地源热泵系统可持续运行地下水热量运移模拟

以成都平原某地下水源热泵系统工程为例,模拟该系统夏季运行期间特定水流和热源条件下地下水流-热量耦合运移过程,分析随各因素变化的地下水热量运移过程对热泵系统可持续运行的影响。基于描述地下水热量运移的对流-弥散数值模型,将热泵系统复杂的井群布设及运行方案简化为对井抽-灌的理想运行模式,选取夏季运行结束时回灌井地下水热量影响范围及抽水井出水温的变幅作为评价依据,定量评价冷负荷设计、抽-灌水井布设方案及系统工作运行模式等因素变化对地下水热量运移过程的影响,为其可持续运行提供理论参考。模拟结果表明,该地下水源热泵系统在夏季运行时抽-灌水井间将发生热贯通现象,其程度强弱受抽-灌循环水量变化的影响相对明显,宜采取大温差、小流量的运行模式.     

抽灌井群浅层地热能长期利用运行模式模拟

研究长期运行的地下水源热泵系统地下温度场的变化规律,保持抽水井水温的恒定是保证地下水源热泵系统稳定运行的关键因素.鉴此,本文采用流体力学常用的模拟软件fluent建立地下水流与温度场的耦合模型,对比工程中常用的单供暖模式、固定井冷热联供模式、倒井冷热联供模式、固定井冷热联供加蓄热模式和倒井冷热联供加蓄热模式长期运行后地下温度场热交互程度及抽水温度的变化趋势,分析总结出更具长期稳定运行优势的运行模式,对解决实际工程问题具有指导意义.     

含水层参数对同井回灌地下水源热泵的影响

模拟分析了含水层厚度、渗透系数比和不同含水层对同井回灌地下水源热泵地下水渗流和换热的影响．对于合理的水井设计，含水层厚度增大可以减小抽水、回灌压力，显著地提高抽水平均温度．抽、回水口的平均降深与渗透系数比的对数基本成线性关系．从热贯通的角度来说，渗透系数比是同井回灌地下水源热泵系统工程成败的关键．过小的渗透系数比显著加快系统的热贯通．渗透系数大小是抽水和回灌难易程度的决定因素．对于渗透性能不好的含水层，更应该关注抽水和回灌不能时含水层渗透系数产生影响。     

热渗耦合的井抽灌系统对地温场的影响

针对水源热泵抽灌对地温场的影响,运用Comsol Multiphysics多物理场全耦合软件建立热渗耦合的数值计算三维模型。对比分析不同回灌量下地温场分布云图和不同回灌量下地温场的分布规律,得出单井回灌量越大热影响半径越大、同时热峰面向抽水井方向运移速度越快,达到热贯通时间越短;前期系统运行回灌井附近区域温度变化明显,后期系统运行对回灌井周边较远区域温度变化较影响明显;不同位置热运移规律均与渗流速度相关,影响半径基本与渗流速度呈正比。     

张掖市城区浅层水源热能分析

地下水源热泵系统是浅层地温能开发利用的一种主要方式,近年来在国内被广泛推广。在充分利用现有水文地质工程地质资料的基础上,查明城区内地下水系统所蕴藏的浅层低温能资源数量、质量和分布规律,并结合张掖市城区局部应用地下水源热泵实际工况及对环境的影响进行了分析,为该市浅层地热能资源大面积开发规划提供依据,也是保证浅层水源热能资源利用走向科学化、规范化的重要环节。     

地能利用过程抽灌井区热贯通及其定量分析

在地下水源热利用过程中,抽、灌井区热贯通导致地能利用的衰减已经成为逐步显现的工程问题.针对几种典型井群布置模式下的热贯通问题,利用模拟计算手段,比较了抽、灌井区的热贯通时间差异和程度.通过衡量井群区域温度的扩散传输范围和速率,定量分析判断能量利用过程中的热贯通效应,为控制热贯通提供衡量参数和控制依据.研究表明,在一定的抽、灌热流动条件下,井群布置方式决定着热贯通的影响范围和程度,以及对抽灌井区能量的有效利用程度有着明显影响.     

抽灌同井运行特性实验研究—以上海地区为例

针对抽灌同井运行特性的研究不足,利用单井循环地下换热系统砂箱实验台,以上海地区的采暖期和空调期的时间尺度为依据,开展了抽灌同井夏冬、冬夏两种运行模式下运行特性的实验研究。结果表明,该砂箱实验台中的含水层热量流失较快,放热工况下热源井排放热量较容易,取热工况下热源井提取热量较困难。抽灌同井在冷负荷占优的地区运行时,需要采用辅助技术手段,分担地下含水层承担的供冷负荷,保证系统长期可靠运行。建议系统先进行冬季取热工况的运行,提取含水层储热量;继而进行夏季排热工况,保持热源井较低的抽水温度,提高热泵机组效率。     

地铁工程对地下水源热泵渗流场及温度场影响的实验

目的探究地铁工程建设对地下水源热泵渗流场及温度场的影响.方法以盛京医院滑翔分院地下水源热泵工程为研究对象,利用室内砂箱实验观测模拟地铁工程横向全部或部分断面隔断的地下水位和水温变化情况,进而绘制不同工况下的水位、水温时序图.结果通过实验发现,地下水渗流方向主要受地下构筑物横向隔断方式、地下构筑物下表面相对高度差与水头的影响,地下水温度场分布主要受渗流方向水平分量的影响,其热扰动影响范围与过水断面距离及位置密切相关.结论通过研究地铁工程对地下水源热泵渗流及温度场影响,完成多工况室内砂箱模拟实验及结论分析,对完善地下水环境稳定研究及地下水源热泵工程取回水安全运行具有重要意义.     

含水层储能地下温度场模拟

采用Kipp K L推出的地下水流动和热运移方程,对热泵耦合含水层储能系统连续运行3年的储能井温及地下温度场进行了模拟计算．根据地下温度场的分布,对该系统的储能效果进行了分析研究．结果表明,该系统能够在供热和供冷的同时分别向地下储存冷量和热量,起到反季节储能的作用,提高热泵效率;但由于系统的冷、热负荷不均匀,造成了储能井周围区域温度的逐年降低,这对地下生态是不利的．因此,在设计热泵耦合含水层储能系统时,应保证系统的冷热负荷均衡,这样才能既提高热泵的效率又避免对地下生态平衡的破坏．     

基于Fluent/Simulink地下含水层流态对地下水源热泵性能的影响

为了更准确地模拟地下水源热泵运行周期内各性能参数的变化,结合Fluent与Simulink软件的各自功能,建立了基于Fluent/Simulink的热泵系统协同仿真平台,把因室外温度变化引起的房间负荷的影响动态地叠加到地下管群上,地下含水层温度场的变化耦合至地上热泵系统中,动态地分析不同流态的地下水源热泵系统地下温度场的变化、热贯通程度及热泵机组性能系数COP等特性参数变化.研究表明:低流速态,逆流利于抑制热交互,热泵机组的COP值较高;顺流促进热交互,机组COP值最低;垂直交叉流居于两者之间.高流速态,地下水横流起主导地位,地下水横流对于削弱热泵热交互、提高机组的COP值起到积极作用.实际工程中应根据地理条件对热泵进行优化设计.     

区域流场条件下抽灌模式对采能区地温场的影响

以河南郑州某地下水源热泵空调系统为例,建立了三维地下水热耦合数值模型,通过实际水位水温观测资料校正了模型,并利用校正后的模型模拟和分析了有区域流场存在条件下不同抽灌模式对采能区地温场的影响.研究结果表明:有区域流场存在的条件下该实际工程不适合采用交替抽灌模式,在制冷期末该工程采用交替抽灌模式的抽水井温度比不采用交替抽灌模式上升了1.8℃,系统所能提供的能量负荷降低了22.76%.图3,表1,参10.     

河流对含水层地温场的影响分析

文章依托某地下水源热泵系统工程,建立区域地下水热耦合数学模型,研究分析典型枯水年内河水位对浅薄含水层地温场的影响。结果表明:典型枯水年河水位变化会导致浅薄含水层冬季抽水井中心降深最大影响范围达到8.1km2,夏季达到7.6km2,最大降深值随河水位抬高将逐渐减小;浅薄含水层地温能开发利用之后,温度场也会发生相应变化,与天然状态相比,冬季降,夏季升;浅薄含水层所提供的地温能受冬、夏河水位的影响,与实际所需负荷产生矛盾,需要采取合理可行的工程措施,满足对冷、热负荷的需求。     

北京平原区浅层地温能空间信息系统设计与实现

对浅层地温能资源进行有效管理是实现资源可持续开发和利用的基础之一,目前以浅层地温能为专题的管理系统尚不多见.采用GIS控件ArcGIS Engine嵌入Visual Basic.NET的方法为技术平台开发的北京平原区浅层地温能空间信息系统,能有效管理该区浅层地温能的开发和利用.该系统有数据管理、图形显示、查询等一般功能,此外,在空间分析模块中加入了地下水热泵适宜性评价模型.本文重点介绍了北京平原区地下水热泵适宜性评价模型的构建与实现过程,最后在系统中利用该模型对北京平原区地下水热泵进行了适宜性区划,得出了平原区地下水热泵适宜性分区图.因此,该系统能够为北京平原区浅层地温资源的利用管理等提供决策和支持.     

地下水源热泵热源井布设合理性评价指标体系

目的评价地下水源热泵工程热源井布设的合理性,确立相应的评价标准与方法.为更加合理地布设地下水源热泵工程热源井的实际工程提供参考.方法综合考虑水文地质条件、建筑物冷热负荷条件、周边环境条件等热源井设计影响因素,利用层次分析法确定各影响因素的权重,并运用综合指数法对比评价沈阳市浑南新区(A)和大东区(B)两项地下水源热泵工程的合理性.结果A工程地下水源热泵热源井布设合理性等级为Ⅱ级,较合理;B工程地下水源热泵工程热源井布设合理性等级为Ⅳ级,不合理.结论地下水源热泵工程热源井布设评价方法和评价标准具有一定的针对性和可操作性,可以推广到其他地下水源热泵工程的热源井布设合理性评价,为地下水源热泵系统的设计人员提供了简单和实用的技术方法和设计依据.     

越流型单井系统含水层渗流传热规律研究

单井抽灌技术具有节约打井成本、盘活老井的经济优势，但由于存在热贯通问题，长期稳定的换热效率难以保证．而天然条件下的含水层多是由透水性较好的含水层和弱透水层组成的越流型结构，其中弱透水层由于具有低渗水性，可以有效地减缓含水层内的热贯通现象，对单井抽灌系统的可持续运行具有重要意义．鉴于弱透水层对越流型单井抽灌系统的取热效率有重要影响，同时越流型含水层的渗流规律尚不明确，因此有必要对其渗流传热规律进行研究．本文搭建了越流型单井抽灌系统室内渗流砂箱实验台，研究了弱透水层的存在对单井抽灌系统的传热特性以及含水层渗透性能的影响．结果表明，在边界补给充足的条件下，单井抽灌系统可以维持长期稳定的取热效率，4组不同抽灌流量工况下的稳定抽水温度分别为55.1℃、51.3℃、48.1℃、46.0℃，换热量分别稳定在0.93 kW、1.11 kW、1.18 kW、1.24 kW；含水层渗透系数随抽灌时间呈指数变化，抽水层渗透系数随抽水时间的增加而增大，而长时间回灌则降低了含水层的渗透性能，4组抽灌期的渗透系数分别减小27.0%、27.5%、28.1%、29.8%；根据实验结果得到了相对稳定时系统抽水温度的实验...     

新风比对改进型地下水源热泵制热特性的影响

针对增大新风比会引起空调系统能耗增加的问题,设置了新风预热器的地下水源热泵空调系统,以实现地下水热能梯级利用。在建立热力学数学模型的基础上,分析新风比对新型和传统地下水源热泵机组所承担热负荷、制热性能因数和能耗的影响。研究结果表明:与传统地下水源热泵机组相比,新型地下水源热泵机组节能效果明显。当新风比从10%增加至50%时,新型地下水源热泵机组节省能耗从17.4%上升至32.2%。该新型地下水源热泵空调系统适合作为人员密度高的大型公共建筑中央空调系统。     

天长市水源热泵系统建设的可行性分析

结合天长市某水源热泵系统建设实例,依据实际地下水抽取与回灌试验数据,利用数值模拟模型定量研究水源热泵在利用地下水过程中对地下水流系统的影响;结合天长市的水文地质条件,讨论水源热泵系统建设中应注意的有关问题,分析水源热泵在该市应用的可行性.     

地下水源热泵采能的水-热耦合数值模拟

应用数值模拟方法对北京某地下水源热泵采能条件下地温场的演化进行了研究，并应用校正后的模型对未来5年的温度场演化进行了预测．模拟和预测结果表明：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，黏土层中温度变幅较小，温度变化存在明显的滞后现象；抽水井距离回灌井（群）越近，温度变化越灵敏，变幅越大；按现状强度进行地下含水层采能，抽水井温度在未来5年略呈上升趋势，总上升幅度约0．3～0．7℃．     

水源热泵新型空调系统在宇泰大厦中的应用

水源热泵是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能）,实现低温位热能向高温位转移。宇泰大厦工程采用水源热泵中央空调系统,解决了供暖、空调和卫生热水问题,并且造价和运行费用低、节约能源、安全环保。     

地源热泵间歇运行地温变化特性及恢复特性研究

针对土壤源热泵运行过程中地下传热衰减问题,进行了热泵间歇运行实验,测试分析了热泵间歇运行过程中地温变化规律及其对换热率和机组性能的影响.建立基于渗流的三维非稳态传热模型,对地下垂直U形埋管与周围土壤的热湿耦合传递进行数值计算,模拟了热泵运行状态下地温变化及热泵停歇状态下地温恢复特性;数值分析了土壤导热系数、土壤孔隙率、不同回填材料及太阳辐射能对地温恢复过程的影响.实验与数值计算都表明,热泵可控间歇运行策略对于改善地下传热,提高热泵系统性能具有重要作用,探讨热泵可控间歇运行问题对于地热能高效一体化利用具有理论意义.