关键词： 地下水源热泵   能效检测   评估   节能   运行特性分析  

摘要： 地源热泵系统的能效检测需结合实际的工程项目。另外,不合理的系统运行模式会增加系统的能耗。因此,对地源热泵热系统进行能效检测并根据系统的实际运行情况进行特性分析具有很重要的现实意义。本文依托湖北仙桃地区某一实际的酒店职工宿舍楼地下水源热泵系统工程项目,首先,于夏冬两季对该系统进行稳况下的能效检测,介绍了检测依据内容、工具和方法等,对建筑逐时冷热负荷等指标进行了动态分析。同时,经数据处理得出了机组和系统相关的性能参数,得出结论:该系统运行效果良好,性能等级为2级。然后,对该系统的的节能效益、环境效益和经济效益进行了量化评估,得知该系统具有较好的节能、环境和经济效益,具有示范性。并采用多元非线性回归的方法并结合系统能效检测数据分别建立了夏冬两季系统的能效评估数学模型。经验证,误差都在10%以内,模型有效。利用该模型可以更快捷地得出热泵系统夏冬两季的节能率。最后,通过实验改变系统部分工况并结合检测所得数据对该地下水源热泵中央空调系统的运行特性进行较为详细的研究与分析。找出了一些影响机组和系统性能的参数,总结了相应的机组和系统运行模式:机组负荷率为80%时左右时运行效果最好且最节能;当机组用户侧出口水温和热汇侧进口水温分别为11.5℃和16.0℃时,机组的能效比最大,达到5.73;分别以用户侧和热源侧水流量作自变量时,其值分别为140m3/h左右和120m3/h左右时,系统COP取最大值。通过以上工作,对该地下水源热泵系统建立了一个可靠的能效评估体系和有效的机组和系统运行模式,为该地区其他相似的工程项目系统的设计与运行管理提供了一个有价值的参考模板。

关键词： 高原河谷   螺杆式   水源热泵   回灌问题   运行优化  

摘要： 热泵技术作为可再生能源的高效节能技术,得到了广泛的应用。水源热泵技术作为热泵技术的分支,因其成本相对低廉,更是得以迅速推广。高原河谷地区蕴含有丰富的太阳能和地下水资源。将地下水作为热泵的热源为建筑供热具有巨大的开发利用价值。然而,高原河谷地区水文气象参数极为特殊。地下水源热泵系统在该地区的工作情况与在普通夏热冬冷地区有很大不同。四川省马尔康县是典型高原河谷地区,该地区冬半年受西北气流影响,晴朗少雨、空气干燥、气候寒冷；夏半年受西南暖湿气流控制,降水少、温凉湿润,具有冬干夏湿、雨热同季、日照充足、昼夜温差大的特点。诸多应用于高原河谷地区的地下水源热泵系统工程,对气象参数和水文地质条件欠缺深入分析,机组装配随意,地下水取水及回灌方式简单,导致系统运行效率低下,达不到高效节能的目的。为此,本文针对马尔康地区典型工程案例,详细分析其气象水文参数特点,通过模拟及实测方式对螺杆式地下水源热泵系统在高原河谷地区的合理应用作出相关研究。首先,统计马尔康地区多年气象数据并与成都地区气象特点作对比分析；通过DeST软件对马尔康地区三类不同供暖时段的建筑进行热负荷模拟,分析其负荷特性,并与成都地区作对比分析；拟合出基于室外干球温度的热负荷预测关系式。然后,在分析马尔康地区某2万平方米综合体项目其水文地质条件的基础上,通过理论分析对地下水文主要参数进行冬季修正,初步分析了地下水源热泵系统地下水回灌量的影响因素,并通过运行监测分析了地下水源热泵换热系统在特殊条件下地下水直排邻近河流的可行性。最后,通过对马尔康某酒店地下水源热泵系统进行冬季运行测试,对螺杆式热泵机组能耗模型进行修正,使其适应马尔康地区运行工况,利用该模型对螺杆式机组的运行特性进行模拟。结合三类不同类型建筑的冬季逐时热负荷,从不同数量热泵机组组合供热方式和不同容量配比的两台热泵机组组合供热方式两方面进行计算分析,得出适合不同类型建筑的水源热泵机组的最佳容量配置,并利用热负荷预测关系式给出建议的系统运行策略,减少多余能耗,优化节能效果。本文所得结论和方法对螺杆式地下水源热泵系统在高原河谷地区的推广和应用提供了借鉴意义。

关键词： 孔隙承压水   水质变异   水源热泵   化学场   温度场   渗流场  

摘要： 浅层地温能资源是一种新型的、可再生的、清洁环保的能源,具有广阔的开发利用前景。地下水源热泵系统,是浅层地温能开发利用的一种重要途径,它是地源热泵系统中效率较高、成本较低的一种热泵形式。地下水源热泵一般采取“地下水抽采-能量交换-回灌”的循环过程,以达到在尽量减少工程运行对地下水资源数量与质量影响的前提下,合理利用地下水体中所赋存的热能。地下水源热泵的“抽-回”系统运行过程中,由于地下水温度场和化学场的变化,在混合作用、氧化作用、温度作用、溶解沉淀作用、CO2分压作用、微生物作用等共同影响下,使得地下水的水质产生变化；另外,“抽-回”过程中水动力场的变化也使得地下水的渗流场发生变化,改变了地下水流场,加速了不同含水层的地下水交换作用。以上使得地下水源热泵系统的运行对含水层中地下水水质不可避免的会造成一定的影响。本论文以利辛县人民医院水源热泵工程为依托,结合区域的水力性质、含水性质、水资源条件及地下水埋藏条件,以及地下水源热泵运行时的水质检测数据,对研究区的松散孔隙水进行水化学类型分析、离子相关性分析和水质评价,同时根据区域的相关资料及实际情况,借助Modflow软件建立相应的数值模拟模型,对地下水的流场进行动态预测和评价,分析热泵运行时地下水流场的变化以及流场变化对地下水水质的影响,以做到及时预警,提出避免地下水源热泵运行对地下水产生不利影响的建议。研究结果表明：地下水源热泵系统的运行对地下水水质造成了一定的影响,但随着地下水源热泵系统的运行,地下水的水质并未向恶化的方面发展,尤其相对淮北平原地下水中氟含量普遍偏高的情况,本地下水源热泵系统的运行反而使氟含量降低。

关键词： 浅层地热能   适宜性评价   青岛   开发利用   地下水源热泵  

摘要： 随着青岛市社会经济发展,绿色能源的合理开发利用日渐重要。浅层地热能是地球热能的重要组成部分,温度稳定且分布广泛,是新型的清洁可再生能源,有着极为广泛的应用前景。本论文在青岛市浅层地热能资源调查的基础上对地下水源型浅层地热能开发进行适宜性评价。适宜性评价是开发利用浅层地热能的一个重要环节,其主要任务是全面分析地质的各类影响因素,对研究区进行开发适宜性分区。本文根据野外调查统计数据及研究分析确定了浅层地热能开发适宜性评价指标体系的相关权重及评价因子(富水性、酸碱度、矿化度、总硬度)并采用层次分析法、专家聚类法和模糊数学法相结合的方法进行适宜性评价计算及分区。将收集的青岛市水文地质资料与实地调查数据进行综合处理,在捷图地理信息系统软件Gmap中,叠加计算,按照适宜性分区标准,借助Surfer软件绘制等值线并进行评价结果的分区,后导入地理信息处理软件MapGIS中制作成图,可直观表达各类适宜区的范围。本次调查评价得出以下成果:(1)开展了青岛市地下水资源调查、取样工作,收集了青岛市地下水水质资料等各项数据。(2)依据野外收集与实验结果所获取的资料,通过分析研究,绘制了影响青岛市地下水源型浅层地热能开发适宜性评价因子(富水性、矿化度、酸碱度、总硬度)分区图。(3)首次开展了青岛市地下水源型浅层地热能开发适宜性评价研究。确定了具体的青岛市浅层地热能开发利用适宜性分区:青岛市浅层地热能开发条件较好,浅层地热能开发利用前景可观。适宜区主要分布在平度市南部和西部大面积区域,城阳区西南部区域,黄岛区南部风河入海口区域;较适宜区大面积分布在青岛区域,除去平度南部和西部适宜区、环胶州湾区域、崂山区域;中等适宜区集中分布在崂山区、青岛高新区、胶州大沽河入海口区域、原黄岛区;较不适宜区分布范围较小,零星分布在即墨市东北部、北部,胶州市东部与城阳西部交接处,莱西市北部,平度市东部。青岛市水源型浅层地热能开发适宜性评价可为青岛地区的地下水资源开发利用提供重要的数据支持与科学依据,为青岛市加快绿色能源的发展起到指导作用,减少和避免各类环境污染问题,并将在青岛市创建旅游城市与卫生城市的建设中起到积极的推动作用。

关键词： 地下水源热泵   热贯通   井距   水质   数值模拟  

摘要： 随着能源与环境问题的国际化、尖锐化,新型清洁可再生能源技术受到了广泛关注。水源热泵作为地热可再生能源的应用技术,在国内外被竞相开发。但是由于水源热泵技术属于新兴技术,涉及到能源、水文地质、水资源、数学等多个领域,运行过程中地下水的温度场及动力场机理相对比较复杂,在实际应用中不能有一个准确的依据。且应用过程中会产生一些问题,其中最大的问题是“热贯通”效应。一旦发生较大程度的“热贯通”效应,热泵系统将失去其节能环保的意义。合理的井距及换热温差,是避免产生“热贯通”效应的主要方法。本文以渗透系数、井距、换热温差以及抽灌模式作为变量,对典型区域内地下水温度场进行数值模拟,研究表明:地下含水层为中砂、粗砂等渗透系数较小的地质结构时,抽水井及回灌井井距应保持在55m以上。地下含水层为碎石等渗透系数较大的地质结构时,抽水井及回灌井井距应保持在105m以上。5℃换热温差相对于7℃更加稳定、安全、可靠,从系统保持高效工况运行的角度出发,应首选5℃温差;在建筑布局可以满足抽、灌井布井间距增大的条件下,可以通过增大井距,采用7℃换热温差,同样避免回灌井水温对抽水井的影响。采用交叉抽灌模式“热贯通”效应发生时间比平行模式要慢,且程度要弱于平行抽灌模式。通过对沈阳市典型地下水源热泵系统地下水温度场模拟分析得出:在一个供冷期内,地下水源热泵系统回灌井周围虽然发生了剧烈程度的“热贯通”效应,但是由于布井距离相对较大,未对抽水井水温产生明显影响。本文通过水化学分析实验方法,对沈阳市典型区域地下水水质进行检测,研究表明:小区内热泵机组生锈导致回水中Fe2+含量明显升高,其它化学指标在系统供冷、供暖两种工况下运行期间,没有发生明显变化。随着地下水源热泵系统的大面积推广应用,技术上的不成熟因素以及设计施工的缺陷在无序的市场竞争中更是暴露无遗。因此地下水温度场数值模拟成果对新建地下水源热泵项目有一定的指导作用。

关键词： 地下水源热泵   抽灌井间距   抽灌井布置方式   数值模拟  

摘要： 如今能源消耗和环境破坏严重,地下水源热泵技术作为一种可持续开发利用地热能的方式得到了广泛的推广和应用。地下水源热泵系统主要是以浅层地下水为冷、热源,既可以制冷又可以向室内提供热量。由于流场和温度场的两者都起到作用,使系统运行后期回灌到地下含水层中的冷水(或热水)不断向四周扩散,而且受到井距、热对流、运行模式等诸多因素影响,从而致使运行效率大大降低。其中,地下水源热泵系统的热贯通的严重程度直接取决于地下水源热泵系统抽灌井中间的距离。此外,由于北方地区住宅小区通常采用冬季采暖,其他三个季节停休的运行模式,因此地下水温度和流场的变化受到的影响更为明显。为此,我们以沈阳沈河区某住宅小区为例,运用Flow Heat1.0软件,模拟不同抽灌井井距,探究在不同抽灌井间距下抽灌井周边地下水流场和温度场的变化规律,为防止发生热贯通现象、提高系统运行效率提供理论依据。另一个导致地下水源热泵系统运行效果不理想甚至是失效的原因则是受到建筑场地的面积限制。由于抽灌井的间距受到建筑场地面积的限制,必然致使抽灌井群的水位以及温度两者产生叠加干扰现象。因此保持抽水井水温的恒定是保证地下水源热泵系统稳定运行的关键。针对以上问题,本次研究通过理论的计算和对水源热泵系统运行的模拟,为水源热泵系统抽灌井井群的优化布置提供科学的指导。水源热泵系统中抽灌井的井间距、布置方案和运行模式对系统的运行效率起到了很大的影响。本次研究以沈阳市住宅小区为例,在建立耦合数学模型的基础上,利用Flow Heat1.0软件,分析了冬季在井间距分别为25m、35m、45m、55m、65m、75m情况下,抽灌井周边的地下水流场和温度场的变化情况。研究结果表明:井距越大,热贯通产生的时间越长,程度越轻,本次实例中优化井距为55m。水源热泵系统中抽灌井布置方式对系统的运行效果起到了很大的影响。以沈阳市沈河区某住宅小区为例,利用Flow Heat1.0软件,分析了冬季在3种顺排布置和2种叉排布置情况下,抽灌井周边的地下水流场和温度场的变化情况。考虑到地下水源热泵系统运行的初衷既是尽可能的不影响地下水的流场和温度场,既运行之后抽水井的水位下降值越小、运行末期抽水井的抽水温度越高以及回灌井的水位上升值越小越好。所以比较得出各工况的最不利抽水井和回灌井。再将五种工况的最不利抽水井和回灌井相比较。研究结果表明:本次实例中第五种布置方案较为合理。

关键词： 地源热泵   裂隙岩溶水   水质变异   水动力场   物理化学平衡  

摘要： 浅层地温能资源具有广阔的开发利用前景,而地下水源热泵系统,是浅层地温能开发利用的一种重要途径。纵观前人研究成果,关于水源热泵系统运行对地下水水质的影响方面的研究很少。本文选择安徽省境内较具代表性的池州某地下水源热泵工程为研究对象,在收集工程所在地段的水文气象、地质、水文地质和水质资料的基础上,进行水质评价、水化学类型分析以及相关性分析；利用Visual MODFLOW软件建立该工程所在地段地下水水流数值模拟模型,就水源热泵系统运行对该区地下水流场的影响范围进行科学预测。根据区域水文地质条件受热泵系统影响机制,进行水质变异成因分析。结合研究所得结论如下：(1)依据工程所在地段地下水水质监测结果,选取评价因子,进行水质评价可知,水源热泵系统的运行,对池州工程所在地段的水质造成一定的影响,但水质类别影响不大。(2)利用RockWare AqQA软件绘制Piper-三线图,进行工程所在地段水化学类型分析可知,水源热泵系统的运行对池州工程所在地段的地下水化学类型有一定影响,由于SO42-的大幅增加,系统的运行使地下水化学类型由HCO3-Ca转化为SO4-Ca类型；系统停止后,地下水化学类型恢复到HCO3-Ca类型。这表明水源热泵系统长期运行之后趋于稳定,停机后不改变工程所在地段水化学类型。(3)根据池州水文地质条件,建立工程所在地段水文地质概念模型,利用VisualMODFLOW软件建立地下水水流数值模拟模型,就水源热泵系统运行对该区地下水流场的影响范围进行科学预测。结果表明：当开采量为系统最大值并连续运行系统最大连续运行时段时,系统对地下水流场形成影响最大,此条件下,100%回灌形成的降落漏斗范围为1.7km2,抽水井中心附近最大降深约为0.8m；与其对应,在回灌井附近形成一局部的水位上升区,回灌井群中心附近水位最大上升值约为0.65m。可见,水源热泵系统的运行对工程所在地段地下水流场影响范围较小,故水质变异影响范围较小。(4)通过对研究区地下水动力场、温度场和化学场的分析,得出结论：研究区热泵系统运行导致水质变异的成因,除了常规的因素外,还与工程所在地地质结构有很大关系。

关键词： 层次分析法   地下水源热泵   开发适宜性   秦皇岛  

摘要： 浅层地温能是一种新型清洁能源,采用层次分析法在秦皇岛进行地下水地源热泵适宜性区划,为浅层地温能开发利用规划提供依据。讨论层次分析法确定权重的步骤和方法,针对地下水地源热泵适宜性区划指标体系的建立和指标量化,利用综合评价指数法将本区分为地下水地源热泵较适宜区和不适宜区。较适宜区面积114.67 km2,占研究区19%,不适宜区分布面积304.09 km2,占研究区50.4%。

关键词： 高原河谷   地下水源热泵   供暖   设备选型   运行优化   燃气锅炉  

摘要： 为了将地下水源热泵系统应用于高原河谷地区,分析某高原河谷地区的地勘资料,认为利用地下水源热泵系统区域供热是适宜的。考虑采暖负荷逐时变化和机组COP随负荷率的变化,对高原河谷地区地下水源热泵供暖系统的机组配置和运行进行优化,使得系统供热季能效比达到3.44。均不考虑末端设备时,与传统燃气锅炉供暖系统相比,该高原河谷地区地下水源热泵系统初投资增量为36.45%,年运行费用节约18.31%,投资增量回收期为7.79 a。该成果对高原河谷地区应用地下水源热泵系统采暖具有一定的参考价值和指导意义。

关键词： 热泵系统   井   热交换器   多区域耦合   CFD  

摘要： 针对单井循环地下换热系统CFD模拟研究的不足,建立了该系统多区域耦合的CFD模型用于研究其地下水流动和换热特性。结果表明,循环单井、抽灌同井和填砾抽灌同井CFD模型的抽水温度和含水层特征点温度模拟结果均与试验测试结果吻合较好,3种热源井25 min的累计取热量相对误差分别为12.1%、3.0%和8.2%。所建立的3种热源井CFD模型可以用于分析和预测实际单井循环地下换热系统中热源井特性、含水层流场和温度场的变化情况,并能提供较为准确的模拟数据。