关键词： 地下水源热泵   孔隙水天然流动   取水换热特性   设计优化  

摘要： 地下水源热泵技术可以有效利用浅层深度中具有相对稳定温度的地下水作为低品位热能,因其清洁环保的特点而被广泛应用。抽回灌过程中含水层存在复杂多变的热量运移情况,含水层水动力场变化会引起含水层地下温度场的变化。含水层水动力场是由孔隙水天然流动产生的水动力场和抽回灌过程所引起的水动力场的叠加场,因此孔隙水天然流动会对含水层地下温度场的演变产生不可忽略的影响。尽管目前国内外学者对影响叠加动力场的因素进行了广泛研究,但基于分析不同情况下的孔隙水天然流动时对地下温度场的影响,并据此提出抽回灌井结构特性设计优化的研究工作还不多见,尤其是基于此的对于井群结构特性设计优化的研究很少,因此有必要对考虑孔隙水天然流动时对地下水源热泵渗滤取水换热特性的影响进行更加深入的研究。本文通过理论分析、数值模拟和计算分析的方式,基于达西定律和多孔介质传热理论建立水-热耦合模型,采用COMSOL Multiphysics有限元模拟软件对考虑孔隙水天然流动时地下水源热泵渗滤取水换热特性进行分析,研究孔隙水流向、天然流速、多孔介质物性参数对含水层地下温度场的影响,以热贯通发生的时间、热扩散程度和换热量作为衡量系统渗滤取水换热特性的标准,并从井径、抽回灌井间距、抽回灌井布局模式三个抽灌井群结构特性设计方面进行优化分析,进一步完善地下水源热泵在实际工程应用中的理论基础。通过分析孔隙水在三种不同流向（顺流、逆流和交叉流）下对取水换热特性的影响,得出就运行末期抽水井处平均温度降幅来说,逆流流向为顺流流向的0.32%,为交叉流流向的6.67%;与理想无热量损失条件下的换热量相比,顺流、交叉流和逆流提取换热量的热损失率分别为63.4%、3%和0.05%。因此在实际工程中,优先选择逆流流向的井群布置方式,将抽水井布置于回灌井上游侧。通过分析孔隙水在五种天然流速下对取水换热特性的影响,得出顺流流向随着孔隙水天然流速增大,热贯通发生时间提前,热量损失增大;逆流流向随着孔隙水天然流速增大,抽水井处平均温度发生变化的时间延迟,当天然流速达到4×10-6m/s时抽水井处温度不受回灌水的影响;交叉流流向在v=8×10-7m/s时发生热贯通,随着天然流速增大热量损失大体趋势随之减小,但回灌水向抽水井处运移过程较为复杂,不可一概而全。通过控制变量法分析多孔介质物性参数对取水换热特性的影响,得出k=70m/d时,提取的换热量分别为k=7m/d、k=15m/d和k=35m/d时的1.12、1.07和1.02倍,渗透系数越大,越有利于地下水源热泵取水换热;M=40m时,提取的换热量分别为M=15m、M=20m和M=30m时的1.26、1.15和1.02倍,含水层越厚,越有利于地下水源热泵取水换热;导热系数和孔隙率的变化对地下水源热泵取水换热特性几乎没有影响。为更好的优化处于平缓水力坡度的孔隙水在粗砂砾含水层中的天然流动为水文地质条件下的地下水源热泵系统设计方案,分析得出在涉及抽回灌井数量较多的大规模地下水源热泵项目应用中,可以通过增大井径尺寸、根据场地条件合理增大抽回灌井间距和采用抽回灌井错位布局的方式提高换热量。

关键词： 地下水源热泵系统   水资源管理区划   水热耦合   潜力评价   安阳市  

摘要： 浅层地热能的开发利用对大气污染治理、清洁能源推广利用具有重要的意义。地下水源热泵系统作为开发利用浅层地热能的一项重要技术,在安阳市得到了广泛的应用。部分地下水源热泵系统在实际的建设运行过程中未进行科学的选址规划和潜力评价的研究,忽视当地水资源管理政策,导致建设的地下水源热泵系统腐蚀、回灌效率降低以及与其他用户产生热贯通现象等,严重影响了地下水源热泵系统的使用。因此,迫切需要进行地下水源热泵系统建设水资源管理区划及潜力评价的研究,为浅层地热能的可持续利用提供参考。本文以安阳市地下水源热泵系统为研究对象,在前人研究的基础上,通过采集和整理水文地质资料,对研究区地下水源热泵系统进行水资源管理区划;选取典型的系统进行数值模拟计算,研究最佳井间距和布井模式;综合水资源管理区划结果,结合水热耦合模型确定的井间距及布井模式,进行潜力评价。通过上述研究得出以下主要结论:(1)通过分析研究区浅层地热能赋存条件,结合水资源管理措施,建立了安阳市地下水源热泵系统水资源管理区划评价指标体系;采用云模型改进的层次分析法计算了指标权重,结合GIS空间分析功能完成了一级评价,在此基础上结合水资源管理分区完成了二级评价。将研究区地下水源热泵系统水资源管理区划分为了 3个等级,其中,适宜发展区面积117.45 km2,限制发展区面积459.26 km2,禁止发展区面积24.02 km2。(2)根据场地地下水源热泵系统资料,建立了含水层水热耦合模型。利用FEFLOW软件模拟了根据天气变化情况的变流量和传统的定流量两种模式下的不同井间距温度场特征。结果表明:相同井间距情况下的变流量模式较以往定流量模式发生热贯通概率变小,温度变化减小,拟合的最佳井间距分别为79.75 m 和 95.35 m。(3)通过对四种常用布井方式的水热耦合模型分析,结果表明:从热突破时间和温度场恢复能力这两个角度分析最优的布井方式为等腰三角形和直线形异侧两种抽灌模式,然而综合考虑建设场地和对其他用户的影响,最终将直线形异侧定为最佳布井方式。(4)潜力评价结果表明:研究区平均供暖潜力在0.67～1.80× 104m2/km2,平均制冷潜力在0.72～1.92×104m2/km2之间的概率为90%,可信度极高。同时,蒙特卡罗法计算的50%频率下开发利用潜力与传统方法相差不大,可作为地下水源热泵系统潜力评价的优选频率。研究区开发利用地下水源热泵系统年节约标准煤量2.25×108kg,年节能价值1.46×108元,年减排价值3.13×107元。利用云模型改进的层次分析法进行指标权重计算,使水资源管理区划结果更加全面合理;水热耦合模拟中根据天气变化确定的变流量模式将暖通空调和水文地质进行良好的结合,确定的井间距和布井模式可以更好的应用于水资源管理和潜力评价;综合水热耦合模型和水资源管理区划结果进行潜力评价,为地下水源热泵系统科学选址及合理的开发利用提供参考。

关键词： 地下水源热泵   地温场   数值模拟   热堆积  

摘要： 地下水换热系统实验场地位于北京市平原区,地层岩性属河流相沉积。建立水源热泵抽灌区地下水渗流与热量运移的三维耦合数值模型,采用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了热泵单一制冷季运行条件下,地下水与岩土体的热平衡过程。结果发现:地下水渗流速度随水井抽灌状态改变呈间歇变化,不同含水地层水井热影响半径及热运移速度不同,水源热泵换热区地温在一个制冷季和一个间歇期后未恢复至初始状态,出现地层热堆积和抽灌井区热贯通现象。

关键词： 地下水源热泵系统   蓄热期   地下水流场   温度场   数值模拟  

摘要： 为探究地下水源热泵系统运行期间地下水流场和温度场变化规律,以江汉油田供热移交改造项目——向中能源站地下水源热泵系统工程为例,利用MODFLOW软件的MT3D模块建立地下水流—热运移耦合数值模拟模型,模拟该系统在运行期、蓄热期和恢复期间区内地下水的渗流场和温度场。结果表明,在抽灌井交叉布局且存在蓄热期回补热量的情况下,地下水源热泵运行期结束后抽灌井处地下水位、温度能较快地得到恢复,次年至今后若干年后取水、取热不易受影响,地下水源热泵系统工程能持续有效地运行。

关键词： 地下水源热泵   技术   节能   效益  

摘要： 本文以北方某基地地下水源热泵项目为例,从地下水源热泵的原理、节能特点等方面进行了分析,得出地下水源热泵系统在节能、环保和社会效益等方面的重要作用和意义。

关键词： 地下水源热泵   回灌量   动态监测分析   经济效益  

摘要： 在水源热泵空调系统的应用日益广泛的大环境下,回灌难问题成为制约其推广的瓶颈。地下水源热泵系统在改善大气环境质量、节约能源、减少污染等起到了积极作用,但也引起一系列地质环境问题。以河南省郑州某地下水源热泵系统工程例,通过进行生产性回灌试验和系统动态监测,并对经济效益进行评价分析,结果可见:该工程水源热泵中央空调系统每天抽水量和回水量基本持平,回灌效果较好,系统运行工程中对水量、水温、水质的影响不大,经济效益显著。

关键词： 地下水源热泵系统   抽回灌井群   地下水数值模型   井群调控模型   方案优选  

摘要： 以安阳市某地下水源热泵系统为研究对象,采用水均衡法预测压采量上升后安阳市地下水水位变化趋势,并构建研究区地下水位变化条件下的井群抽回灌地下水水-热耦合模型,将不同井群布局方案对地下水流场与温度场的影响进行量化,同时采用优化理论建立井群调控模型对井群布局方案进行优选。研究结果表明:压采量为3000万m3时,地下水位将上升5.7m,此时抽水井相间的直线布局方案的综合效益最大;当压采量上升至5000万m3时,地下水位将上升8.4m,此时抽水井异侧的矩形布局方案的综合效益最大。

关键词： 地源热泵   地下水回灌   回灌井堵塞  

摘要： 本文针对我国地源热泵空调系统在实际应用中遇到的回灌困难问题,从回灌方式,回灌影响因素等方面进行了总结分析,提出了相应的解决回灌困难问题的技术方法,对于地源热泵系统的推广应用,防止出现地面沉降,地下水位下降,水质恶化等具有重要的意义,并对地源热泵的可持续性发展进行了的技术展望。

ISBN: (纸本)9787550926974

关键词： 地下水源热泵   空调系统   梯级利用   储能   [火用]分析  

摘要： 为了探究梯级利用地下水储能的地源热泵空调系统能量利用率,基于[火用]分析理论建立了系统热力学数学模型,分析了蒸发温度和冷凝温度对新型地下水源热泵空调系统及其系统部件[火用]效率和[火用]损失的影响。研究结果表明:新型地下水源热泵空调系统比传统地下水源热泵空调系统节能效果更加显著,前者总[火用]效率比后者总效率提高了38.99%,且前者损失比后者[火用]损失降低了36.38%。当蒸发温度增加10℃时,新型系统效率提高14.80%,[火用]损失降低18.88%;当冷凝温度降低10℃时,新型系统[火用]效率提高15.16%,[火用]损失降低19.73%。所有部件中空气加热器的[火用]损失最大,是需要进行改进和优化设计的重要部件。