关键词： 盛京医院   管廊工程   地下水源热泵   地下水位   地下水温   优化调控  

摘要： 地下水源热泵虽然相对传统能源具有其自身独特的优点,但地下水环境的变化制约着地下水源热泵抽、回水井的运行效率。近年来,随着城市地下管廊工程的大规模建设,改变了区域地下水环境,导致区域原有地下水源热泵抽、回灌井出水量无法达到设计要求。因此探索管廊工程对区域地下水源热泵的影响规律,对于确保地下水源热泵的正常运行具有重要作用。本文以沈阳市城市地下综合管廊（南运河段）工程涉及到的盛京医院病房楼地下水源热泵工程为例,基于管廊工程对盛京医院地下水源热泵的影响规律分析,通过传统计算方法和建立数学模型对提出的盛京医院地下水源热泵的调控方案进行评价与优化,为在管廊工程影响下盛京医院地下水源热泵工程的规划和改建提供了理论和技术依据。具体如下:（1）研究区水文地质条件分析:含水层厚度33～40m;地下水补给主要有地下水侧向径流补给和大气降水补给;水力坡度在0.001～0.002;地下水位埋深7～9m;地下水位标高35～36m;地下水温11～12℃,表明研究区处于地下水源热泵较适宜区。（2）管廊工程对水源热泵影响的室内模拟试验:结合本次的工程实际通过室内砂箱试验模拟了不同管廊形状与水流方向呈不同夹角时对回灌井回灌水温和水位的影响。根据管廊工程对回灌水温室内试验规律,利用传热学与流体力学计算出管廊工程对地下水温的影响范围为20m。根据管廊工程对回灌水位室内试验规律,利用达西定律将管廊工程影响下的回灌渗透系数等效化可得K2=0.227K1。（3）针对盛京医院水源热泵工程可靠性分析:通过传统方法计算水源热泵单井出水量、回灌量的大小和建立数学模型的方法定量计算水源热泵系统的可靠性大小。具体如下:通过对抽水井、回灌井的用水量计算,得到水源热泵抽水量最大出水量为264和回灌井单井最大的回灌量为35.5。根据管廊工程对抽、回灌井的不同影响,分别计算在管廊工程影响下的单井抽水量为155和回灌量为28.44。通过建立基于马尔可夫模型的水源热泵出水量可靠性分析,定量计算水源热泵系统在管廊工程影响下抽、回灌井的设计出水量综合可靠性的大小为0.6258,表明盛京医院水源热泵系统出水可靠性相对较低。为了确保水源热泵的正常运行进而提出新建3眼抽水井和7眼回灌井。综合项目区域的水文地质条件、可布井范围和水源热泵抽、回灌井出水量的分析与计算提出相应的调控方案。通过建立马尔可夫模型分别求出调控方案中整个水源热泵系统的可靠性大小为1.0161（不考虑备用井）,符合水源热泵出水可靠性100%的设计要求。考虑水源热泵的备用井时,基于马尔可夫模型的水源热泵系统的可靠性大小为1.1063,符合工程设计中对水源热泵的富余量10%～20%要求。从理论方面证明了调控方案的合理性和可行性。（4）盛京医院水源热泵不同调控方案的数值模拟与预测:结果表明,模拟期间内两种调控方案中最高水位为39.9m,而项目模拟区域地面高程为39.65-40.09m之间,没有超出地面高程;在水温模拟中,抽水井周边温度均在10～12℃,回灌井最低温度为5.5℃以上,最高温度为17℃,均大于5℃且小于19℃。因此,两种方案从技术角度均符合设计要求。（5）盛京医院水源热泵工程调控方案的优化选择。根据对盛京医院水源热泵两种调控方案中调控因素的分析结合工程实际,确定施工成本、技术条件和管理成本作为调控方案选择的评价指标。根据选取的评价指标通过建立熵权-模糊综合评价矩阵,根据计算的评价子集结果,通过最大隶属度原则,确定方案二为盛京医院水源热泵调控方案中的最优方案。综上所述,本文研究了管廊工程对盛京医院水源热泵抽、回灌井的影响。为达到管廊工程影响下盛京医院水源热泵的设计要求,通过分析研究区域水文地质条件、室内试验规律、抽、回灌井出水量可靠性分析提出两种水源热泵的调控方案,在满足技术条件的基础上综合各项因素确定最优方案。为解决实际工程影响下的水源热泵建设问题提供了研究思路和理论依据。

关键词： 地下水源热泵   回灌堵塞   井壁材质   高铁锰地下水   堵塞模型  

摘要： 地源热泵作为缓解传统能源压力的新技术,得到了大力的推广,但在实际工程中存在着回灌堵塞这一重要难题。本文通过对地下水源热泵回灌堵塞规律的研究,探讨了地下水源热泵回灌堵塞规律,为今后地下水源热泵回灌堵塞的防治方法提供理论基础,对解决地下水源热泵回灌堵塞问题有重要意义。本研究在滑翔医院地下水源热泵实地考察的基础上,模拟室内地下水源热泵回灌平台,通过设计对比实验,探究不同井壁材质和不同铁、锰离子浓度对地下水源热泵回灌堵塞的影响规律。本文结合微生物营养物质迁移降解模型、微生物生长与衰亡模型、孔隙率变化模型和渗透系数变化模型,建立符合本实验条件的生物堵塞预测数学模型,预测地下水源热泵回灌堵塞的发展趋势,分析了地下水源热泵堵塞情况。主要研究成果如下:(1)通过设置5种不同材质浸泡对比实验结果分析可知,熟铁相对其他材质更容易被腐蚀,有利于微生物附着在铁上,从而便于微生物的生长繁殖,更有利于后续实验的展开。(2)根据不同铁离子浓度对地下水源热泵回灌堵塞规律的研究结果分析可知,随着实验时间的增加,各砂箱水通量和渗透系数都逐渐下降,20mg/L浓度铁离子的水通量和渗透系数下降百分比最大,同时在相同浓度下,18cm处的出水口的水通量和渗透系数下降百分比最大。通过平板计数方法测定砂箱内不同深度的微生物生长数量可知,12-18cm处的微生物数量较多,由于微生物在生长过程中会产生代谢产物和气体等物质,同时随着微生物量的不断增加也会形成生物膜,堵塞多孔介质孔隙,形成生物堵塞。因此微生物数量的增加,会加快生物堵塞的速度。(3)根据不同锰离子浓度对地下水源热泵回灌堵塞规律的研究结果分析可知,随着实验时间的增加,各砂箱水通量和渗透系数都逐渐下降,5mg/L浓度锰离子的水通量和渗透系数下降百分比最大,同时在相同浓度下,18cm处的出水口的水通量和渗透系数下降百分比最大。通过平板计数方法测定砂箱内不同深度的微生物生长数量可知,12-18cm处的微生物数量较多,同时锰离子浓度越高,微生物数量越少,可以说明高浓度的锰对微生物具有一定的毒害作用,会抑制微生物的生长繁殖。(4)基于铁、锰离子浓度对地下水源热泵生物回灌堵塞规律的研究实验数据,根据微生物生长与衰亡、营养物质降解、孔隙率-渗透系数关系理论,根据砂箱渗流实验的水动力条件和定解条件,建立一维砂箱回灌生物堵塞预测模型,通过COMSOLMultiphysics软件数值模拟,结果表明实测值与模拟值基本吻合,因此该组合模型基本可以模拟本实验渗透性变化,从而为预测滑翔医院地区地下水源热泵回灌堵塞提供了一定的理论依据。

关键词： 土力学   地下水源热泵   悬浮颗粒   饱和砂层   迁移   沉积   温度效应  

摘要： 为探索温度对饱和砂层中悬浮颗粒迁移-沉积过程的影响,采用自主研发的砂层迁移-沉积模拟试验系统,分别进行不同温度下颗粒迁移-沉积特性试验和温度变化条件下颗粒迁移-沉积特性试验。试验针对4种粒径组合进行4种温度(5℃,15℃,25℃,35℃)条件下的相关试验。结果表明,在渗流速度保持不变时,温度越高,相对浓度峰值越低,而峰值时孔隙体积比值越高;而在温度相同时,渗流速度越高,相对浓度峰值越低,而峰值时孔隙体积比值越高。温度的变化能够显著影响含水砂层中悬浮颗粒的迁移过程,在升温时,与对照组相比,相对浓度值及悬浮颗粒浓度均有所下降,且变温时间越早,相对浓度值及悬浮颗粒浓度下降幅度越大。温度变化时穿透曲线存在着滞后现象,且小颗粒对温度变化更为敏感。温度变化可以通过改变流体黏性、吸附作用、颗粒动能及表面电势等影响悬浮颗粒在含水砂层中的运移过程,且主控因素随试验条件的变化而改变。

关键词： 热泵   地下水   抽水   回灌  

摘要： 地下水源热泵是一种新型的节能环保空调技术,在城市浅层地温能开发利用中发挥着巨大作用。福州市地下水资源丰富,地下水源热泵系统使用前景广泛。本文通过对福州市水文地质条件的分析,初步确定了福州盆地平原区为地下水源热泵应用的适宜区及较适宜区,通过在这些地区开展的现场抽水、回灌试验,确定福州市不同岩性含水层的回灌能力、抽灌井数量比例及井间距的设计参数,为福州市浅层地温能的开发、水源热泵技术的合理应用提供科学依据。

关键词： 热能   泵   节能   水蓄能   地下水源热泵   降温系统   自然光植物工厂  

摘要： 针对植物工厂夏季高温导致植物生长困难及电空调降温运行成本高的问题,以上海崇明大型自然光植物工厂为例,研究地下水源热泵水蓄能型降温系统夏季节能运行特性。为达到节能经济运行目的,地源热泵水蓄能型降温系统夏季运行模式采取冷水井直供、热泵机组蓄冷模式、蓄冷水箱供冷模式,而以冷水井直供模式为主,同时基于上海市分时电价政策,地源热泵水蓄能型降温系统采用地源热泵间歇运行摸式,即地源热泵在电价低谷时段开启,为蓄冷水箱蓄积冷量,为白天用电高峰时采用蓄冷水箱供冷模式作冷量储备。选取代表夏季高温时节特点的典型周试验数据对系统进行分析,地源热泵运行时平均能效比(coefficient of performance, COP)为4.53,整个供能系统COP为3.80。以代表夏季高温时节特点的典型日系统运行为例,水蓄能型地源热泵系统相比于不采用蓄能装置的地源热泵系统可节约运行费用16.98%,相比空气源热泵、直燃式溴化锂吸收式水冷机组可分别节能31.61%、79.10%。实践表明,地下水源热泵水蓄能型降温系统在工作过程中性能稳定,节能环保,具有一定实用价值。

关键词： 地下水源热泵   热贯通   温度   运行策略  

摘要： 针对已投入运行的地下水源热泵工程,为了缓解抽、灌井区热贯通导致的地热能利用效率衰减问题,以上海市某地下水源热泵系统实际工程为例,采用FEFLOW 7.0建立三维热渗耦合数值模型,并利用监测数据对模型进行了验证。利用验证后的模型预测了该工程未来10 a水源井抽水温度和热量运移变化情况,定量表现了抽、灌井区热贯通程度,进而对系统运行策略进行调整。通过模拟计算比较了不同运行策略条件下水源井抽水温度变化趋势和热量运移范围,经综合考虑得到相对有利于系统长期运行的最优策略,为地下水源热泵工程后期运行管理提供依据。

关键词： 地下水源热泵   一抽多灌   井距   FLOW   HEAT   数值研究  

摘要： 为研究一抽多灌井群的最佳布置方式,基于FLOW HEAT软件,将抽水井附近的灌水井群采用集中环绕型、直线型等8种不同布置方式建立数学模型,分析抽水井水温变化规律、温度和渗流场及最佳井距。结果表明,采用以抽水井为中心回灌井环绕布置方式时井群影响范围较小,渗流效果也较好,但抽水井水温较高易发生热贯通现象;采用直线型布置方式时抽水井水温变化较慢、井群渗流效果一般;井群水温随井距的增加逐渐降低。综合考虑,抽水井在回灌井中间的直线型布置且井距为51.63m为最佳布置方式。

关键词： 地下水源热泵   能效约束值   能效引领值  

摘要： 基于陕西地区地下水源热泵系统的基础性调研数据,考虑了地下水源热泵系统的地域性以及多样性等特点,提出了地下水源热泵系统运行能效指标的确定方法。在对系统合理分级的基础上,利用TRNSYS17建立地下水源热泵系统模型,探索性确定了陕南以及关中地区不同级别的地下水源热泵系统运行能效的约束性指标和引领性指标,为陕西地区地下水源热泵系统节能运行实施细则的制定提供参考和依据。