关键词： 地下水源热泵   辐射供冷暖   数值模拟   实验测试   运行特点   热舒适性   控制策略  

摘要： 在世界能源形势严峻性加剧、传统供冷暖系统弊端日渐凸显和国际节能减排呼声日趋高涨的形势下,研发新型供冷暖系统已成为业界的研究热点,而地下水源热泵和辐射供冷暖集节能性、舒适性和环保性于一体,因而,将两种技术进行耦合的新型供冷暖系统应运而生。 本文搭建了一套低温-内循环-多面辐射式水源热泵空调系统,以研究该系统在济源地区应用的可行性。该系统以地下水源热泵为冷热源,以自主研发的新型辐射末端为室内末端换热装置,以自主设计的控制系统进行室内温度和防结露控制。 本文以房间1为模型,对该系统和传统空调系统供冷工况的室内热环境进行了Fluent数值模拟,模拟结果表明,在空气温度和空气流速层面,该系统的舒适性明显优于传统空调系统,不会造成局部过冷、过热和强烈吹风感,同时,确实存在的低速流动可以使室内空气处于循环流动的活性状态,避免用户产生憋闷的不舒适感。本文实验测试了供冷暖工况实验房间的室内温度、室内湿度、围护结构内表面温度、供回水温度、室内空气垂直和水平温度分布等数据,并根据所测数据进行了系统供冷暖工况运行特点分析、控制策略可行性分析和供冷工况热舒适性分析,结论如下：该系统首次启动需要较长的预热或预冷时间；该系统蓄热或蓄冷性能较好；该系统室内空气温度分布均匀性较好；该系统局部热舒适性较好,但是由于实验时段的特殊性和实验房间的密闭性,整体热舒适性尚未达标；控制策略初步可行,但是为更精确地进行防结露控制,应尝试编写合适的阀位调节程序。 本文创新之处在于：采用完全封闭的内循环水路；采用围护结构全部铺设辐射末端的方式；提出一种新型辐射末端；提出基于内循环混水温度自动调节的间歇运停式防结露控制策略。

关键词： 地下水源热泵   非饱和带   回灌   空间变异规律   导水特性   数值模拟  

摘要： 随着我国经济建设的快速发展，能源和环保问题日益凸现，沈阳市近几年来，为节省能源、保护环境，大力推广地下水源热泵应用。但是回灌问题已成为制约地下水源热泵应用的一个瓶颈，因此加强对地下水源热泵回灌技术的研究力度已是迫在眉睫，然而地下水回灌效果很大程度上取决于回灌水在非饱和带中的水分运移特性，水源热泵在回灌条件下的导水特性的研究显得越发重要。 通过分析影响非饱和带变化的因素，直接影响的因素为地下水位的变化，间接影响的因素为浑河补给、大气降水、地表蒸发;枯水期较丰水期的地下水位埋深要深，即非饱和带厚度较厚。 本文通过室内试验，考虑理想状态下，在回灌条件下平均粒径在0.074-1.000mm之间的渗透系数K，试验结果表明非饱和带厚度越厚，回灌量会随之增加;渗透性能：粗砂30.75m/d>中砂22.08m/d>细砂6.55m/d，平均粒径在此范围内，其回灌条件下的渗透系数K也在6.55-30.75m/d之间;水温越高，其粘滞系数越小，越有利于地下水的回灌。 引入空间变异理论，得到沈阳城区回灌条件下的渗透系数等值线，渗透性较好的区域主要分布在漫滩区，该区域由亚砂土、砂砾、卵石组成，地层颗粒平均粒径较大，渗透性能也较好，再次验证了空间变异理论的合理性。 在沈阳市水利发展的十二五规划中，截止到2015年沈阳市的全部水源地将停止开采地下水，对未来沈阳城区的地下水位进行了模拟预测，得到非饱和带厚度变化明显的集中在漫滩区上，说明该区域内的导水性能较其他区域要好;预测截止2021年非饱和带厚度减少了5m，且沿浑河两岸最为明显，是地下水主要开采区，也是受影响最大的区域。 为了应对沈阳市未来水源开采的全部关停后，所导致的地下水位的整体抬升，非饱和带厚度变薄，给予水源热泵的回灌空间愈来愈小，这使得原本回灌困难的问题更加突出，势必限制该技术的应用与推广，因此，通过本次研究提出几点应对措施及建议： (1)革新水源热泵技术，使其高效运行。 (2)对已建成并运行的项目，可以增加回水井数量、添加减压回灌井;改变原有的回灌方式;增加洗井的频率。 (3)对于拟建的水源热泵项目，不单要在设计时考虑现时的情况，还要将未来沈阳市地下水位变化的情况考虑在内。 (4)建议在关停地下水开采时，选择有步骤地进行，在时间上要给予现有的地下项目的充分的应对时间。 (5)为保证水源热泵工程的正常运行，可考虑抽取部分地下水用于补给地表水源、用于农田灌溉、景观用水、冲刷路面等，更加合理地利用地下水资源。

关键词： 水源热泵   地下水源热泵   地表水源热泵  

摘要： 简单介绍了水泵技术的优点，缺点，未来发展方向

关键词： 地下水源热泵   热源井   水泵变频   水泵节能优化   DeST  

摘要： 由于地下水源热泵空调系统设计及水泵设备选型均是按着最不利的工况进行的，而系统实际上大多是在部分负荷下运行，因此，为了节约水泵运行的输送能量，针对现有水泵变频调节方式在调节范围方面的不足，以及确定方法上存在的争议，本文对地下水源热泵热源井的水泵节能优化进行了研究分析。 本文选取沈阳市某宾馆建筑为实例，针对该具体建筑作定量计算，该建筑的总空调面积为10588m2。基于研究需要及DeST建筑能耗模拟软件的优势，确定采用DeST软件进行建模并计算全年逐时负荷，归纳每日负荷分布规律，根据建筑模型情况确定研究方案，并根据当地水文地质情况进行热源井设计，考虑将一个水泵设置为两个不同流量水泵分级调节。再根据建筑负荷统计结果，进行系统设备选型，并分析系统变流量运行对热泵机组性能的影响。 然后，针对水泵变频应用作进一步研究。对比例定律的适用范围进行理论分析，并讨论确定有静扬程系统各项工作参数间关系。对水泵变频方案进行计算，分析影响变频范围及节能效果的因素，指出变频方式的不足之处，并通过修改方案阐述其改善方法。 最后，对水泵变频调速调节方式及双泵多级调节方式的全年运行能耗计算，并从多方面作对比分析，综合考虑各个因素的影响，包括井数确定、静扬程大小、管径大小及合理性、水泵选型的合理性等，从而得到更可行、更经济的节能优化方法。该项研究成果将会给今后的实际工程提供重要参考。 论文为国家自然科学基金项目“单井循环地下换热系统多流态流动与传热耦合机理研究”（No.41002085）的部分内容。

关键词： PID控制   地下水源热泵   模糊控制   神经PID  

摘要： 地下水源热泵空调系统是一种先进、高效、节能、环保的空调系统，是对可再生的地热能资源的一种利用。面对当前日益严重的环境问题和能源紧缺危机，合理高效的利用地热资源是解决环境和能源问题的有效途径。但是由于地下水源热泵空调系统自身的时变、非线性、大滞后等特性，在实际应用中采用常规的控制策略难以得到良好的控制效果，以至于节能效果不明显。 论文以陕西杨凌某地下水源热泵空调系统为背景，对该系统的控制算法问题进行研究。首先介绍地下源热泵空调系统的基本原理、结构和特点，介绍其控制方式和变流量控制技术。接着利用对系统采集的数据，使用MATLAB中的系统辨识工具箱，应用最小二乘法，建立了深井水泵变频状态与冷却水供回水温差之间的数学模型，为系统仿真提供了依据。然后，针对由于对象具有时变、大滞后、非线性等特性而常规PID无能为力的现状，结合模糊控制和神经网络的特点，应用PID分别和模糊控制与BP神经网络结合的自适应模糊PID和神经PID控制算法，发挥模糊控制和神经网络的优势，实现了PID参数的自整定。最后，设计了常规PID控制器、自适应模糊PID控制器和基于BP神经网络的PID控制器，并分别用这三种控制器对系统进行仿真。 系统的仿真结果表明：自适应模糊PID和神经网络PID在改善动态特性和稳态性能方面有很大的优势，可作为地下水源热泵空调系统优化控制好的策略。

关键词： 地下水源热泵系统   评价体系   层次分析法   能耗模拟  

摘要： 我国的经济已经持续了30多年的高速发展，环境污染和能源短缺已经成为伴随而来的突出问题；在这种背景下，已经在欧美的发达国家广泛应用一种绿色节能空调——地下水源热泵被引入我国。我国政府鼓励地下水源热泵技术的推广应用，但是该技术在中国的发展时间较短且缺乏详细的技术规程及政策法规，没有形成系统、严谨的评价体系，很大程度上减缓了地下水源热泵技术的推广应用；因此对特定区域开展地下水源热泵可行性研究是非常有必要的。 虽然在石河子地区的市区和团场均已有地下水源热泵项目建成。但是如果大范围的推广应用该项目还是缺乏科学的指导性意见。所以本文通过对石河子地区已建成的项目进行现状调研分析，总结其中的优劣得失；汇总石河子地区的水文地质特征、地下水动力场、地下水化学场特征，然后结合该套系统的特点，并考虑了本地经济条件以及对环境影响之后，确定出影响地下水源热泵系统应用的若干要素，构建出了多因素、多指标的评价体系，并应用层次分析法确定出了各评价指标的权重；通过适宜指数计算，划分出了石河子地区地下水源热泵适宜性分区规划图，为地下水源热泵技术在石河子地区发展提供了参考。 最后在适宜区选择了已经建成的地下水源热泵实际工程——石河子二医院老干部病房楼，用DeST-c建筑能耗模拟软件建立了该工程的模型，设定石河子当地的标准气象年数据，并结合病房楼的作息时间和各个房间的实际使用情况，模拟计算得到了该建筑的全年逐时冷热负荷，结合部分符合率对系统性能系数影响的曲线，编制出计算程序，运用该程序计算得到了系统最终全年的能耗，与实际结果相比较，误差小于2%。该套方法为地源热泵系统这种全新的绿色空调的全年供热制冷能耗的模拟分析提供了新思路，为地下水源热泵的设计阶段提供了数据参考。

关键词： 地下水源热泵   THM耦合   耦合模拟   抽灌水井布置  

摘要： 地下水源热泵空调系统由于采用新型清洁地下水资源近些年已在许多城市建筑中得到广泛的应用,但由于抽灌水井布置不合理,导致地下水源热泵在使用中出现了许多问题。 论文运用渗流理论、热传递理论、有效应力原理,分析了地下水源热泵系统渗流场—热力场—应力场的耦合机理,建立了三场完全耦合数学模型。运用COMSOL Multi-physics耦合模拟软件对地下水源热泵系统中单井运行时渗流速度、抽水量、灌水量对三场耦合变化规律进行模拟分析。模拟结果表明渗流速度对温度场影响很大,对应力场影响不是很明显;抽灌水量的变化对温度场和应力场的影响都很明显。 通过模拟了一抽一灌、两抽、两灌等三种模式不同水井间距三场耦合特征,获得了不同布置模式下合理的抽灌水间距范围。结果表明抽水灌水布置间距在70-80m是为较为理想的状态。论文通过对沈阳兴水大厦地下水源热泵抽灌水井布置实例进行模拟和理论结果进行对比,结果表明模拟数据和实际监测数据十分接近。该研究成果对于抽灌水井间距布置了提供科学支持。

关键词： 地下水源热泵   工程应用   能耗模拟   EnergyPlus   冷热源   经济分析   环境影响分析  

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。 本文对西安户县某医院进行了地下水源热泵空调系统的设计，并利用能耗模拟软件EnergyPlus对本工程进行全年逐时动态负荷及能耗模拟分析，同时与土壤源热泵系统、集中供暖（燃煤锅炉）+冷水机组这两种冷热源方案进行了年能耗、技术经济、环境影响评价三方面的对比分析，从而得出各方案的优缺点。 模拟结果显示：采用地下水源热泵系统时，机组的全年能耗是最低的，折算成标准耗煤量是232.78t，比集中供暖（燃煤锅炉）+冷水机组的年耗煤量节省了76%，比土壤源热泵机组节省了21%。 经济分析结果表明：地下水源热泵系统的经济性介于土壤源热泵系统和集中供暖（燃煤锅炉）+冷水机组系统之间。其费用年值为184.52万元，比土壤源热泵系统节省了14%，但比集中供暖（燃煤锅炉）+冷水机组系统高出17%。 环境影响评价结果表明：地下水源热泵系统全年污染物排放量介于土壤源热泵系统和集中供暖（燃煤锅炉）+冷水机组系统之间。其二氧化碳的全年排放量为1363t，比土壤源热泵系统多排放5.1%，比集中供暖（燃煤锅炉）+冷水机组系统少排放48%。但综合能耗、经济、环境影响以及本工程的使用特性和周边条件等因素来考虑，本工程采用地下水源热泵是最合适的。

关键词： 地下水水源热泵   住宅供暖   尾水   循环经济  

摘要： 针对当前住宅供暖应用的现状,分析了一种全新的地热+高温地下水水源热泵的供暖方案.在比较了各种常规的供暖模式的经济及环保效益的同时,为低温地热水、尾水中低品位余热水资源提供了一种高效、合理的利用途径.

关键词： 地下水源热泵   性能分析   系统模拟  

摘要： 能源供应的日趋紧张与节能环保观念的日益增强，使得人们越来越重视对新能源及可再生能源的开发与利用。能源结构的变化促进了人们积极探索节能、环保的新技术、新产品。地下水源热泵系统是利用储藏在地下水体中的太阳能作为冷热源，利用热泵技术实现热量由低位能向高位能的转移，向建筑物供热或供冷的系统，是清洁的可再生能源利用技术。其推广应用对促进能源结构调整、缓解能源危机具有一定的促进作用。水源热泵的发展受到地下水源、水文地质条件的制约。随着水源热泵的推广应用，由于其系统设计不合理对地下水造成的破坏等弊端逐渐显现。深入的理论分析和先进的技术支持是发挥水源热泵系统节能性的前提和保证,也是本课题研究的意义所在。 本文首先介绍水源热泵的特点、工作原理，并对水源热泵的优缺点及适用场合做出了评价。其次分别分析了水质、水量及水温等水文地质条件对水源热泵机组性能的影响，给出了地下水源热泵系统对地下水源的要求。然后介绍了地下水源热泵系统性能仿真模拟的方法，建立了水源热泵系统优化的目标函数和评价指标，并给出了约束条件。最后以实际工程为例，在TRNSYS中建立其系统模型，给出基准控制策略，在此基础上模拟地下水水温、水量对系统性能的影响；根据分析结果建立优化运行控制策略模型，进行全年运行能耗的对比分析。通过本文的研究得出结论：地下水的水质、水温、水量同时影响着地下水源热泵的运行；地下水的水质主要影响水源热泵的安全性；地下水的水温和水量对地下水源热泵的影响是双方面的；地下水的水温对系统COP和EER是相反的，最适宜的地下水温度为15～18℃；地下水的水量同时影响机组性能和系统总运行能耗，适当加大供回水温差、减小地下水流量利于系统节能；采用机组出水温度控制和水泵变频控制能够优化系统运行性能，节约系统能耗。