地埋管换热孔效率变化模拟分析

采用ABAQUS有限元软件对特定条件下岩土层热传递进行模拟,并与实测地下热扩散过程进行对比分析,验证模拟的可靠性后,对地埋管地源热泵单孔及群孔进行模拟,分析岩土体传热规律及系统运行中换热功率衰减情况,研究证明地埋管地源热泵系统日运行时间和总运行时间越长,单孔换热效率下降越大;在模拟输入功率条件下,换热孔间距需7 m左右,岩土体才能在整个制冷期保证最低吸热量,即设计值的90%水平。     

某中深层地埋管地源热泵系统测试与分析

中深层地热“取热不取水”技术是中深层地埋管地源热泵系统的核心，是影响整个系统设计与性能的主要因素。为了更全面地认识中深层地埋管地源热泵系统性能，本文对位于陕西省某矿区的孔深为3 183 m的中深层地埋管地源热泵系统进行了测试，测试参数包括地下岩土层初始平均温度、地热井取热能力、热泵系统运行工况参数及系统冬季性能系数，获得了部分数据，并对结果进行了分析。通过分析可知，该地热井井底初始温度为107℃,不同深度地下温度的平均温度约70℃;单位管长换热量为217.4 W/m,在供水温度为70℃,采用散热片为末端，供暖部分负荷率约为25%时，系统性能系数为1.99。本文研究可为中深层地埋管地源热泵系统设计及运行提供参考。     

基于线热源模型岩土热物性参数计算方法——以贵阳市开磷城项目为例

地源热泵系统,最主要的就是地埋管换热器的设计;而地埋管换热器的关键,就是确定岩土的热物性参数。结合贵阳开磷城地源热泵系统,基于线热源模型探讨地源热泵系统热响应测试的原理、计算方法和数据处理。分析得出区域内岩土导热系数为10.49W/(m·℃),容积比热容为6.36×106J/(m3·℃);钻孔延米换热量夏季为137.48W/m,冬季为72.85W/m。数据显示该项目适宜采用地源热泵系统。     

地埋管地源热泵系统岩土设计参数取值方法探讨

岩土综合导热系数和延米换热量是浅层地温能资源评价和工程设计所需重要参数,可通过室内测试、现场恒热流试验或稳定工况试验计算、测定。计算时有多种方法可供选择,目前尚无统一规定,受地层、试验条件、个人经验等多方面因素影响,选取恰当的模型和计算方法非常关键。通过实例分析,发现不同计算方法所得岩土综合导热系数结果和实测结果比较,均存在一定误差;采用国标计算法求得的延米换热量绝大多数情形下会高于实测值。在项目设计和实际应用中,应根据具体运行工况进行计算和测试,以得到最接近的设计参数。     

井陉县奥陶系灰岩浅层地温能开发利用潜力研究

为研究井陉县奥陶系灰岩所蕴藏的浅层地温能,在井陉县的河谷内实施热响应试验钻孔一眼,测试了其岩土体物理力学、热物性参数及地温场特征,发现该地区10 m以深平均地温达到了16.77 ℃,夏、冬季工况测试条件下单位延米换热量分别为68.38、65.78 W/m。通过选取地下水位埋深、地下水流速等8项指标对井陉县进行了地埋管地源热泵适宜性评价,将评价区划分为较适宜区、适宜区和不适宜区,其中较适宜区面积为244.12 km²,占总面积的16.82%。在此基础上对较适宜区进行了资源潜力评价,计算了其资源潜力及节能减排能力。为了更好的验证井陉县奥陶系灰岩所蕴藏的浅层地温能具有开发利用价值,安装了相关配套应用工程及监测设备,监测了在不同工况测试条件下的耗能量,通过与普通家用空调耗能量进行对比分析,使用地埋管地源热泵年运行成本约为使用空调成本的55%,具备开发利用价值。     

地源热泵系统地下换热结构体合理间距确定

地源热泵系统依靠地埋管换热孔、抽水回灌井等结构体实现换热、取热、储热,地埋管换热孔间距、抽水回灌井间距对地源热泵系统运行是否真正节能起着非常关键的作用。从研究地埋管周围岩土体温度变化对单孔换热功率的影响着手,分析影响传热、换热的因素,提出一个确定地埋管间距的经验公式;研究抽水回灌井之间水热传递和运移方式,提出一个确定抽水回灌井间距的经验公式,可供工程应用参考。     

间歇运行工况地源热泵系统的模拟

利用数值模拟方法建立了地源热泵竖直U型埋管非稳态温度场的三维数学模型,并把U型埋管回水温度与建筑物负荷结合起来,首次建立了地源热泵系统动态模型.根据模型可以得到一个周期地源热泵间歇运行工况土壤的温度分布、每米换热量和热作用半径等参数.     

层次分析法在武汉都市发展区地埋管地源热泵适宜性分区评价中的应用

采用层次分析法对武汉都市发展区地埋管地源热泵进行适宜性分区,选取第四系厚度、浅层地质结构分区、有效含水层厚度、地下水发育程度、分层地下水水质、地层平均热传导系数、平均比热容、地层每延米换热量、钻井条件、成孔单价等10项作为评价因子。评价结果为武汉市都市发展区基本都适宜地埋管地源热泵系统建设,其中武昌白沙洲、汉阳中南轧钢厂、汉南纱帽局部地区为不适宜区。     

地源热泵系统地层埋管换热实验分析

地源热泵系统就是利用地层岩土蓄冷或蓄热,通过植入到地层中的埋管换热器与岩土进行热量交换实现热泵运行,地层温度稳定,影响因素较少。文章介绍了邢东矿安全生产调度指挥中心大楼中央空调系统的设计、实施及效果,通过热工实验测试数据证明地层埋管、换热无论是冬季取热还是夏季冷却,运行稳定,效果较高。     

砂土层占比对双U型地埋管换热器换热性能影响研究

以西安两处地源热泵项目为工程背景，基于恒热流线热源模型和斜率法，对双U型地埋管换热器(DUBTHE)开展现场岩土热响应试验(TRT),分析了砂土层占比、管径对DUBTHE换热性能的影响。结果表明：当砂层占比分别为16.71%,45.99%时，其岩土初始平均温度、综合导热系数分别为17.70℃,1.54 W/(m·K)和18.83℃,1.79 W/(m·K);通过权重法计算的岩土综合导热系数是现场TRT测得的1.15～1.25倍；当砂层占比由16.71%增加到45.99%时，岩土初始平均温度和综合导热系数分别提高了6.38%和16.23%,并随着管径由25 mm增大到32 mm时，夏、冬季单位延米换热量分别提高了12.76%和35.61%;当砂层占比小于45%且地源热泵系统冷热负荷接近时，宜采用DN25 DUBTHE,当砂层占比大于45%且地源热泵系统热负荷大于冷负荷时，宜采用DN32 DUBTHE。     

地埋管地源热泵技术在贵州岩溶地区的应用研究

地埋管热泵技术是采集地表以下200 m深度内的浅层地热能进行供热制冷的新型能源利用技术,而该技术在贵州碳酸盐岩分布区的应用和推广之所以受到制约,其主要原因是岩溶地层中建造垂直换热孔的难度大、成本较高。通过贵州省有色科技大楼附楼采用垂直地埋管式与基础桩螺旋盘管式有效组合的换热系统,在岩溶一般至中等发育的碳酸盐岩地层中开发利用浅层地热能的成功经验的介绍,为地埋管热泵技术在贵州岩溶地区的应用和推广提供参考。     

地热储层单裂隙岩体渗流传热数值模拟研究

研究地热储层裂隙岩体中的渗流传热过程对干热岩地热资源的开采具有重要的意义。本文以干热岩地热工程为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对地热储层单裂隙岩体中渗流传热机理进行了研究,并分析了流体注入速度和温度对岩体温度场的影响及其对干热岩地热工程的影响。研究发现流体参数对岩体温度场的影响主要体现在2个方面:一方面是对岩体温度场受扰动区域以及幅度的影响,另一方面是对岩体温度场达到稳态所需要时间的影响。流体注入速度的提升会降低系统的寿命和寿命期的出口法向总热量值,当考虑出口法向总热通量时,存在最佳流体注入速度,本研究中最佳流体注入速度为0.011 m/s。流体注入温度的提升会增加系统的寿命和系统的出口法向总热通量和总热量。研究为干热岩自热资源的开发与利用提供了理论依据,为工程运行参数的设计提供了参考依据。     

呼和浩特地热能开发利用现状及前景分析

从呼和浩特的地热能能源禀赋出发,概述该地区地热能的开发利用现状,运用SWOT分析法分析地热能产业发展的优势、劣势以及面临的机会和不利条件,对地热能产业的发展进行展望,并有针对性地提出了促进地热能开发利用的对策。结果表明,呼和浩特地区有丰富的地热资源,但目前的开发利用程度很低。近期应重点开发利用浅表层地热资源,大力发展地源热泵空调在建筑采暖、制冷中的应用。未来地热能在中、低温双循环发电,工业干燥、脱水加工,农业种养殖业的应用前景也十分广阔。     

淮南矿区地热地质特征与地热资源评价

为了探索淮南矿区地热地质特征和矿井深部热害防治对策,系统收集和分析了淮南矿区钻孔井温测井资料,基于近似稳态测温数据,拟合了测温孔孔底温度校正曲线,对简易井温测井钻孔孔底温度进行了校正;采用浅钻孔测温法,对井下巷道围岩温度进行了测定;计算了各井田的地温梯度,并结合110块煤系地层煤岩样品的热导率测试结果,计算得出淮南矿区的大地热流值,编制了淮南矿区现今地温场、地温梯度和大地热流分布图,在此基础上,系统论述了该区现今地温场、地温梯度和大地热流的展布趋势以及煤系岩石的热物理性质,探讨了地温场分布的构造控制作用,并对矿区地热资源进行了评价。研究结果表明:①淮南矿区测温井底温度恢复与静井时间符合指数函数关系,并据此建立了简易井温测井钻孔孔底温度变化的校正公式;②淮南矿区地热参数表现为地温梯度为1.00～4.00℃/hm,平均值为2.8℃/hm;大地热流值变化在31.87～92.68 mW/m~2,平均值为65.50 mW/m~2;-500 m水平平均地温为29.96℃,-1 000 m水平为41.84℃,-2 000 m水平为69.62℃;岩石热导率在0.37～5.22 W/(m·K),平均值为2.93 W/(m·K);③平面上地温梯度、地温场、大地热流总体呈现为西低东高、南低北高的分布趋势;④矿区现今地温场和大地热流分布主要受控于地质构造,表现为褶皱型、逆掩断层阻热型和导水断层传热型3种构造控温模式;⑤基于地热资源评估,该区热储层地热资源量为2.32×10~(16) kJ,可采热能储量为2.64×10~(15) kJ,矿井水和矿井回风余热资源量为0.97×10~(13)～1.26×10~(13) kJ/a,是一个可再生的低温热源,潜在效益显著。研究成果为淮南矿区深部煤炭开发热害防治和地热资源综合开发利用提供了地质依据。加强煤矿区深部地热资源和矿井余热资源的评价、利用研究,应是煤矿区可持续发展的方向之一。     

地源热泵发展概况与施工技术

我国经济发展迅速,对能源的需求也越来越大,传统化石能源已不能满足使用要求。地源热泵技术作为一项节能、环保、高效的能源形式已越来越受到重视。地源热泵利用水与地能进行冷热交换作为冷热源。地源热泵施工包括现场踏勘、系统设计、换热器埋设、钻井回填、系统安装等程序。通过优化组合系统各个因素,可使系统达到最好的使用要求。地源热泵系统和太阳能等可再生能源形式联合使用会达到更好的使用效果。     

干燥巷道围岩传热对平巷风流温度影响研究

井下巷道中的风流温度受到多种因素的影响,如原岩温度、围岩传热性能、风流与围岩的热交换时间、其他热源等,其中围岩传热起主要作用。为分析围岩传热对风温的影响,以干燥巷道为例,根据巷道围岩与风流热交换规律,通过理论计算,分析水平巷道围岩与风流热交换对风温变化的基本影响规律,为矿井通风设计提供较精确的预测值,使矿井通风设计更精细。     

许疃煤矿地温分布规律及热害预测分析

通过收集整理矿井内地温资料及井下采样分析测试岩石热物理参数,利用基于有限元的Comsol Multiphysics数值模拟,分析主采区的地温分布特征及致热因素,并将实测温孔与数值模拟对比验证,研究许疃煤矿地温分布规律及其影响因素。同时计算获取研究区内大地热流值,绘制矿井热害影响程度分区图,预测受热害影响的范围,为煤矿下一步的热害防治提供有针对性的对策。     

A NEW COMPUTATION METHOD FOR THE UNSTEADY HEAT TRANSFER COEFFICIENT IN A DEEP MINE

In mine geothermal prediction, the unsteady heat transfer coefficient is an Important parameter for heat transfer computation between country rock and mine airflow. In this paper, the rock temperature distributions in the geothermal fields have been derived in mathematics, the unsteady heat transfer coefficients that can expound the relation between its nature and influencing factors have been derived also based on this analytic formula. It is shown both by numerical simulations and through in situ measurements that the new computation method for determining the unsteady heat transfer coefficient is accurate, rapid and simple.     

基于热管输热的矿井地热危害控制试验研究

我国矿山资源需求增大,矿井开采深度不断加深,井下地热危害日趋严重,影响了矿井安全生产。针对现有热害控制技术存在深层矿井工作面降温效果不明显,无法有效控制井下热害的问题,利用热管的高效传热特性,建立了采用动力型热管的热害控制系统并搭建了试验平台,用以模拟井下热源环境以及系统热量、冷量传递输运过程。结合矿井实际环境,测试分析了动力型分离式热管降温系统换热的影响因素。结果表明:在蒸发器和冷凝器迎风风温36.5℃和18℃、冷凝器风速3 m/s、溶液泵频率20 Hz、充液率51%的条件下,蒸发器的吸热量随着风量的增加而升高;在蒸发器迎风风温42.8℃、风速2 m/s、冷凝器风温18.8℃、风速3 m/s、溶液泵频率20 Hz的条件下,最佳充液率取值区间为51%~60%;蒸发器各参数不变,当冷凝器迎风温度为16.5℃、风速为2.5 m/s、充液率为67%时,换热量随着溶液泵频率的增加先升高后稳定不变;两换热器距离为4~10 m时,温度和风速变化对系统换热效率影响很小。研究结果反映出动力型分离式热管降温系统可有效改善深井工作环境,使井下高温热害得到有效控制。     

山东省五莲县松柏地区地热田地温场特征及成因研究

山东胶南地区地热资源丰富,为提高地热水的开发利用效率以及指导后续勘查工作,以松柏地热田为研究对象,分析其地温场特征及成因。研究表明:松柏地区浅部地下水沿松柏—叩官断裂快速径流带走了大部分热量,加之与之相交的松柏—小王疃断裂和周边由于富水性较差,深部热流上涌使断裂周边形成高恒温带区;松柏地区热水富集部位主要为断裂破碎带及不同岩体接触带,热储类型为裂隙带状热对流型热储,地热资源的赋存和分布受断裂带及不同岩体接触带控制。