关键词： 建筑节能   地下水源热泵   吐鲁番新区   优化控制  

摘要： 当今社会,低碳、节能、高效已然成为建筑供暖系统发展所关注的重点问题,常规能源的短缺与全球变暖等问题已被全球人民所关注,与全人类的生存与利益息息相关,因此合理选择与利用绿色、低碳、节能的采暖空调技术更是势在必行。地下水源热泵技术是一种利用地下水能量进行制冷、供暖和热水等的先进技术,也是目前较为先进的可再生能源利用方式之一。地下水不仅温度稳定,而且能量密度高,这使得地下水成为一种理想的热源,而热泵则可以将热源的温度提升或降低,以满足室内温度需求。 本文研究的地下水源热泵系统位于国家首批新能源示范城市——吐鲁番新区,该项目的主要目标是在夏季高温、冬季寒冷的吐鲁番地区,使居民享有舒适的居住环境。通过实地调研发现,系统在运行过程中仍存在一些问题,如运行管理、系统末端设备的选用不合理,用户设置的供热温度偏高或制冷温度偏低而造成能源浪费等问题。本文着重研究吐鲁番新区地下水源热泵系统的节能性,主要从热泵系统运行管理上的节能和用户行为节能两方面进行。 首先对吐鲁番新区地下水源热泵系统实地调研,搜集、查阅相关的文献资料,同时进行测试,了解系统的实际运行情况。然后通过模拟分析,挖掘系统在运行管理和末端用能行为方面上的节能潜力。在此基础上,结合热泵系统的实际运行数据提出优化控制策略,通过TRNSYS软件模拟分析,得出系统优化后的节能率。 通过研究发现,吐鲁番新区地下水源热泵系统的制冷平均性能系数均在3以上,夏季建筑室内温度均在25℃左右。与传统水冷冷水机组相比,该系统一个制冷季可以节约标准煤1.114kgce/m2,减少CO2排放量2.73×10-3t/m2,减少SO2排放量2.23×10-5t/m2、减少粉尘排放量1.11×10-5t/m2,并且可以节约104.49万元的运行费用。利用软件模拟得出优化后系统的运行状况,优化后的供暖季负荷侧供回水温差增加了0.6℃,系统COP增加了0.75,制冷季供回水温差增加了0.7℃,系统COP增加了0.66;系统全年运行能耗降低了626214k Wh,节能12.43%。在系统末端,用户冬季供暖温度每降低1℃,节能6.82%,夏季供冷温度每升高1℃,节能4.58%。 吐鲁番新区地下水源热泵系统运行状况良好,其制冷性能系数满足《可再生能源建筑应用工程评价标准》中限值的规定,建筑室内舒适度满足设计要求。与传统水冷冷水机组相比,该系统具有明显的节能环保效益和一定的经济效益。优化后的系统节能效果显著,同时规范用户的用能行为能够有效的降低系统的运行能耗。

关键词： 水源热泵系统   抽水与回灌   水文地质   襄阳   地下水  

摘要： 我国鼓励开发利用新能源和可再生能源,地源热泵所使用的地热能正是属于可再生能源。国外的热泵技术发展已经非常完善,而我国地下水源热泵技术应用仍有待推进。文章结合襄阳地区某项目工程案例,介绍了工程概况,并分析了地下水源热泵系统的应用设计,然后通过抽水、回灌试验验证地下水源热泵系统的运行效果,并结合项目运行后监测的数据,改进实际出现的问题,为类似地下水源热泵工程提供了可参考的经验。

关键词： 浅层地温能   地下水源热泵   适宜性   层次分析法   广安  

摘要： 浅层地温能的开发利用有助于优化区域能源结构、提升环境质量。为了掌握广安市主城区浅层地温能的赋存特征及其适宜性,为广安市对浅层地温能的开发利用提供科学依据,以广安市主城区为研究对象,根据已取得的资料和测试数据,并通过对研究区内浅层地温能赋存条件及特征的研究,应用层次分析法对研究区进行地下水源热泵适宜性分析评价。研究结果表明:基于层次分析法的评价模型,建立了目标层、属性准则层(3个属性准则)和评价要素指标层(7个评价指标),构建出各层次的判断矩阵,并通过一致性检验,所构建的评价模型符合实际;由于研究区的含水层富水性差、含水层渗透系数小、地下水水质差,地下水源热泵适宜性差;评价结果对研究区地下水源热泵的开发利用具有科学的指导性。

关键词： 地下水源热泵   热渗耦合   地温场   热贯通   运行模式  

摘要： 基于上海市某地下水源热泵工程项目,采用COMSOL Multiphysics有限元分析工具建立二维简化的热渗耦合数值模型,模拟采能区含水层多孔介质热量运移过程,并利用热泵运行3年的现场监测数据进行模型的识别与验证。探讨热泵系统冷、热负荷设计和抽、灌模式两个方面对采能区地温场效能的影响,分析和预测不同工况下热泵运行期间地温场的演变特征,最后对系统的运行效果进行评价。结果表明:该热泵系统按原设计方案运行时,抽灌井短期运行效果良好,但在第7个供暖期末将出现热贯通现象,长期运行将不利于热井的取热;如果减小20%热负荷、增加20%冷负荷,会使冷影响区扩散速度降低46.3%,系统运行效果得到显著改善,在模拟的9个运行周期内并未出现热贯通现象,说明合理调节冷、热负荷有利于热泵系统的长期稳定运行;当冷、热负荷恒定时,分别减小10%和20%的循环水量将会使冷影响区扩散速度分别降低9.3%和15.7%,有效地缓解了热贯通的发生,且仍能满足项目对于制冷供暖的需求,进一步阐明了地下水源热泵系统宜采用“大温差、小流量”的抽灌模式。

关键词： 太阳能   地下水源热泵   Trnsys仿真   投资回收期  

摘要： 目的 研究太阳能辅助地下水源热泵技术在严寒地区的实际应用性能,缓解严寒地区大型公共建筑能耗过大、污染物排放过多的情况。方法 以沈阳市某大型公共建筑太阳能辅助地下水源热泵系统为例,使用Trnsys软件搭建太阳能辅助地下水源热泵系统仿真模型;使用热电偶温度计、超声波流量计等仪器进行实验测试,依据实验结果验证仿真模型的准确性。基于Trnsys仿真模型,分析太阳能辅助地下水源热泵系统在严寒地区的运行特性,并与单独地下水源热泵系统进行对比。结果 建立的Trnsys仿真模型模拟结果与实验结果的全年最大相对误差约为7.1%。当太阳能辐射强度达到450 W/m^(2)以上时太阳能系统满足开启条件。太阳能系统全年开启时间约47 683 min,供水量约3 910 m^(3)。地下水源热泵冬季为建筑供暖时平均制热系数约4.23,夏季为建筑供冷时平均制冷系数约4.68。太阳能系统的使用增加了约20%的初投资,但年运行费用明显降低,投资回收期约3.3年。结论 太阳能辅助地下水源热泵系统在严寒地区是一种有效的技术手段,大大降低了对环境的污染。

关键词： 地下水源热泵   同层等量回灌   取水管理  

摘要： 取水等量回灌原含水层,取热不取水是地下水源热泵系统规范运行的基本条件。本文针对地下水源热泵系统的取用水特征,分析地下水源热泵项目建设和运行阶段存在的突出问题,提出地下水源热泵系统管理对策与建议,以提高系统运行管理质量。

关键词： 地下水源热泵   咸水入侵   多场耦合   数值模拟  

摘要： 为了保证浅层地热能可持续开发,同时控制深层承压淡水咸化,需评价浅层地热能开发对深层地下水咸化控制效应。基于地下水渗流、热量运移和溶质运移理论,以江苏省地质工程勘察院(南通分院)地下水源热泵系统为研究对象,建立松散孔隙地下水系统渗流—热量运移—溶质运移多场耦合数值模型,模拟预测了第Ⅰ承压含水层浅层地热能开发过程中地下水系统水位、温度、水化学浓度的演化规律,通过增大利用温差和减小夏季灌采比优化浅层地热能开发利用方案,定量评价增大利用温差和减小夏季灌采比对热贯通和深层地下淡水咸化的控制效应。结果表明:增大利用温差和减小夏季灌采比能有效缓解热贯通和深层淡水咸化的发展趋势,增大利用温差对深层地下淡水咸化的控制效应更为显著,减小夏季灌采比对热贯通的控制效应更为显著。

关键词： 地下水源热泵   云模型   水资源管理区划   安阳市  

摘要： 为从赋存条件和水资源管理两个层面进行地下水源热泵系统建设的区划研究,实施技术与管理的结合,通过分析水文地质条件、水动力条件和水化学条件,结合水资源管理分区,建立了安阳市地下水源热泵系统水资源管理区划评价体系。采用云模型改进的层次分析法进行了一级评价,在此基础上结合水资源管理分区利用GIS空间分析功能完成二级评价,将研究区地下水源热泵系统划分了3个等级。结果表明:研究区范围内地下水源热泵系统适宜发展区面积为117.45 km2,主要分布在安阳河冲洪积扇扇体中心强富水区,部分分布在扇缘的外围区域;限制发展区面积为459.26 km2,分布在扇缘的西南和北部丘陵弱富水区以及扇体中心的地下水降落漏斗区;禁止发展区面积为24.02 km2,分布在水源地和南水北调保护区以及铁路和高速公路两旁,在研究区交错分布。在适宜性分区的基础上结合水资源管理的区划研究更全面合理,可为地下水源热泵系统科学布局及合理的开发利用提供参考。

关键词： 地下水源热泵   抽灌系统   热贯通   优化布置   数值模拟  

摘要： 为提高地下水源热泵效率,避免在回灌与抽水过程中发生热贯通,研究地下水源热泵系统井群的合理布置形式。基于COMSOL Multiphysics软件,建立地下水源热泵抽灌系统的三维模型,模拟抽灌井在对齐型、交错型和叉排型3种不同布置形式以及不同井距下抽水井水温变化情况,根据热贯通发生的程度,选取井群布置的最优形式。结果表明:无论井距如何变化,中心井温度变化始终最大且最明显,即所受热贯通影响最大;在相同的布置形式下,抽灌井之间距离越大,抽水井水温变化幅度越小,发生热贯通的程度越轻;在系统运行期间抽灌井采用对齐型布置方式时,热贯通发生时间最晚且影响最小,且井距取100 m时在2种工况下4号井水温变化均为0.03 K,5号井分别升高0.07 K和降低0.06 K,6号井则分别升高0.02 K和降低0.03 K,故采用100 m为宜。

关键词： 地下水源热泵   颗粒运移   热失衡   多物理场耦合   回灌堵塞  

摘要： 浅层地热是很重要的可再生能源,近年来受到越来越多重视。利用地下水源热泵开采浅层地热,因其能量密度较高、传导速度更快等优点,已成为我国浅层地热应用的最主要方式。然而,地下水源热泵受地层性质、构造、水文复杂性等以及渗流过程的影响,致使地热系统的稳定运行存在热失衡、回灌堵塞和抽水坍塌等工程难题。这些难题的解决在于分析以水-热相互作用为核心的多物理场耦合作用机制。因此,考虑多场耦合演化及颗粒运移影响建立渗流数值模拟模型,有助于进一步揭示地下水在循环过程中的运移机理,为水源热泵地热工程提供有价值的借鉴和参考。本文针对含水层热堆积、回灌堵塞及抽采亏空问题,运用理论分析和数值建模等方法,深入研究了孔隙率演化对热运移的作用机理以及出砂含水层中颗粒运移机制,获得以下主要成果:（1）推导了一个新的孔隙率演化模型,考虑不同运行期的多场耦合作用。综合考虑压力、温度、变形等对孔隙率演化的影响,推导了一个新的孔隙率演化方程,建立了热-流-固耦合分析模型,并数值模拟实际工程数据,验证了模型的可靠性。结果发现,制冷季的孔隙率演化影响可以忽略不计,而供暖季的孔隙率演化对系统效率有显著影响,将回灌井群布置于天然流场下游能提高系统的供暖及制冷能力。为确保系统不出现热失衡问题,应尽可能减少回灌井间的相互热影响,特别是天然流场方向的热影响。（2）进一步考虑颗粒沉积和侵蚀等多重运移作用,建立一个孔隙率演化水热耦合模型。综合考虑颗粒沉积、运移和侵蚀对含水层的修正作用,引入浓度场描述颗粒运移过程,构建了新的颗粒运移模型,并与文献中实验结果对比,检验模型的准确性。研究发现,回灌井中的悬浮颗粒来自于抽水过程中的含水层颗粒脱落;沉积作用会随着浓度以及渗流速度的下降而减弱。同时,沉积引起的孔隙率下降会削弱沉积作用。含水层的初始孔隙率及颗粒密度对延缓回灌堵塞的影响有限,但回灌颗粒浓度及流量则有着至关重要的影响。（3）回灌井形成的人工流场可能改变颗粒运移,导致不对称沉降。在抽水井侵蚀发生区外,只有沉积作用,并且由于渗流速度较低,沉积强度较弱,并不会在抽水井外围形成堵塞区。抽水流量对侵蚀发生区尺寸起主导作用,修正抽水井附近的孔隙率分布。受侵蚀影响,最大孔隙率并不一定出现在井壁处。当悬浮颗粒浓度达到4kg/m3时,侵蚀和沉积作用几乎保持一致,孔隙率演化达成动态稳定。