关键词： 含水层储能   地下水源热泵   反季节储能   对井抽灌模式  

摘要： 本文结合实际工程项目,对对井抽灌模式的热泵耦合地下含水层反季节储能效果进行研究。结果表明对井采灌热泵耦合储能系统能够实现冬灌夏用和夏灌冬用的反季节储能作用,能充分利用浅层地能资源,节约了常规能源。在冷热负荷不平衡的情况下,若系统长期运行可造成采井或者灌井周围一定区域内温度场的降低或者升高,因此在利用对井储能水源热泵空调系统时,要尽量使系统在冷热负荷均衡的工况下运行,以保护地下生态平衡。

关键词： 地下水源热泵   同井回灌   井结构参数   抽水平均温度  

摘要： 建立单一介质承压含水层中定流量同井回灌地下水源热泵地下水换热数学模型，并模拟分析含水层厚度、抽灌段滤管长度及其间距等井结构参数对同井回灌地下水源热泵地下水渗流和换热的影响。

关键词： visual   modflow   地下水源热泵   回灌   井位布置  

摘要： 改变抽、灌井的井位布置方式,运用国际通用的可视化软件visual modflow,对研究区域水源热泵抽灌时的地下水进行数值模拟。得出最佳的井位布置方式。

关键词： 地下水源热泵   地下水回灌   热污染   地下水动力场  

摘要： 通过分析我国地下水源热泵空调系统的发展现状,结合我国自然环境及社会环境现状,探讨了热泵系统可能引起回灌率低、热污染及地面沉降等问题,并指出应加强对热泵系统的采能区地下水环境的研究,并制定相应的地下水源热泵空调技术应用标准。

关键词： 水源热泵   区域地下水   太原市  

摘要： 通过对太原市已有的水源热泵系统进行典型研究,探讨了水源热泵系统对区域地下水的影响,提出了建设和应用水源热泵系统的建议。

关键词： 地下水源热泵   中央空调   制冷   供暖   运行费用  

摘要： 本文介绍了地下水源热泵原理和特点,结合工程实际,对地下水源热泵中央空调系统运行费用进行了分析,说明采用该技术供冷(暖)节能效益显著。

关键词： 地下水源热泵   地温场   采能   单井系统   对井系统   数值模拟  

摘要： 近年来,地下水源热泵技术在建筑空调领域得到了广泛的应用。作为影响热泵机组的效率和水源热泵工程持续利用寿命的关键因素,地下水集中采灌区温度场不仅与地质条件有关,而且与水源热泵的工程设计与运行控制模式和参数等有关。 本文工作的主要目的是通过数值模拟的方法研究单(对)井系统各参数对含水层温度场的影响。本文完成的主要工作和得到的主要结论包括: 1.应用地下水渗流和热传递的基础理论,建立了地下水流动和热贯通所需时间对含水层温度场影响的数学模型。基于这两个模型分别讨论了不同地下水流速条件下热传导和热对流对地温场的影响;分析了地下水抽、灌过程中生产井发生热贯通所需时间与相关影响因素间的关系。在此基础上,得出如下结论: (1)当地下水的流速大于1×10-7m/s时,基本可以忽略热传导作用。 (2)发生热贯通的时间与初始距离r0的二次方成正比,与含水层厚度h成正比,与开采量Q成反比。 2.建立了承压含水层中热量运移的数学模型,应用FlowHeat有限差分模拟软件,对单井抽灌模式下水文地质参数、井结构参数和抽灌量等因素对承压含水层温度场的影响进行了量化模拟,模拟研究结果表明: (1)当含水层供水、回灌能力均能满足工程的单井水量设计要求时,几种典型含水层介质的渗透率和孔隙度的差异对抽水段温度的影响不大,随着渗透比的升高,抽水温度的变幅不断减小。 (2)在其它条件不变时,随着含水层的厚度的增大、抽灌量的减小、抽水段与回灌段过滤器间距的增加,抽水段的温度变幅呈不同程度的减小趋势。 (3)当抽、灌段之间存在一弱透水层时,弱透水层越厚、渗透率越低,抽水段温度变幅越小。 (4)当含水层厚度一定时,抽、灌段过滤器长度的增加以及过滤器间距的缩小,抽水段温度变幅不断增加。 3.结合单井回灌系统模拟的结果,对对井采能模式进行了模拟研究,研究结果表明: (1)采用抽灌井季节性交替运行模式有利于提高地下水源热泵空调系统的功效并节省泵的功耗,研究表明采用抽灌井季节性交替运行模式泵的功耗大约可节省50%以上。 (2)随着含水层厚度、井对距离、和抽、灌井过滤器长度的增加,抽水井的温度变幅呈减小趋势。 (3)随着含水层介质渗透比和地下水抽灌量的增大,会导致抽水井的温度变幅增大。 4.基于单井和对井模式的模拟研究,对单井回灌含水层厚度与采能负荷匹配和对井回灌井对间距与采能负荷匹配问题进行了定量研究。对于单井系统,拟合出不同采能负荷条件下,含水层厚度与抽水温度差的关系式,进而得到相应负荷下不产生热贯通的最小含水层厚度;对于对井采能系统,拟合出不同负荷条件下,井对间距与抽水温差的关系式,进而得到相应采能负荷下不产生热贯通的最小井对间距。

关键词： 地下水源热泵   数值模拟   井间距   热突破  

摘要： 地下水源热泵空调技术作为一种具有绿色环保、高效节能、运行成本低、可持续利用等特点的新型的采能技术,在国内外已经得到了广泛应用。本文应用FEFLOW5.4有限元模拟软件,针对北京平原区地下水源热泵适宜区,较适宜区及一般适宜区分别建立潜水和承压水两种类型的含水层采能数值模拟模型。研究对井及多井系统下,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。 潜水含水层模拟结果表明:考虑地层与大气热交换能更好的刻画含水层温度在垂向上的分布;考虑大气降雨补给,地下水源热泵系统在制冷期内,含水层温度场随地下水位的上升有上移趋势;由于潜水区内天然地下水流场活跃,热泵回灌水形成的温度场分布形状受天然水动力场影响较大,但天然地下水流场的存在有利于提高系统采能效率。承压含水层模拟结果表明:含水层温度场分布主要受系统抽灌量及回灌温差影响,温度场主要以回灌井为中心呈圆形分布;增加抽灌量和缩小井间距都会导致抽水井温度变幅增大;“小温差,大流量”系统温度影响半径比“大温差,小流量”系统影响半径大;当采用异层回灌时,抽水井温度受影响较小。 基于对潜水和承压含水层中地下水源热泵系统井间距和温度场影响半径的模拟研究,并与地下水源热泵温度场影响半径经验公式计算结果对比,确定潜水含水层及承压含水层地下水源热泵系统的合理井间距和影响半径。进而,利用地下水量折算法计算利用温差为5℃时,北京平原区埋深100m内浅层地温能的冬季(或夏季)运行120天的可开采资源量为4.47×1010kw。

关键词： 单井循环系统   地下水源热泵   Bleed   渗流   传热  

摘要： 近年来国外出现了一种从同一个井内取水和排水的半开式水源热泵系统,通常称为单井循环水源热泵系统。该系统具有初投资低、运行效果良好、节能和环保等优点,具有广泛的应用前景。在美国,相关学者及专家已对其进行了一系列的模拟研究,并在美国东北部等一些地区得到了运用。然而,对其研究国外主要停留在模型建立和系统的一些影响因素方面,仍然没有提出关于单井循环水源热泵的切实可靠的详细设计步骤,国内对其研究才刚刚起步,此系统在中国的适应性或运用可能性还没有相关研究和报道。 本文主要建立了单井循环地下水源热泵地下换热系统的渗流和传热数学模型,采用有限差分方法对其进行数值离散并求解;在此基础上研究单井循环地下水源热泵系统地下水的渗流特性,分析循环水流量、Bleed量和井深等主要因素对井外水渗流特性的影响;研究单井循环地下水源热泵系统的传热特性,分析岩石导热系数、渗透系数、Bleed量、地下水初温等因素对单井循环系统传热特性的影响,分析井深对传热特性的影响,比较不同井深下单井循环系统运行效果,分析浅层单井循环系统运用的可行性。 得到如下结论:循环水流量越大、Bleed量越大,单井循环系统渗流特性越好;循环水流量的变化对井外渗流速度场的影响要大于Bleed量的影响,循环水流量增加井外渗流速度整体上升,Bleed量的增加是以减少更多的向井外渗出的循环水流量为代价,增加少量向井内的地下水渗流量;传热特性方面,冬季运行最低出水温度随着岩石导热系数、含水层渗透系数、井壁粗糙度、井壁直径、Bleed量、地下水初温的增加而上升,随着取水管内径的增加而降低;单井循环传热特性众多影响因素中Bleed量和岩石导热系数及地下水初温对出水温度影响较大,井壁粗糙度几乎没有影响;浅井替代深井运行理论上可行,保证换热能力的同时降低了初投资;间歇运行效果要比连续运行好得多。

关键词： 地温场   地下水源热泵   浅层地热能   数值模拟   热运移   郑州  

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。本文从地下水渗流和热运移基础理论入手,应用HST3D有限差分模拟软件,建立了郑州市典型浅层地下水流与热运移耦合数学模型,并进行了场景模拟研究,着重探讨了含水层水文地质条件、生产井结构与布局以及地下水抽灌量等因素对地下水温度场的影响。其中抽灌井间距离、异层回灌方式以及抽灌量是影响地温场变化的最主要因素。 在阐明郑州市浅层地热能利用的地质条件的基础上,建立了郑州市儿童医院地下水源热泵工程三维水热耦合模型,利用水位和水温观测资料校正了模型的水文地质参数,并在此基础上以2008年为现状年预测了未来5年系统运行对其地下水温度场产生的影响。模拟结果表明:所建立的模型能较好地刻画研究区的水文地质条件和岩层的热物理特征;含水层中温度变化较为显著,含水层渗透性越好,温度锋面的运移速度越快,温度影响半径越大;相对而言,粘土层中温度变幅较小,温度变化存在明显的滞后现象;按照现状强度进行地下含水层采能,抽水井温度在未来5年呈微弱上升趋势;在该工程实际区域流场存在的条件下,采用交替抽灌模式对提高热泵系统的功效并不明显,但增大井间距能达到提高系统功效的目的。上述研究结果为该工程的科学管理提供依据。 采用层次分析法和空间分析软件进行了郑州市地下水源热泵系统适宜性评价,共分为不适宜、一般适宜、较适宜和适宜4个分区。其分区的规律主要受到含水层富水性和含水层岩性的影响,其中适宜区、较适宜区和一般适宜区的面积分别为5.397×10m、4.996×10m、4.150×10m。 基于水源热泵系统适宜性评价,利用数值模拟方法确定了不同适宜性分区上水源热泵对井系统的最佳井间距;采用热储法和水量折算法评价了郑州市浅层地热能的储存资源量和针对水源热泵系统的可利用资源量。郑州市200m埋深以浅的浅层地热能储存资源量为3.5072×10kJ;以冬夏各提取5度温差,系统冬夏各运行120天计算,水源热泵应用适宜区内浅层地热能的可利用资源量为2.1165×10kJ。