择的砾石直径10~30㎜的工况达到换热性能和经济性最佳。

关键词： 水源热泵   能效实测   性能系数   耗电量  

摘要： 实测了长沙市某医院综合大楼地下水源热泵系统在夏季工况运行时,热泵机组蒸发器侧、冷凝器侧的供、回水温度和流量、机组耗电量以及房间内的温、湿度,通过测试数据分析了该热泵机组夏季实际工作性能。结果表明,该热泵机组具有供、回水温度低及供回水温差小的特点,测试期内系统的COP为3.17,与传统的冷水机组相比,具有良好的节能优势。测试分析结果可供水源热泵系统的设计和工程应用提供参考和借鉴。

关键词： 建筑小区   地下水源热泵系统   节能运行   优化设计  

摘要： 地下水源热泵系统利用清洁可再生的浅层地热能，在节约能源方面具有非常大的优势，因而在地下水资源丰富的地区已经得到普遍的应用。但是，很多地下水源热泵系统在实际运行过程中，存在很多增大系统运行能耗的因素，使得系统的实际节能效果达不到预期的目标。在对热泵系统进行节能评价时，许多工程仅仅停留在设计阶段与项目验收阶段，而对于系统常年运行的能耗监测与节能评价则比较少。\n 本文以河北省山区城镇建筑节能技术示范工程的既有地下水源热泵系统为研究对象，对其实际运行数据进行分析和整理，依照最新行业规范对其进行节能等级评价，研究影响热泵系统能耗的主成因关系，并提出几种运行方案，经测试运行后取得了很好的节能效果，为此类地下水源热泵系统实际节能运行优化设计提供参考依据。主要解决了以下几个方面的问题:\n 第一，对既有的地下水源热泵系统运行数据做了统计分析，引用了全年综合性能系数(ACOP)的评价方法，并对其进行能效等级和节能水平的评价。\n 第二，对典型工况的典型日运行记录进行了深入的对比分析研究，结合实际调研，得出了影响该系统运行节能效果的相关因素，如水温、水质变化与机组换热效果的关系;运行管理调控不力导致运行能耗增加等。在此基础上，对该系统的换热表面进行了除水垢的处理，并对水处理系统进行了检修，同时核算了用户侧循环水泵的流量和扬程，为后续系统改造提供了参考。\n 第三，提出了在供冷期应用实时调控的理念，对热泵机组的变工况运行进行调节，引入分区控制的方法，对不同使用情况的区域进行供冷量的二次分配，合理地利用能源;在供暖期引入气候补偿器，对系统改造较小的情况下能够有效地降低系统运行能耗，提高系统的节能水平。在全年运行工况下的，提出“大温差小流量”的运行方案，对原来的运行方案进行调整，并通过实测运行数据分析，得到了较好的节能效果。\n 除此以外，还对相关的节能技术如变频技术、自动控制技术等进行了探讨，着力推进建筑节能技术的发展，为山区城镇居住区同类型的地下水源热泵系统运行节能设计和改造提供参考。

关键词： 公共建筑   空调系统   地下水源热泵   节能设计  

摘要： 本文对相关文献进行了梳理，从宏观和微观两个层面出发，结合成都市的公共建筑用能特点，分析出节能技术的作用和效果，总结出了大型公共建筑中地源热泵应用科学管理实现节能效果的理论依据。对于大型公共建筑，测试可再生能源系统中空调用冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵等设备的运行状态和能效，对地下水源热泵空调系统提出了节能设计和管理方案。\n 中国的能源消费结构中，建筑耗能已占到我国社会总能耗的30％，与工业耗能、交通运输耗能成为我国能源消耗的三大“耗能大户”，而大型公共建筑则是节能潜力最大的用能领域。中国大型公共建筑的面积虽不足城镇建筑总面积的4％，但能耗却占城镇建筑总能耗的20％以上。随着我国经济和城镇化的发展，公共建筑的能耗必定还会进一步增加。\n 如何有效开展大型公共建筑的节能工作，促进能源资源节约和合理利用，缓解能源供应与经济社会发展的矛盾是国内外建筑节能领域的研究者们多年来的重点探索目标。随着节能工作的陆续开展，研究重点逐渐从建筑节能设计和节能技术转向运行管理节能，重抓以往忽略的运行管理上的节能潜力。\n 本论文的研究首先从成都地区气候特征、建筑环境特点、能源消耗情况、节能技术和新能源系统应用现状等角度，对成都地区公共建筑节能应用技术的条件以及管理现状进行分析。提出公共建筑普遍存在能耗高、技术复杂、缺乏节能管理技术，具有很大的节能潜力。\n 其次，通过对成都地区典型建筑空调负荷变化情况建模分析;对几个典型的地下水源热泵系统项目进行测试，包括设备运行能效、室内外温湿度状况和输配系统能效。通过能效测评技术分析了建筑碳排放等环境影响效益。\n 最后，分析可再生能源应用在大型公共建筑中的节能效果与适应程度，提出节能改善意见，为夏热冬冷地区大型公共建筑的可再生能源设计应用以及管理提供技术依据。据此提出新能源技术在建筑中应用的建议措施。

关键词： 地下水源热泵   地下系统   物质迁移过程   地层变形  

摘要： 地下水源热泵是一种利用浅层地下水进行供暖和制冷的热源技术，其运行稳定可靠、投资较低且节能环保，因此近年来发展十分迅速。然而，在地下水的回灌过程中，由于回灌水中含有的物理、化学、生物等颗粒在随着水流迁移过程中发生迁移-沉积-淤堵，从而影响水源热泵的正常运行，并会对地层环境造成影响。本文面向这一课题需求，依托武汉百步亭新港苑小区水源热泵工程，以具有典型武汉地层特征的水源热泵工程抽水及回灌过程为研究对象，综述国内外研究现状，结合水源热泵特殊工程状况，进行了不同粒径下多孔介质中悬浮颗粒迁移-沉积特性试验;进行了多孔介质中悬浮颗粒脱离特性试验;提出了多孔介质中悬浮颗粒迁移-沉积过程模型及分析方法;提出了基于变孔隙率的多孔介质中悬浮颗粒迁移-沉积渗透率衰减模型;分析了多孔介质中悬浮颗粒迁移-沉积对地层变形的影响规律;构建了水源热泵工况下井群抽水回灌流动传热模型;并结合工程实况对2个运行周期下地层中颗粒沉积堵塞规律及地层变形规律进行了预测分析。本文取得的结论和研究成果如下:\n (1)通过自主研发的砂层迁移-沉积试验系统研究了粒径对悬浮颗粒迁移-沉积特性的影响。对于相同尺寸的多孔介质，随着悬浮颗粒粒径的增加，到达相对浓度峰值时间逐渐增加;同时，相同粒径的悬浮颗粒在不同尺寸多孔介质中的迁移过程中，多孔介质尺寸越大，相对浓度峰值越高;悬浮颗粒粒径的变化比多孔介质尺寸的变化更能影响悬浮颗粒的迁移-沉积过程;悬浮颗粒在多孔介质中的迁移-沉积类型可根据粒径比K的不同划分为“滤饼过滤型”、“迁移-沉积型”、“自由迁移型”三种。\n (2)通过自主研发的砂层迁移-沉积试验系统研究了悬浮颗粒在多孔介质中的脱离特性。分别进行增加渗流速度与改变渗流方向试验，试验发现与改变渗流速度相比，用改变渗流方向的方式进行沉积颗粒脱离效果更为明显，到达二次峰值所需时间更短、水量更少。因此实际工程中，回扬洗井比增加回灌水流速更能显著改善地层中淤堵状况，须着重控制洗井前期过程，并控制洗井时间。\n (3)提出了多孔介质中悬浮颗粒迁移-沉积过程分析方法，建立了悬浮颗粒一维及三维迁移-沉积模型。模型假设悬浮颗粒为球体，多孔介质为带有孔洞的圆柱状结构，分别建立基于颗粒沉积的孔隙尺寸变化方程、基于连续性假设的颗粒迁移动力学方程、基于沉积与脱离系数的颗粒捕捉方程，以及跟随沉积而来的渗透率变化方程，并据此获得了特定条件下的悬浮颗粒迁移-沉积一维及三维解析解。\n (4)建立了悬浮颗粒迁移-沉积过程中多孔介质渗透率演化模型。将渗透率变化与悬浮颗粒沉积过程相关联，得到连续注入悬浮颗粒条件下孔隙率、颗粒沉积量及渗透率变化规律。经过验证，该模型能较好地反映悬浮颗粒在多孔介质中沉积造成渗透率衰减规律，为解决含颗粒流体注入地层引发地层渗透率衰减问题提供了参考。\n (5)提出了基于武汉二元地层的悬浮颗粒沉积影响地层变形分析方法。根据武汉典型的二元结构地层特点，对武汉双层地层结构进行分析，考虑地层中颗粒沉积引发孔隙率及渗透率变化情况，得到地面沉降值。并将研究扩展到三维条件，根据地下水三维渗流方程及颗粒沉积特点，得到了考虑抽回灌过程中悬浮颗粒沉积的地面沉降全耦合模型。\n (6)分析了水源热泵井群抽灌条件下地下水流动及传热规律。通过建立承压含水层中热量运移的数学模型，推导得出考虑颗粒沉积过程的含水层热量运移的一般方程。\n (7)结合水源热泵工程，对2个采暖及制冷周期内地层内颗粒沉积堵塞及地层变形规律进行了预测。结合武汉百步亭新港苑小区水源热泵工程，模拟2个采暖及制冷周期，得到该时段内地下水渗流场及温度场分布及演化规律，并得到长期抽灌条件下地层中悬浮颗粒沉积堵塞状况，从而获得在该种条件下地层变形规律。

关键词： 高速公路   地下水源热泵   热源井   热贯通   灰色预测  

摘要： 高速公路作为我国陆运交通运输网络的骨干,近年来得到了飞速发展,截止2014年底,总里程已超过11万公里,位居世界第一。随着高速公路运输网的逐渐完善,其沿线房建设施的供暖空调系统形式也得到了越来越多的关注,地下水源热泵作为节能环保型空调技术在高速公路沿线已逐渐得到应用。但是由于高速公路和地下水源热泵在我国发展时间均较短,热泵技术在高速公路沿线的应用还没有较为系统的适应性研究,因此限制了该技术的进一步推广。本课题针对地下水源热泵技术在高速公路沿线设施上应用的适应性关键技术问题进行了研究。本文依据国家相关标准规范,基于陕西省高速公路沿线供暖空调形式调研,结合高速公路沿线房建设施特殊性、跨区域特殊性和能源结构特殊性,分析了地下水源热泵技术在高速公路沿线站点的技术可行性和适应性问题。本文首先对地下水源热泵技术水源侧热源井的设计和施工关键问题进行了初步研究,提出了热源井的设计方法及井结构、井数、井间距、井群布置对系统的影响,分析了热源井施工工艺流程中填砾、封井、洗井、潜水泵选择等过程的重要性,确定了高速公路沿线站点热源井设计、施工过程的可控因素及其特殊性。根据上述分析,本文结合地下水流动方程、地下水传热方程和承压完整井流方程,建立了二维地下水热运移耦合数学模型,提出相应假设条件及边界条件,利用FlowHeat1.0软件模拟了含水层岩性、渗透比、过滤管长度、抽灌温差及流量的不同匹配模式、井群布置等可控因素对抽水井温度及抽水、回灌井水头变化的影响,从勘察、设计、施工、运行管理等方面提出了有助于避免或减轻“热贯通”和回灌溢井问题的相关建议。综上研究,本文最后以陕西省定汉线高速公路沿线站点汉中管理分中心为典型工程案例,结合汉中至陕川界段高速公路水文地质勘察资料,对该项目地下水源热泵热源井设计、施工过程及项目夏、冬季实际能效监测结果进行了分析,建立了符合项目实际的HST3D-cug模型,对场地抽水井温度和抽水、回灌井的水位降深变化进行了模拟,最后通过项目运行过程中实际水位测量值,利用灰色GM(1,1)模型对运行季末各回灌井水位进行预测,提出了延缓“热贯通”和回灌溢井现象的相关策略,为该项目后期运行模式的制定提供了参考。

关键词： 单井回灌地下水源热泵   填砾同井   含水层   换热量  

摘要： 本文在分析研究各种土壤源热泵的基础上,针对填砾同井地下水源热泵系统进行了理论研究和实际测试。本文提出单井回灌地下水源热泵系统,它是一种高效节能的地能采集系统,目前总共有三种应用形式,即抽灌同井、填砾同井、循环单井。它们都是将抽水管和回水管放置在同一口井内,从井的下部抽水,上部回水。本文选取填砾同井形式开展了相关的理论和实验测试研究工作,填砾同井作为单井回灌地下水热泵系统中的换热部件,在整个空调系统中起着重要的作用,回灌水与周围砾石及土壤之间的换热情况,回灌水与地下水的混合情况直接影响填砾同井地下水源热泵系统的整体运行性能。单井的钻井深度,单井的井孔,地下水情况等直接决定着该系统的初投资。为了研究填砾同井换热器在绵阳地区的换热性能和经济性,同时和各种土壤源热泵换热器进行对比分析,研究其自身的优点和所存在的一些问题。本论文结合绵阳市金家林软件园区的实际工程,采集不同方位的两组单井数据,首先利用数据采集仪、热电偶传感器采集单井的原始温度;然后启动测试用热泵机组,记录各个探测点的温度变化情况,最终稳定情况,通过调节流量开关,测试出不同循环流量下的各个温度点变化情况;最终通过数据采集器传输到电脑自动保存记录。经过最终的实验数据处理分析得出,该地区的填砾同井换热器的实际换热量。最后,将试验测试所得数据同绵阳地区土壤源热泵换热器的研究数据进行对比分析。从换热量、项目初投资、可利用土地资源等方面考虑,该地区建议采用填砾同井换热器。研究结果表明:填砾同井换热器换热性能要优越于地埋管换热器换热性能,同时初投资较低,运行维护管理难度低。其中,土壤源热泵单井(100m)换热量8.5kw,填砾同井单井(35m)换热量50kw;土壤源热泵单井循环水流量1.5～3.5m3/h,填砾同井的循环水流量8～14m3/h;土壤源热泵单位井深成本80～100元/m(每平米成本112～171元)填砾同井单位井深成本1000～1200元/m(每平米成本84～109元)。在绵阳地区,填砾同井换热器选择循环流量10～12m3/h,钻井深度30～40m,同时选择的砾石直径10～30㎜的工况达到换热性能和经济性最佳。

关键词： 浅层地温能   适宜性评价   数值模拟   热突破   开采回灌模式  

摘要： 在国际环境提倡可再生能源替代传统能源结构背景下,地热资源作为太阳能资源重要组成部分,能为我国经济腾飞做出巨大贡献,近些年已有一些科学研究者对浅层地热能开发进行了研究,加快了地热资源开发利用的进程,并成为地下水科学与工程学科发展新方向。本文通过对长春城区浅层地温能资源调查研究,揭示了研究区岩土热储条件及浅层地温场分布规律,并对浅层地温能资源的开发利用进行适宜性区划,在此基础上采用数值模拟技术,对研究区地热能资源采灌模式进行模拟,计算出长春城区浅层地温能资源总量,为长春市浅层地温能开发利用提供重要数据支撑和科学可行方案。得出以下几点认识:(1)论文对长春城区浅层地温能赋存的岩土特征进行了分析。区内伊通河谷赋存的孔隙水和台地区基岩裂隙水的富水性、水温、水质等因素制约着浅层地温能利用。其中,伊通河谷地区地下水剩余资源量较多,且回灌条件好,可以在水质满足要求的基础上进行水源热泵的开发利用。台地区贾家洼子和四间房基岩富水带的地下水水质较好,但剩余水资源量较少;兴隆沟富水地段,剩余水资源量较多,应适当增加该区地下水资源开采比例,将地下水更多应用于供热,使能源利用最大化。(2)论文对不同的岩性的地貌单元进行了实际热物性参数测试,取得了背景数据,总结出区内三种不同类型地层结构的热物性参数。在此基础上,对研究区温度场进行了研究,分析不同位置钻孔、不同深度的岩层温度变化情况,结果显示,长春城区平均地温梯度为2.88℃/100m,从全区浅层地温能分布规律来看,城区外围地温低,城区内地温相对较高,该结论为长春城区浅层地温能利用范围的选取提供了明确而可靠的方向。(3)论文采用层次分析方法结合GIS对长春城区水源热泵和地埋管地源热泵的适宜区进行了评价,将研究区分为水源热泵的适宜区、较适宜区、一般适宜区和不适宜区。分别为:Ⅰ区(贾家洼子-八里堡-兴隆沟基岩裂隙含水带以西地区)为地下水源热泵不适宜区,Ⅱ区八里堡富水带为地下水源热泵适宜区,Ⅱ区贾家洼子-兴隆沟段和Ⅲ区伊通河谷地区大部分地区是建立水源热泵开发系统的较适宜区和一般适宜区。(4)论文在水源热泵的适宜区建立了浅层地温能开发利用的水-热耦合模拟模型,采用TOUGH2软件进行求解,利用研究区内的水温和压力观测资料对所建模型进行识别和验证,以2011年为现状年,对研究区未来10年的温度场和压力场进行预测;并探讨了研究区内地下水源热泵系统抽水井和回灌井在不同采灌模式下的温度场和压力场变化及发生热突破时间等问题。结论如下:(1)在单抽单灌模式下,即抽水井沿着水力坡度方向指向回灌井的情况下,设计抽水量为Ⅱ区、Ⅲ区为500 m3/d、800 m3/d、1500 m3/d,分别在30m、50m、80m、100 m和150 m的抽灌井间距下,对热突破时间、抽灌量与合理井间距的关系进行模拟计算。结果显示:Ⅲ区发生热突破的时间要长于Ⅱ区;系统运行10年后,Ⅱ区温度场整体下降0.7℃,Ⅲ区温度场整体下降0.6℃;到2022年,热储压力降幅为6.1×104Pa。(2)在单抽双灌模式下,分别模拟5种布井方案。在综合考虑热突破和温度场影响下,可以得出如下结论:直线型布井方案a(两口回灌井位于抽水井同侧,且抽水井位于上游)和折线型布井方案d(两口回灌井与抽水井垂直排列,且抽水井位于上游)为最佳布井方案。抽水量500 m3/d、800 m3/d和1500 m3/d时,合理布井间距为Ⅱ区75m、90m和150m,Ⅲ区70 m、90m和150m。相应的布井方案下,水源热泵系统运行10年对温度场的影响范围为400m×200m,温度场整体降幅0.5℃。到2022年,热储压力降幅为5.1×104Pa,年水位变幅0.52m。(5)论文采用热均衡理论计算研究区浅层地温能容量。结果显示:Ⅱ区热容量为3.9×1013kJ,Ⅲ区热容量为8.1×1013kJ,合计热容量为1.2×1014kJ。从计算结果看出,在Ⅱ区和Ⅲ区地下水赋存区域,地下水是重要的热储介质,热容量相对较高。在地下水源热泵、土壤源热泵系统换热功率计算中,将最佳井间距引入地下水量折算法中,用来计算区域换热功率,结论为:长春市伊通河谷松散砂砾石与青山口基岩风化带含水层地下水地源热泵系统总换热功率为33.4×104 kW(冬季)、66.8×104 kW(夏季),可为668×104m2建筑物供暖,为835×104m2建筑物制冷。