关键词： 地下水源热泵   回灌井   模拟仿真   优化运行   漫水  

摘要： 地下水源热泵系统是采用地下水作为低位热源,并利用热泵技术,通过少量的高品位能输入,实现冷热量由低品位能向高品位能的转移,从而达到为使用对象供热或供冷的一种系统。地下水源热泵技术以其节能、环保、运行费用低等优势得到了社会大众的青睐。在地下水源热泵系统中,除了需要抽取足够的地下水量外,还应该把同量的地下水回灌到原来的含水层中,以使水资源得到循环利用,因此对地源水井群回灌特性探究尤为重要。本文选取武汉地区的一栋办公大楼地下水源热泵兼冰蓄冷系统中的地源侧系统作为研究的基准系统。依据相关的设计图纸,确定基准系统的相关计算参数。采用Flowmaster流体仿真软件建立基准模型,应用模拟仿真的方法对地源侧回灌井群回灌过程中的水力特性,流量分配特性等进行分析研究,从而分析地源侧水系统的流量是否达到设计要求,该系统的回灌过程属于重力回灌还是余压回灌。最后,解决各回灌井回灌流量失衡问题,并提出优化运行方案。地源取水与回灌系统模拟主要是采用流体系统仿真软件对地下水源热泵系统地源侧水系统的取水与回灌过程进行仿真模拟,通过模拟地源侧水系统在不同回灌工况下的回灌过程,得出系统在设计参数下运行后实际可能达到的压力、流量等参数,并与测试结果得出的相应参数进行比较。在进行回灌系统模拟仿真前需进行实验验证,以确保模拟仿真的的可行性。模拟工具为Flowmaster流体系统仿真软件,进行验证实验的实验台为按比例缩小的取水与回灌系统实验台。论文中共对16个排气工况与34个取水回灌工况进行了回灌特性分析,对冬夏季工况进行了优化运行方案分析,得到了最优的阀门开度调节方法。

关键词： 地温能   水源热泵   水-热运移   水量损失  

摘要： 浅层地温能,作为清洁、环保、可再生的新型能源,具有广阔的开发利用前景。浅层地温能开发,将为有效地缓解化石能源的紧张局面和环境压力、提高节能减排效果,提供一重要支撑路径。浅层地温能利用途径,主要有地下热交换热泵(常称为地源热泵)系统、地下水源热泵系统；相对而言,地下水源热泵系统,效率较高、运行成本也相对较低。当目标含水层属地下水资源开发利用层位时,地下水源热泵一般要采取“地下水抽采～能量交换～回灌”的循环过程,以求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。而地下水源热泵所依赖的地下水“抽～回”系统,其运行的稳定性、效率与成本及其对水资源影响程度等,直接受到地下水动力学条件的制约。依托安徽省内己建8处地下水源热泵工程,开展热泵系统运行稳定性、效率与成本及其对水资源影响程度的调查、监测；综合8处水源热泵工程的水文地质条件,选取泾县医院和利辛县人民医院2处工程实例为代表,由地下水-热运移机理,借助TOUGH2软件,建立水-热运移数值模拟模型,定量研究热泵运行对地下水流动力场与温度场的影响程度、范围与过程,开展地下水动力学条件对地下水源热泵系统的约束研究。研究结果表明：在地下水源热泵建设与运行过程中,存在多处水量损失,包括建井损失、洗井损失、线路损失、回灌损失、检修期间放水量、间歇期末运行初期放水量、节假日末运行初期放水量等。其中,洗井损失占总抽水量比例最大,泾县医院洗井损失水量占总抽水量的33.3%,利辛县人民医院洗井损失水量占总抽水量的85.7%；含水层渗透系数,与热泵工程对水资源影响效果关系密切,泾县医院热泵工程渗透系数为25m/d,利辛县人民医院热泵工程渗透系数为7m/d,泾县医院较利辛县人民医院热泵工程回灌损失水量少2%,且在系统运行周期末抽水井和回灌井水位影响范围分别小16.55km2和0.25km2；热泵工程的水量损失导致水位稳定延迟,含水层渗透系数越小延迟作用越明显；地下水源热泵系统运行过程中,对周边地下水温度场也将造成一定的影响。

关键词： 地下水源热泵   生化复合堵塞   回灌堵塞   数值模拟   堵塞防治  

摘要： 近年来国内地下水源热泵发展非常迅速,在沈阳市城区的使用面积已超过5 500万平方米,然而由于目前国内地下水回灌技术还不成熟,回灌堵塞难题成为了该技术发展的瓶颈。当前,对于物理、生物等单因素堵塞的研究已经相当成熟,而对于生化复合型堵塞的研究却鲜有涉及。本次通过探究生化复合堵塞机理,为堵塞研究开拓了新的方向;同时对堵塞防治及安全保障技术进行了研究,保障了项目运行的回灌效率和水源热泵管理及运行的安全,对推动水源热泵发展具有重要的理论及实际意义。本文以沈阳盛京医院地下水源热泵工程为例,通过布置监测点进行监测,运用空间变异理论,分析了沈阳城区及研究项目所在地的地下水位,水温及溶质的空间变化特征。建立了水流,水温及水质数学模型,模拟了地铁9号线投产对于该项目的影响,针对存在的安全隐患提出了相应的安全保障技术措施。对该项目运行中存在的回灌问题进行了试验分析,得出了主要的堵塞影响因素,并通过室内回灌试验,分析了生化复合堵塞机理以及铁细菌和铁、锰离子含量对于生化堵塞的影响,针对项目情况提出了生化复合堵塞防治技术及措施。通过以上理论及试验研究,得出以下结论:(1)沈阳城区三分之二的地区铁离子浓度超过0.3mg/L,四分之一的地区锰离子浓度超过0.1mg/L。其中,铁西区与和平区属于高铁高锰地区;项目所在地属于高锰低铁地区,锰离子超标达10倍以上。(2)地铁9号线投产运行后,有7眼回灌井在水位上超出地面高程,存在安全隐患;水温及溶质均较稳定且在标准限值内。对研究项目回灌井位置进行重新布置,水位模拟结果低于安全限值,可以保障运行回灌安全。(3)对项目水样及结垢物质进行检测,分析得出二者中均有铁、锰沉淀物以及铁细菌存在,并且试验得出铁细菌具有促进二价铁离子氧化的作用。由此可以得出,铁细菌和铁、锰离子是该项目堵塞的主要影响因素。(4)通过室内回灌试验结果得出,在铁细菌的作用下,铁、锰离子氧化的速率较纯化学反应速率提升5倍以上,且发生明显堵塞的时间会提前;回灌水中的铁细菌有少部分截留在多孔介质内部并繁殖生长,但在出水中的数量并无一定规律。随着铁离子含量的升高,堵塞的程度也逐渐加剧,且回灌井周围的铁细菌数量也随之增加。锰离子含量的升高也会使铁细菌数增加,但对其与堵塞程度的影响较差。铁、锰离子浓度与铁细菌数对数呈正相关关系,且相关性好。由此得出,铁细菌与铁、锰离子之间存在相互作用,该项目堵塞是生物与化学复合作用的结果;铁细菌是生化复合堵塞的关键因素,且铁、锰离子含量及铁细菌数增加都会使堵塞程度加剧,发生明显堵塞的时间提前。(5)针对研究项目的生化复合堵塞情况,可采用在出水口设置除铁、锰离子的装置以及外加电流阴极保护回灌井来治理堵塞;同时,配合旋转高压水射流洗井以及定期适量的回扬以达到削减堵塞程度,保证回灌效率的目的。这些技术也可推广至其他因生化复合因素造成的堵塞治理中。选择合适的过滤器材料,在回灌过滤器内部加涂防腐材料,优化工程选址以及合理设计回灌工艺都是预防生化复合堵塞的有效方法。本次研究首次探究了生化复合堵塞的作用机理,分析了铁细菌和铁、锰离子对该种堵塞的影响。并且,在完成国家自然科学基金项目回灌堵塞理论研究的基础上,结合实际研究项目——沈阳盛京医院地下水源热泵工程的特点,提出了具有针对性的行之有效的防治措施。

关键词： 高速公路   房建设施   地下水源热泵   适宜性  

摘要： 近年来随着我国经济的飞速发展,我国高速公路也实现了跨越式发展,目前我国高速公路通车总里程数达到了八万里,位居世界第二。随着通车里程数不断增加,其沿线管理和服务的站点建筑的供暖空调系统装机总容量也不断增加。通过调研我们发现高速房建设施供暖空调系统的主流形式为高污染、高能耗的燃煤锅炉加分体空调。在我国节能减排的大趋势下高速公路沿线站点的能耗问题也越来越被人重视,这为作为节能技术的地下水源热泵在高速公路沿线房建设施的推广和应用提供了基础。本文首先介绍了地下水源热泵的技术特点,对其技术在应用上应注意哪些问题做了简单的概况。通过对西汉高速公路沿线站点的实地调研,对其高速公路沿线站点的能耗环境的特点有了一个初步的认识,根据调研数据构建高速沿线建筑在负荷计算过程的内扰模型。然后进一步的对高速公路沿线房建设施的建筑特点、能源利用特点、负荷特点、室外环境特点和地下水文地质条件特点进行分析介绍。得出了高速公路沿线房建设施的供暖空调系统选择是多样性的,不同站点的适宜的供暖空调系统也是不同的。地下水源热泵作为其中的一个选择是不是最适宜的?对此要进行适宜性评价。为此根据高速公路沿线房建设施建筑特点和跨气候区的特点,以某典型建筑区为例,对地下水源热泵、多联机和燃煤锅炉加分体空调三种系统,以经济效益和社会效益为评价指标采用多目标评判的方法,确定了不同抽灌比的地下水源热泵系统在不同决策类型下适宜性情况。

关键词： 地下水水质   地下水水源热泵系统   水质评价  

摘要： 本文选取海口市浅层地温能调查评价项目中的109个调查机井水样的测试结果进行地下水水质评价，并分析其对地下水源热泵系统的影响。文中主要采用综合法进行地下水质量分级，采用内梅罗指数法进行污染程度评价，采用工业上用腐蚀系数及锅垢总量对地下水腐蚀性及结垢性进行评价。

关键词： 地下水源   热泵工程   水资源   论证分析  

摘要： 地下水水源热泵空调系统是以地下水作为热泵空调的冷(热)源,是极其环保的一种空调形式。通过对区域水资源、水量、水温、水质等的分析论证,保证了南阳市东森医药公司地下水源热泵工程的正常运行,为水行政主管部门科学合理的管理水资源提供依据。

关键词： 热泵   地下水   水文地质   设计  

摘要： 随着地下水源热泵系统的广泛应用，其节能环保性已得到了普遍认可，但随之而来的问题也引起了重视。本文对地下水源热泵系统的设计阶段、应用现状进行了初步分析，讨论了问题存在的原因并提出了解决方案，可供设计、使用人员参考。

关键词： 地下水源热泵   THMC多物理场   耦合模型   耦合关系   耦合模拟   演化规律  

摘要： 地下水源热泵技术作为一项低温地热资源可持续利用的技术方法,近年来已得到广泛应用,但是由于对地下含水层温度场、渗流场、应力场以及化学场的演化规律研究不足,导致回灌方式、单井回灌水量的设计不合理以及地下水抽、灌系统设计不合理,进而导致地下水源热泵在使用中出现了很多问题。论文结合国家自然科学基金项目“地下水源热泵系统多物理场耦合机理及其演化规律研究”(No.41202180),首先对水源热泵地下含水层的温度场、渗流场、应力场以及化学场的耦合特性进行了分析,建立了THMC四场完全耦合模型。利用FLUENT有限元法多物理场耦合建模与分析软件对地下水源热泵系统中一抽一灌对井模式运行时,地下水渗流速度的改变以及回灌井温度的改变对四场耦合变化规律进行模拟分析。论文对模型进行了验证研究以及模型的模拟预测计算也进行了分析研究,模拟结果表明渗流速度的改变对温度场影响很大,对应力场以及化学场的影响不是很明显；回灌井温度的改变对渗流场影响很大,温度对应力场以及化学场的影响都不是很明显。

关键词： 地下水源热泵   温度场   迁移   地下水坡降  

摘要： 以典型工程为研究对象,利用有限元法模拟了地下水源热泵冬季运行造成的低温在运行期和恢复期的迁移和变化规律。通过设定不同地下水坡降,研究了不同坡降对运行期和恢复期温度场的形态、迁移和自然恢复过程的影响。结果表明,温度场形态并不完全呈对称的梨状,形态随自然流场的变化而呈现梨状、扁梨状、椭圆形、橄榄球状等;研究也表明,地下水温度场的恢复需要较长的时间,随地下水坡降的减小,恢复时间加长;温度场的迁移受地下水流场的影响较大,随地下水坡降的增加,温度场会迁移较长的距离。

关键词： 地下水源热泵   比例法   供热潜能   节能   影响因素  

摘要： 水源热泵空调技术是一项比较成熟的实用技术，但由于与地下水有着直接的密切联系，在实际运用中也给地下水系统带来了诸多不利影响和安全隐患。文章在介绍水源热泵空调技术的基础上，从地下水系统保护管理角度，对其影响因素进行了分析，并针对有关问题，提出了应对措施和建议。