关键词： 地源热泵   地下水源热泵   满意控制   满意PID控制器   期望指标   相容性  

摘要： 低碳经济和节能环保是当今时代的主题。可再生能源和节能建筑的开发以及利用乃是节约能源的重要发展方向。地源热泵技术是利用可再生能源的一种环保型的建筑节能技术,受到社会的广泛关注。在地源热泵技术中,地下水源热泵系统所占的市场份额是最多的,这就证明了地下水源热泵在我国得到很好的发展和广泛的应用。 本文首先简要介绍了地下水源热泵的工作原理和系统特点,从运行成本、能量利用系数和国家政策等方面说明了地下水源热泵比其他的供暖制冷方式具有一定的优势,可在符合使用条件的区域应用地源热泵技术,并逐渐可完全或者部分替代常规能源。依据现场观测采集的数据,应用系统辨识的理论知识对系统进行建模,最后得出系统的模型。 随后,从频域控制的角度分析参数整定问题。传统的PID控制调试方法往往具有试凑性质,难以满足多个期望的性能指标要求,为了解决这个问题,本文引入了满意控制,并提出一种有效的、切合实际的解决方案。首先根据满意控制思想和期望指标的相容性理论,对线性定常时滞系统PID控制的多个期望指标集的求解及其相容性进行了研究分析,并给出了基于参数空间图解法的求解方法和步骤,最后得出控制器参数的满意解集。 通过理论分析和对地下水源热泵系统的模型进行的仿真表明,满意PID控制器的设计方法能求出满足系统设定的多个期望性能指标的满意解集,使系统运行达到满意的效果,最后通过与其它PID控制器设计方法在仿真图中的比较分析可以验证上述结论。

关键词： 地下水源热泵   评价体系   层次分析法   地理信息系统   数值模拟   井间距  

摘要： 随着我国经济建设的快速发展,能源和环保问题已日益凸现,近几年来,地下水源热泵作为一种新型的绿色节能空调系统已广泛应用于各类建筑。我国于90年代末兴起水源热泵技术,发展时间较短且缺少相关的政策法规和技术要求,没有形成系统的评价体系和具体操作流程规范,阻碍了水源热泵技术的广泛应用。 沈阳市政府为节约能源、保护环境,大力提倡地下水源热泵空调系统的应用。但水源热泵技术是一项系统工程,有其自身适用的条件,在不适宜地区盲目的建立水源热泵系统,将会产生严重的后果。本文通过对沈阳城区地下水环境的特征分析,建立地下水源热泵适宜性评价体系。该评价体系是在分析沈阳城区地下水环境特征的基础上,结合热泵机组的特点,确定影响地下水源热泵应用的若干要素,建立多因素、多指标的评价体系,并应用层次分析法确定评价指标权重。将各指标评价结果以图形形式利用地理信息系统(GIS),通过多指标分析叠加得到了沈阳城区地下水源热泵适宜性分区规划图。 在适宜地区结合热泵实际工程,建立地下水流与温度的耦合数值模型,模拟研究地下水源热泵对区域地下水环境的影响。针对地下水源热泵布井间距、多用户间布井方案、同井回灌模式下地下水源热泵设计方案以及靠近河岸地下水源热泵应用的井距等,研究水文地质参数、井结构参数、抽灌量、回灌温差和地下水天然流场等因素对地温场的影响,并分析水源热泵的合理化应用方案。 通过论文研究,得出主要成果如下: 一、根据地下水源热泵机组的技术要求及其特点,以及沈阳城区水文地质条件及地下水环境特征,建立沈阳城区地下水源热泵适宜性评价体系,并运用层次分析法确定评价指标的权重。 二、利用该评价体系对沈阳城区地下水源热泵的应用进行适宜性分区,并应用地理信息系统(GIS)制作了沈阳城区地下水源热泵适宜性分区图,将评价结果可视化。 三、模拟分析单用户地下水源热泵运行过程中含水层温度场的演化,结果表明:在潜水含水层中,在不考虑含水层温度受大气温度影响下,区域天然地下水流的存在时制约潜水含水层温度场分布的主要因素,水力坡度越大,回灌井温度场顺水流方向影响范围越大;而承压含水层内地下水流梯度较小,对温度分布影响有限。地下水源热泵系统的抽灌井最佳布井间距为150m,合理布井间距应为100m。 四、模拟分析同井回灌模式地下水源热泵运行过程中含水层温度场的演化,结果表明:在复合井结构下过大的换热温差将会造成地下水的热贯通,导致抽水水温下降,影响热泵机组换热效率。应用复合井不仅要考虑场区水文地质条件、地下水环境条件,而且要选择合理的换热温差,才能保证热泵机组正常运行。 五、模拟分析多地下水源热泵用户热泵运行过程中含水层温度场的演化,结果表明:多地下水源热泵用户中,要考虑到不同的井位布设下用户间的相互影响,通过模拟预测选择合理的布井方案,保证每个用户热泵机组的正常运行。 六、模拟分析河岸边地下水源热泵运行过程中,含水层温度场的变化,结果表明:由于河水水温随季节变化,河水与地下水相互补给对河岸地下水温度场造成影响。为减少河水温对热泵抽水井水温影响,抽水井距河岸最佳布井距离为≥150m,合理布井距离为≥100m;回灌井距河岸最佳布井距离为≥200m,合理布井距离为≥150m;地下水源热泵系统抽、灌井最佳井间距为100m,合理井间距为50m。

关键词： 地下水源热泵   Aqua3D   地下水动力场   地下水温度场   沈阳城区   数值模拟  

摘要： 随着能源问题日益突出,新型能源技术受到普遍关注,特别是地下水源热泵技术作为地热资源可持续利用的新方法,在全国各城市都竞相开发,但是由于地下水源热泵技术属于新兴技术,并且涉及到能源、水文地质、水资源、数学等多领域,致使地下水源热泵技术在应用中只根据实践经验判断热贯通等问题,相关理论指导研究进展较慢。本文针对此问题,结合沈阳市地下水源热泵实际应用情况,通过对沈阳城区地下水系统实际监测和数值模拟分析,初步进行了沈阳城区水文地质、地下水动力场、地下水温度场的模拟分析,并且探讨了地下水源热泵对水质的影响,为相关研究提供理论依据和实践参考。本文的研究结果如下： (1)沈阳城区水文地质模型 本文通过GMS软件,对大量地质数据进行分析,构建了沈阳城区地质三维可视化模型。根据沈阳实际情况、研究需要和相关资料分析,将地下水含水层Q。和Q。概化为一个含水层,通过软件模拟分析确定了沈阳城区绝大部分地区地下水埋深均在10m以上、浑河以北大部分区域上更新统底板以上含水层厚度在20-40m之间。计算了研究区域各个分区的地下水渗透系数等相关因素,分析计算了研究区的地下水补给水源。 (2)地下水流动力场模型 通过对研究区内水文地质模型的分析,依据地下水水流特征,结合研究区的水文地质条件,建立沈阳中心地区地下水流数学模型。运用Aqua3D软件进一步建立模拟模型,并对该模型进行识别和验证,分析了研究区地下水汇源项的组成。结果表明,浑河占沈阳地下水补给量的55.29%,是沈阳地下水补给的重要来源;整个市区内地下水位变化幅度在26-49m之间,地下水水位具有东高西低的特征。另外本文还探讨了枯水期与丰水期的地下水水位差异及其原因,并对2015年研究区的地下水位等作出科学分析和预测。 (3)地下水温度场模型 在区域地质模型分析和地下水流动力场模型分析的基础上,并运用Aqua3D软件建立了沈阳中心城区地下水温度场模拟模型,对该模型进行识别和验证,并对沈阳未来2015年的地下水水温进行科学分析预测。最后,本文对不同回灌井方式的地下水源热泵系统的热突破时间、热突破距离和用水量的关系应用数学统计软件做了初步探索分析,得出不同回灌方式下地下水源热泵的热贯通量性分析结果。 (4)地下水源热泵影响下的水质分析 7个不同监测点的水质状况统计分析结果表明,地下水源热泵的多年运行并没有对地下水水质产生不良影响。

关键词： 地下水源热泵   冰蓄冷   优化组合   工程实例   节能环保   推广应用  

摘要： 本论文基于当前的能源形势和环境污染的现状,提出了一种先进的空调节能系统——地下水源热泵蓄能系统。并且结合工程实例,进行了详尽的分析研究,总结出这项技术在节能减排、保护环境、减少温室气体排放等方面的显著优点。在研究的基础上,得出了继续推广这项新技术的可靠性和可行性。 由于地下水具有温度比较恒定的特点,所以地下水体是非常好的空调冷热源。地下水源热泵技术就是利用地下浅层水体作为空调系统的冷热源,通过输入少量的电能,实现低位热能向高位热能的转移。因此,它属于可再生能源利用技术。热泵机组的能源利用率很高,COP可达到4以上,因此可以用少量的电能,便可获得较大量的热能的转移。在系统整个运行过程中,由于没有矿石燃料的燃烧,因此就没有污染气体排放,可称得上是真正的清洁能源。因此,水源热泵机组的节能环保效果十分明显。 冰蓄冷空调技术是在夜晚电价低谷段利用制冷设备制冰,将蓄冰装置中的水制成冰;而在白天电力负荷高峰期,冰融化成水,将蓄冷装置释放的冷量用于空调工程。冰蓄冷系统由制冷设备、蓄冰设备和辅助设备构成。设计安装良好的空调冰蓄冷系统与常规空调系统相比较,由于蓄冷设备供应一部分冷量,故其制冷设备容量一般可减少30%—50%;同时,电力部门实施的峰谷分时电价政策可在极大程度上降低空调系统运行费用,分时电价差值越大,得益越大。由此可见,空调冰蓄冷系统具有显著的社会效益和经济效益。 本论文在对地下水源热泵系统和冰蓄冷技术的各自特点进行研究、分析的基础上,将地下水源热泵技术与蓄冰技术相结合,充分利用两者的特点,使系统配置更加合理,投资更加经济。 本论文结合北京的工程实例进行分析研究,采用理论分析与实践研究相结合的方法,进行系统的整理分析。通过项目前期水资源论证、方案设计优化、项目施工、运行模式分析和节能经济性能计算,最后得出这种空调技术值得推广应用的结论。

关键词： 地下水源热泵温室利用系统   回灌   物理模拟   Visual MODFLOW数值模拟  

摘要： 日光温室是在露地不适于作物生育的情况下,由人为创造适宜环境条件来进行作物栽培的场所。这个场所内的环境因子一光、温、水、气、土壤及营养元素等虽然在很大程度上受外界诸因子的影响,即在许多方面与露地有共同之处,但也存在着许多根本的差别,同时,日光温室设施还可以使在露地生产中无能为力的环境调控成为可能。目前,中国大型连栋温室主要以中小型燃煤锅炉作为加热设备。这不但造成能源的浪费,同时,由于二氧化碳、烟尘和灰渣的排放,也带来了环境问题。因此,有必要研究大型连栋温室替代燃煤锅炉加温的技术。考虑到经济方面的因素,这对于城市近郊和观光旅游区的大型连栋温室更具有实际意义。水源热泵技术是20世纪70年代发展起来的一项新型节能技术,采用水源热泵加温,其制热系数可达3.5-4.5,被称为21世纪最有效的供热和制冷技术。水源热泵的节能性和环保性,大大缓解了日光温室对化石能源的依赖和环境的污染,具有相当的研究推广价值! 地下水源热泵温室利用系统——是把地下水源热泵应用于日光温室中的一套暖通系统工程。本试验以吉林市岔路河镇的一连栋温室为研究对象,首先对系统的可行性进行分析(包括经济性分析、技术性分析、环境性分析),其中关键是经济性分析和地下水回灌技术的可靠性验证；然后,针对该温室进行地下水源热泵温室利用系统工程设计；最后,为了解决地下水回灌的问题,设计了沙箱回灌模拟试验,进行了试验室物理模拟和Visual MODFLOW数值模拟。 地下水模拟试验是刻画、表征和再现地下水系统的一种有效工具和常用手段,可以模拟地下水系统特征及其应力响应的预测,可以解决复杂水文地质条件和地下水开发利用条件下的地下水资源评价问题,已成为研究地下水系统最有效、应用最广泛的方法之一。 物理模拟方面,主要有电模拟、粘滞流模拟和薄膜模拟等。结合试验的条件,采用了沙箱中粘滞流模拟。不但完成了试验沙箱、抽灌井、水循环系统、观测孔等的设计和布置,并且进行了承压水在完整井中的抽灌过程模拟。通过分析试验数据,可以得出以下规律：试验过程中含水层中各点孔隙水压力值随抽水井不断的将含水层中的水抽出而逐渐降低；承压含水层水头值以抽水井为中心成典型的漏斗状；运行一段时间后,测压管1和测压管4的水头变化受抽水和定水头边界水头变化双重影响,但是对定水头边界水头变化更加敏感；在远离抽水回灌井的区域的测压管水头所受影响较小,回灌水的流动受抽水井和回灌井相对位置的影响非常显著；当先进行抽水之后,过一段时间再回灌与抽水与回水同时进行二者比较,后者回灌更容易。 数值模拟方面,我们采用了目前国际上最流行且被各国一致认可的三维地下水流和溶质模拟评价的标准可视化专业软件系统——Visual MODFLOW。该系统是由加拿大Water-loop水文地质公司在原MODFLOW软件的基础上应用现代可视化技术开发研制的,并于1994年8月首次在国际上公开发行。由于求解误差、插值误差、模型刻画误差等的存在使计算机数值模拟跟现实水流还是有差距,导致本次物理试验数据与数值模拟的拟合不太好。期待未来的计算机数值模拟的发展将会尽可能地减少以上3个误差对精确度的影响。 物理模拟试验与数值模拟的拟合,为地下水源热泵工程的前期可行性分析提供了科学的模拟试验方法,为地下水源热泵温室利用系统回灌技术的可行性提供了可靠依据。此模拟试验在地下水回灌工程可行性研究方面的推广,将大大节省回水项目的技术可行性分析花费的人力、物力和时间。

关键词： 水资源费   城乡建设厅   取水许可   地下水源热泵   水源热泵系统   水资源论证   工程技术规范   建设单位   管理  

摘要： 苏水规[2010]6号2010年11月13日各市、县水利(务)局、物价局、住房和城乡建设局:为合理开发利用和保护水资源,促进地源热泵系统健康有序发展,依据国务院《取水许可和水资源费征收管理条例》、《江苏省水资源管理条例》、《江苏省建筑节能管理办法》、《江苏省水资源费征收使用管理实施办法》、《地源热泵系统工程技术规范》

关键词： 新农村建设   地下水   水源热泵   应用  

摘要： 甘肃省张掖市甘州区从2009年整体推动新农村建设以来,先后有15个乡镇65个行政村规划采用地下水源热泵技术进行冬季供热和夏季制冷。本文以甘州区为例,分析了水源热泵技术在新农村建设中的应用现状,对新农村建设中水源热泵技术推广应用提出建议。

关键词： 地下水源热泵   地温场   数值模拟   渗透率   孔隙度  

摘要： 地下水源热泵系统是利用浅层地温能的一种主要方式,而水文地质条件是决定应用地下水源热泵系统是否合理的主要因素之一,应用数值模拟的方法对地下水源热泵抽水井处地下水温度进行模拟,分析了含水层渗透率和孔隙度对地温场演化的影响。研究结果表明:在抽、灌量和生产井几何参数相同的条件下,含水层渗透率和有效孔隙度对地温场的演化影响并不显著。

关键词： 地下水源热泵   井优化布设   不同井间距   地下水热量运移   数值模拟  

摘要： 以某拟建地下水源热泵系统为例,针对地缘热泵空调系统工作井优化布设问题,通过建立理想的对井抽—灌概念及数学模型,模拟了特定水流及热源条件下抽水、回灌井不同间距夏季运行期间地下水热量运移过程。数值模拟结果表明,抽、灌井不同井间距对热泵系统夏季运行期间地下水热量运移过程影响显著,该方法为优化布设抽、灌井的合理间距提供了实现热泵系统良好运行的理论依据。

关键词： 抽灌井   地下水源热泵   边界设定   数值模拟   渗流  

摘要： 基于达西定律,分析了饱和区土壤中地下水源热泵抽灌井传热机制,构建了热渗耦合共同作用下的数学模型,研究了有无地下水渗流及渗流速度对抽灌井周围温度场变化的影响,使用COMSOL Multiphysics软件对建立的模型进行了分析模拟。实例结果表明,该模型具有较好的适用性,为系统的优化设计与参数合理匹配提供了理论支持。