关键词： 水源热泵   地下水   分析   能效  

摘要： 地下水源热泵具有显著的节能性,但对此的长期实测研究较少。本文对地下水源热泵系统开展了全年的运行监测,进行了能效和分析。结果表明:在冬冷夏热地区住宅建筑中,住宅集中空调具有固有的高能耗特点。地下水源热泵实测能效比理想能效差距明显,但仍比空气源空调器能效高;制热工况下,地下水热能可利用价值高,制热效率较高;各个环节中冷凝器和蒸发器的损最大;控制机组端差是热泵节能运行中的要点。

关键词： 地下水源热泵   能耗模拟   负荷特性   MATLAB仿真   梯级利用  

摘要： 目前,环境污染和能源匮乏是世界各国急需解决的重大问题,地热作为一种清洁可持续的能源,越来越受到各个国家的重视。我国的地热利用技术经过30多年的发展已经取得了许多巨大的突破,但是与国外的先进技术相比,还存在一定的差距,各地区技术发展不均衡,低温地热资源在开发利用中出现了能量浪费、环境污染、技术水平低下、系统使用寿命短以及经济性差等问题。\n 本文针对地热资源利用中的相关技术问题,主要做了以下的工作:\n (1)针对浅层地热能的开发利用,介绍了地下水源热泵的概念及工作原理。针对具体的地下水源热泵系统,分别利用建筑能耗模拟软件DeST和BIN法对建筑物进行了能耗模拟,对结果进行了对比分析,计算出了项目的全年逐时负荷,得到了系统的负荷特性,冬季负荷大于夏季负荷,是系统设备选型的依据,可根据情况增设调峰设施。\n (2)针对深层地热水的利用情况,以特定出口温度和流量的地热井为目标,提出了地热梯级利用系统的可行性方案。运用最优化理论,以单位供热量的投资费用最小为优化目标,建立了系统的目标-优化函数,用MATLAB软件求解出了各级的最佳回水温度,其中地热水的第一级回水温度为50℃,从优化结果可以看出,系统的第一级地热回水温度影响着板式换热器和散热器的换热面积,同时也影响系统供热量的大小,是系统优化的关键参数。根据系统的优化结果,求得了第二级和第三级的板式换热器的面积分别为93.00m2和46.50m2。\n (3)根据河北省地热资源的特点和地源热泵的应用条件,指出了适宜不同地源热泵形式的应用区域;提出了适合河北省地区应用的地热梯级利用方案,可以为河北省地热资源的开发和利用提供参考。

关键词： 地下水源热泵   微生物迁移   多孔介质   THB耦合   Arrhenius方程   吸附动力学  

摘要： 地下水源热泵是抽取浅层地下恒温水作为低位热源，经热交换后回灌到同一含水层的一种地热利用技术。近年来，随着能源的日益紧张和环境危机的加剧，国际社会对可持续发展的要求越来越明确，节能减排是今后发展的重要方向。在这个大背景下，绿色环保、可再生能源是开发新能源的最好选择。地下水源热泵正是以它高效率、低排放、可再生的优点得到了世界各国的重视，我国近年来也在大力发展。\n 对地下恒温热水的抽灌会导致地下含水层渗流场、温度场的剧烈变化。而以地下含水层为生存环境的微生物更是会受到极大的影响。本文以此为研究背景，讨论了地源热泵回灌系统中的THB(温度场—渗流场—微生物场)三场耦合问题:\n 根据已有的水热耦合模型，以武汉某小区地下水源热泵回灌资料为初边界条件和参数取值依据，分别模拟了热泵在制冷季和取暖季温度场在不同时间点的空间分布。发现:到回灌季末，温度场还远未达到稳定态，也即在回灌期间温度是随时间在空间上不断变化的。因此如果考虑温度对微生物生长的影响则需要使用当地温度的瞬时值来衡量。\n 从理论上分析了微生物在含水层中输运的涉及的一系列生化物理过程以及与之相关的因素。以此为依据建立了通过分析微小六面体控制体，推导了一般条件下的微生物在多孔介质中输运的控制方程。针对地下水源热泵回灌条件下含水层中温度场空间分布随时间剧烈变化，从而也严重影响微生物生长，本文引入了Arrhenius方程来表征温度对微生物比生长速率的影响，并对其合理性进行了理论说明。将Arrhenius方程与吸附动力学公式代入微生物输运公式中，并联立水热耦合方程，得到微生物迁移控制方程组。取武汉某小区现场资料作为模拟区域的出边界条件，模拟发现:\n (1)制冷季(夏季运行期)和取暖季(冬季运行期)同一点处微生物浓度随系统运行时间延长而持续增长，但夏季的增长速率要明显高过冬季。\n (2)同一时间点，夏季运行期微生物浓度在沿着回灌井径向上先增大后减小，也即微生物浓度在距离井壁一段距离处取得峰值;而冬季运行期微生物浓度在沿着回灌井径向上持续减小，微生物浓度在距离井壁处取得峰值。对比冬、夏运行期微生物浓度空间分布发现，经历相同回灌时间后，微生物影响范围在夏季要比冬季大很多。\n (3)耦合作用对冬夏运行期微生物浓度分布均有影响:相同条件下，考虑耦合作用时夏季运行期微生物浓度比不考虑耦合情况下要高，而冬季运行期微生物浓度要低。从影响范围来看，在回灌进行半天、一天、十天、一个月、四个月时，夏季运行期耦合条件下和非耦合条件下影响范围分别是:18米与15米、25米与20米、120米与100米、200米与150米、500米与400米;而冬季运行期耦合条件下和非耦合条件下影响范围分别是:10米与15米、15米与20米、40米与100米、800米与150米、100米与400米。\n (4)通过分析微生物浓度分布对回灌水流条件的敏感性，得知:在夏季回灌条件下，同一时间点，同一点处微生物浓度随回灌流量增大而增大;浓度峰值随流量增大而增大且在更远处取得;微生物影响范围(以大于1000cfu/m3为界)随流量增大而增大。

关键词： 地下水源热泵   热运移   HST3D   承压含水层  

摘要： 在能源消耗以及环境污染严重的背景下，地下水源热泵以其清洁无污染且可再生的优势，迅速成为各国积极推广的新型能源。地下水源热泵系统的推广过程中，其运行效率直接决定了该系统推广的可行性，也是目前国内外众多学者关注的焦点。以利辛县人民医院水源热泵系统为例，建立了地下水渗流和热量运移耦合的数学模型，在此基础上，运用美国地质调查局开发的HST3D热运移软件，重点研究了影响水源热泵系统高效运行的主要因素。得出如下结论： (1)地下水源热泵系统井群模式运行时，流场影响范围远大于温度场的影响范围；在强烈的抽水和回灌条件下，地下水温度变化以热对流为主；在保证不产生热贯通的前提下，可以使抽水井和回灌井附近的流场相互影响，避免水位下降或上升过大，降低抽水或回灌能力； (2)回灌量对地下水位变化和温度场的影响显著，回灌量为90%时，发生热贯通时间延长，但抽水井附近水位降深增加，流场恢复缓慢。因此，鉴于井群布置在建筑物周围，为防止系统长期运行形成次生地质灾害，要求回灌比为100%； (3)井间距和井群布置方案对地下水位变化和温度场影响很大。抽水井和回灌井相邻井间距由25m增加到60m时，流场和温度场影响范围扩大，热贯通时间随之延长，间歇期流场和温度场恢复时间随着井间距增大而变的更加缓慢；考虑到实际工程中建筑物布局以及区域场地的限制，井间距不宜过大，可取50m； (4)依据建筑物夏季取水温差（14℃）和冬季取水温差（12℃）的不同，系统初始运行期的选择对地下温度场影响不同。初始期从夏季开始回灌水温很高，研究区整个含水层在一个完整的运行期末，地下温度高于初始温度1.5℃，很难恢复至初始温度；从冬季取暖开始，回灌的冷水可供夏季制冷使用，系统运行期末，研究区域温度低于初始温度场0.5℃，接近初始状态； (5)水源热泵系统长期运行过程中，含水层累积一定的能量，从实际工况累积效应对比分析，初始期从冬季取暖开始，冬季蓄积的冷量便于在夏季使用，夏季累积的热量，供冬季使用，运行两年末，研究区抽水井区域温度场略高于初始温度。因此，为合理利用含水层中储存的冷量或热量，抽水井和回灌井可以互调使用，节省能耗。

关键词： 地下水源热泵   地下水环境   应用影响   适宜性分区   潍坊  

摘要： 近年来，在节能减排政策背景影响下，地源热泵技术在我国很多地区得到了大规模的推广应用。在地源热泵各分支类型中，地下水源热泵由于具有能效比较高、运行费用低、适用范围广等优点而被广大用户接受，占到地源热泵市场份额的50%左右，成为我国主要的地源热泵类型。目前来看，虽然地下水源热泵系统的理论研究逐步完善，施工技术不断提高，但在工程实践中，依然出现了许多地下水源热泵工程运行效率低，甚至存在完全不能运行而被迫关停的状况。因此，地下水源热泵工程，特别是那些不能完全正常运行的地下水源热泵工程是否会对地下水环境产生影响，会产生什么样的影响，成为人们关注的问题。此外，由于缺乏地下水源热泵的总体发展规划，管理部门不能严格监控，地下水源热泵的发展呈现无序化自由发展状态,进行地下水源热泵适宜性分区加强工程监管就显得非常必要。本文选取潍坊地区作为研究区，在调查了解研究区内地下水源热泵应用现状的基础上，选取了安丘市中心医院病房楼、潍坊市交通局宿舍楼、潍坊辰隆理想国际大酒店、昌邑市郝家城后住宅楼4处地下水源热泵工程做为研究对象，对工程区域内地下水水质进行持续性观测和检验，同时对工程运行期间地下水动态进行数值模拟，重点研究分析了地下水水质、水量及水温的变化规律。在此基础上，对潍坊地区进行了地下水源热泵适宜性分区。研究结果表明: 1、地下水水质分析结果表明，溶解性总固体、硝酸盐氮及氨氮等指标的质量浓度发生了变化，证明在当前技术条件下，地下水源热泵并非完全无污染；在开敞式地下水源热泵工程区地下水水质变化更为明显，因此为保护地下水环境安全，在地下水饮用水源保护区应禁止地下水源热泵的使用，在地下水饮用水源补给区等其他功能区也要严格控制。 2、数值模拟结果表明，地下水的温度场不论是冷负荷还是热负荷，地下水源热泵造成的低（高）温度场要完全恢复到原来的水平，一般需要1～2年时间，恢复周期过长，可能会对地下水造成冷（热）污染，因此单纯制冷或供暖的地下水源热泵不宜推广。 3、数值模拟结果表明，回灌率为100%时，水量运移轨迹主要在回灌井和抽水井之间，影响范围只限于井群周围；回灌率为75%、50%时，水量运移范围以抽灌井为中心向周围扩散；回灌率为25%时，井群周围形成一个漏斗区，影响半径可扩大到数公里，增加了地面沉降的危险性，因此在地下水严重超采区、地面沉降区应禁止地下水源热泵的使用，在城市建筑物密集区也要严格控制。 4、根据研究，地下水源热泵造成的低（高）温度场随时间初期扩散较快，后期逐渐减缓。在潍坊地区典型地下水源热泵适宜区水文地质条件下，井间距小于30m，容易造成“热贯通”或地下水热污染问题。因此，为保证地下水源热泵的运行效率，一般情况下井间距不宜小于30m。

关键词： 抽水试验   回灌试验   地下水源热泵   地埋管热泵   浅层地热能适宜性评价   浅层地热能资源量评价  

摘要： 随着石油、煤等不可再生能源的日趋枯竭,能源生产和使用之间的矛盾将会日益突出,成为世界各国亟待解决的重大问题。中国人均能源不足,资源质量较差,且能源生产消费以煤为主,结构不合理,能耗大,由此造成的环境问题日趋严重,制约了经济社会发展。可再生能源就成了人类能源的最大希望,浅层地温资源是一种新型能源,它的开发利用是借助热泵技术来实现的,对环境危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。 在收集分析已有地质、水文地质、工程地质等资料并进行初步踏勘的基础上,进行浅层地热能调查、钻探(地下水换热孔、地埋管换热孔)、取样、现场试验等工作,调查200m以浅的浅层地热能赋存及动态特征,建立浅层地热能的水文地质概念模型,计算或测定相关参数。在此基础上建立地热流体运移模型。采用热流量法或数值法计算和评价研究区浅层地热能的可开采资源量,采用热储法计算浅层地热能储存量；依据城市浅层地热能的现状开采量及可采资源量计算和确定其开采潜力,并进行开采程度及适宜性分区,再结合回灌适宜性分区,制定城市浅层地热能资源开发利用区划。

关键词： 地下水源热泵   性能系数   节能性   环保性   经济  

摘要： 地下水源热泵系统作为一种新型的可再生能源利用技术，其应用和发展具有广阔的前景。本文对地下水源热泵的原理和形式作了详细的介绍，并从地下水源热泵系统的性能系数、节能性和环保性方面阐述了水源热泵系统的优越性。同时本文采用费用年值法对地下水源热泵系统进行了技术经济分析，得出地下水源热泵系统经济方面的可行性。

关键词： 地下水源热泵   潜水泵扬程   回灌   能耗   经济性分析  

摘要： 近年来,随着社会经济发展的不断加快,环境问题和能源问题已经成为了遏制经济发展的主要瓶颈之一。再加上人们对所居住环境的舒适度要求不断提高,导致建筑能耗在社会经济总能耗的比重中逐渐加大。据统计,在美国建筑能耗已经占据全国总能耗的30%,在瑞士等国家甚至已经达到70%以上。由此可见,高能耗建筑冬季供暖与夏季制冷的使用日益普遍,解决能源浪费和环境污染问题已迫在眉睫。因此,水源热泵作为种高效、节能、环保的供热制冷新技术,非常值得我们去研究和探讨。 地下水源热泵系统以其环保、节能、高效、低经济费用的特点给建筑节能领域送来一缕清风,在暖通空调行业,地下水源热泵系统得到了越来越多的应用。但是,在地下水源热泵系统的综合利用中,仍然存在不完善的方面,一些需要人们关注的问题逐渐浮出水面,最主要的便是潜水泵扬程问题和地下水回灌问题。 潜水泵是深井提水的重要设备。当地下水源热泵系统开始运行阶段,系统所需扬程为地下水位下降后同系统最高点的高程差与沿程加局部阻力损失的和；但是当系统运行至平稳阶段,系统所需扬程仅为沿程加局部阻力的压头损失。就潜水泵而言,如果一台高扬程的泵,用于低扬程抽水时,表面上看似乎可加快抽水速度,提高抽水效率,但实际上得不偿失,不宜提倡。而回灌问题更加需要关注,在闭合的回灌管路中,类似虹吸管原理,管内静压在随着管路距含水层的高度下降,而过大的真空度会导致液体汽化,产生局部气塞现象,对整个地下水取水管路甚至这个水源热泵系统产生巨大影响。 研究表明：在地下水埋深较深的地区,使用双速潜水泵地下水源热泵系统的方案比使用单速潜水泵地下水源热泵系统方案更加具有优势。但是,为保证双速潜水泵地下水源热泵系统的地下水回灌系统不产生气塞现象,需要在设计前对回灌系统进行测试和修正,若有需要应予以适当增压。

关键词： 地下水源热泵   水-热运移   井群布置   热贯通   抽灌比   偏最小二乘法  

摘要： 地下水源热泵是一种清洁的可再生能源，对实现可持续发展有着重要的意义。建筑耗能在国家总耗能中占有重要的部分，因此加大建筑节能，对我国的可持续发展战略有着重要的意义。地下水源热泵空调技术具有较高的环保意义和经济价值，近年来越来越受到建筑行业的青睐，但是这种空调技术的应用仍然有许多问题需要进行研究以便于更好的推广使用。 本文研究异井回灌合理的抽灌比、井群优化布置以及温度场变化对抽灌井的影响是水源热泵空调系统亟待解决的关键技术之一，故对该技术的研究和广泛使用具有重要理论和实际意义。本研究以“西安市水源热泵空调系统抽回灌井试验研究及效果评价”项目为依托，通过现场抽灌试验，采用地下水动力学和优化理论相结合的方法，取得了以下研究成果： 1.利用裘布依公式、迭代法、雅各布直线图解法求得了抽水试验和回灌试验的水文地质参数（渗透系数、渗透率等）；采用曲度法和最小二乘法相结合求出地下水源热泵抽水井的单井涌水量；采用偏最小二乘法求出地下水源热泵回灌井的单井回灌量；得出了试验区浅层承压含水层地下水源热泵抽灌比； 2.通过地下水流方程和地下水传热方程进行假设，简要分析了试验区水热运移特性，概化试验区水文地质条件，建立了二维的地下水-热运移耦合数学模型，为软件模拟提供了理论依据。 3.引用FlowHeat1.0软件，模拟了三种不同抽灌方式下，不同井距的抽灌井布置方案，利用matlab中非线性拟合工具箱，拟合出抽灌井距与抽水温度差之间的关系，表明随着抽灌井井距的增加，抽水井温度受热贯通现象的影响越来越弱。通过预测试验区三年温度场的变化情况，最后对比得出该试验区的抽灌井井群最佳布置方案。

关键词： 地下水源热泵   地温场   单井系统   数值模拟  

摘要： 采灌区温度差的变化将直接影响到热泵机组的工作效率和工程的持续利用寿命,而采能条件下水文地质参数是温度场演化的重要影响因素.应用FlowHeat有限差分模拟软件,对水文地质参数对承压含水层温度场的影响进行了数值模拟,结果表明:渗透率和孔隙度的综合作用、不同的孔隙度对抽水段温度的影响甚微,但是随着渗透比的升高,即竖直渗透率的降低,抽水温度的变幅不断减小.在其它条件不变时随着含水层的厚度越小,抽水段的温度变幅越大.