同轴开式地热单井换热器性能分析

文章针对具有开式结构的深井换热器(Open-loop Borehole Heat Exchanger,OBHE)建立了数值模型,研究了其在建筑供暖利用方面的性能表现。将OBHE与闭环结构的深井换热器(Deep Borehole Heat Exchanger,DBHE)进行了对比。分析了OBHE在单个以及多个供暖季的性能表现,研究了包括井径、含水层渗透率、岩石导热系数在内的因素对OBHE换热性能的影响。结果表明:两种形式的地热单井的运行特性相似,单井的换热功率以及出口水温都随着时间逐渐下降;OBHE在第1和第10个供暖季的平均换热功率分别为485.2 kW和451.3 k W,而DBHE则分别为431.2 kW和391.1 kW,OBHE的换热能力比DBHE更好;OBHE的换热功率和出口温度随着孔径、岩石导热系数、含水层渗透率的增大而增大。     

中深层地热地埋管实际运行影响因素研究

为研究中深层地热地埋管运行的影响因素,分析西咸新区中深层地热地埋管供暖系统的长期运行结果,并结合关中地区地质数据,建立深度为2510 m的中深层地埋管换热器全尺寸模型,采用数值模拟法研究实际岩层分布下地埋管的运行、结构和材料因素对其取热能力的影响。结果表明,西咸新区某项目1号地埋管和2号地埋管两个地埋管,其平均取热功率均在310 kW以上,具有优良的取热能力。地埋管进水温度随季节变化明显,并引起用户侧负荷及热泵回水温度的波动。在结构方面,随内管径由63 mm增至125 mm,平均出口水温和换热功率分别降低1.9%和4.8%,但内管径过小将影响内管运行的安全性,综合安全和换热两方面因素,最佳内管径应选取ϕ110 × 10mm规格;随外管径由168.3 mm增至244.5 mm,平均出口水温和换热功率分别增加3.5%和9%,综合成本和换热两方面因素,最佳外管径应选取ϕ 177.8 × 19 mm规格;在运行方面,地埋管出口水温随着流量的增加而减小,换热功率随着流量增加而增加;出口水温随着进水温度的升高而上升,换热功率也随之减小。在材料方面,减小内管导热系数和增加固井材料导热系数均能增加地埋管出口水温和换热功率,考虑换热功率变化和成本因素,在工程中导热系数为0.42 W/（m∙K）的内管和导热系数为3 W/（m∙K）左右的固井材料。     

Solar multi-mode heating system based on latent heat thermal energy storage and its application

为克服太阳能间断性和不稳定性的缺点进而实现太阳能集热与采暖的能量供需调节和全天候连续供热,提出了基于相变储热的太阳能多模式采暖方法（太阳能集热直接采暖、太阳能集热采暖+相变储热、太阳能相变储热采暖）,并在西藏林芝市某建筑搭建了太阳能与相变储热相结合的采暖系统,该系统可根据太阳能集热温度和外界供热需求实现太阳能多模式采暖的自动控制和自动运行。实验研究表明：在西藏地区采用真空管太阳能集热器可以和中低温相变储热器很好地结合,白天储热器在储热过程中平均储热功率为10.63 kW,储热量达到92.67 kW·h,相变平台明显;晚上储热器在放热过程中供热量达85.23 kW·h,放热功率和放热温度平稳,储放热效率达92%,其储热密度是传统水箱的3.6倍,可连续供热时间长达10 h,从而实现了基于相变储热的太阳能全天候连续供热,相关研究结果对我国西藏地区实施太阳能采暖具有一定的指导作用。     

U型井取热不取水地热开采潜力及影响因素分析

取热不取水井筒闭循环采热工艺是开采地热水低产区、地热尾水回灌难地区地热资源的有效方式。为了研究U型井式闭循环地热系统对中低温砂岩地热资源的可持续开采能力,文章以河北任县已有的地热地质数据和短期供暖数据为基础,使用井-储耦合模拟程序T2WELL对U型井采热能力进行数值分析,探究U型井式闭循环地热系统对该研究区地热供暖的可持续潜力。此外,定量分析了不同关键工程参数对U型井提热能力的影响,以指导设计合理的U型井取热不取水地热开采方案。结果表明：U型井地热开采系统的产流温度和提热功率在同一个供暖季内随时间降低,在连续多个供暖季内也随时间降低,其变化趋势为先快后慢。基于文章模型研究,确定U型井式闭循环地热系统最适合的注采流量、回灌温度、水平井长度分别为60 m3/h,10℃和400 m。     

西安中深层U型对接换热井取热能力及热影响半径

中深层地热能井下换热技术是一种环保的地热能开发利用技术,U型对接换热井为重要类型之一,取热能力和热影响半径是这一技术应用推广的关键问题。文章以西安某2 500 m深、水平段长200 m的U型对接换热井为研究对象,基于实测地层温度和围岩热物性参数,通过原位测试及数值模拟技术,分析换热井的取热能力,探讨换热过程中围岩地层温度变化特征及范围。结果表明：目标换热井30 a可持续取热功率达750 kW,平均换热功率为144 W/m;围岩地温衰减程度和范围随着取热功率增大而增大;换热井不同深度热影响半径不同,深部地层整体大于浅部,750 kW取热功率下取热30 a最大热影响半径超过100 m,换热井进、出水井间存在一定程度的热干扰。     

地下热流固耦合对EGS热开采的影响

人工热储的孔隙率及渗透率在增强型地热系统（EGS）地下热开采过程中受温度（T）、水力（H）、应力（M）的综合影响。本文建立了EGS热开采过程THM耦合的三维计算模型,并采用局部非热平衡假设处理液岩对流换热。对一理想的五口井EGS系统采热过程进行了THM模拟计算,分析了岩石温度、孔隙压力对岩石应力场的作用机理,进一步研究了应力场对EGS采热性能的影响。结果表明,开采过程中岩石应力场为热储内孔隙压力和温差综合作用的结果,由孔隙压力造成的岩石应力为压应力,仅集中于注入井附近,由岩石温度变化引起的热应力为拉应力,随着热开采区域的扩展而扩展。液−岩温差是触发工质与岩石热交换的动因,同时也是产生热应力的根本。     

深井地埋管换热器配置参数模拟计算研究

针对深井地埋管换热系统运行原理,根据地埋管换热器热阻-热容优化模型,建立深井地埋管井孔内、外非稳态柱坐标传热模型。基于环渤海湾盆地埋深1 000～2 000 m热储层水文地质条件,采用双连续介质空间耦合有限元数值计算方法,分析深井地埋管典型配置参数取值对于地埋管换热性能的影响程度。研究结果表明：深井地埋管换热性能随着系统运行时间的推移出现衰减趋势,至供暖季末期(120.0 d)深井地埋管换热量下降20%左右;当深井地埋管循环水量由10增大到60 m³/h时,深井地埋管平均换热量提高150.80 kW,同时循环水泵耗功率也相应提高26.00 kW;深井地埋管埋深由1 600提高到2 400 m时,平均换热量提高113%,耗功率提高50%;当进水套管直径由168提高到299 mm时,平均换热量提高10%,耗功率降低27%。     

太阳能直供毛细管末端辐射供暖系统的实验研究

描述太阳能直供毛细管末端辐射供暖系统,并通过实验对室内热环境进行分析,结果表明晴天工况时,毛细管壁面温度响应较快,全天实验房间平均温度比非采暖房间平均温度高4.5℃左右,关闭太阳能集热循环泵3h后,单位面积毛细管供热功率仍能基本满足实验房间的平均采暖热负荷.全天室内热舒适性较好,温度基本达到设计计算要求.实验结果为天津地区低能耗建筑应用此套系统的可行性提供了参考.     

中深层地热单井循环系统传热强化方法研究

针对中深层地热单井循环系统井内热贯通导致的换热功率低的问题,提出一种内管末端变径的井下传热强化方法,并建立数值模型,利用FLUENT进行为期30 d的模拟计算。结果表明,采用内管末端变径的方式能有效增强地下水“互动”,充分利用含水层的高温来提高单井换热功率。将井下换热分为导热区和采灌区两部分,随着封堵比例的增加,抽水中的含水层补给占比增加,且采灌区换热功率在系统换热功率中的占比逐渐增加。当封堵比例增大到100%时,采灌区换热功率达到导热区的1.76倍,井口出水温度可基本稳定在58℃,系统换热功率稳定在约995.46 kW,相较于内管等径系统,换热功率可提高84.71%。同时,单井循环系统仅导热区的延米换热量就可达到154.23～216.89 W/m,超过了闭式同轴套管换热系统稳定运行的最高延米换热功率,而系统换热功率可达到闭式系统的3.57～6.60倍,在单井换热系统中具有显著优势。     

光热吸储系统填充床多孔结构参数研究

为了对基于二次反射式聚光集热系统的光热吸储系统的建设提供理论支持,针对带有循环风机的光热吸储系统开展数值模拟和参数化分析研究。根据能量守恒方程,建立了岩石填充床的一维二相瞬态传热模型,通过MATLAB软件模拟了一个月的储热放热过程,以储热、放热、吸收效率,太阳能-〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗转换比和平均出口空气温度作为系统热性能的评价指标,分析岩石颗粒直径和孔隙率对系统热性能的影响。结果表明：在30次循环结束后,系统达到稳定运行状态;岩石颗粒直径的变化对系统热性能影响较小,颗粒直径从0.03 m增至0.05 m,孔隙率、储热效率、放热效率和太阳能〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗转换比下降幅度均在2%以内,平均出口空气温度由1 120 K降至1 100 K;岩石孔隙率的变化对系统热性能影响较大,孔隙率从0.8降至0.4,储热效率由96%增至98.8%,放热效率由97.9%降至92.7%,但吸收效率和太阳能-〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗转换比变化幅度在0.9%内,平均出口空气温度由1 131 K降低至1 122 K。     

地热井在不同注水和出水条件下热采效率优化研究

基于地热开采概念模型,采用3DEC程序计算分析不同注水和出水的三口地热井对岩体温度场、地热井温度场,及地热井出口水温影响的规律。结果表明：1）中部为注水井或生产井,边缘为生产井或注水井,模型达到稳态时生产井出口水温最低,且几乎相同;2）由于邻近两口生产井抽取水流过程中通过之间的岩体发生热量叠加效应,使其出口水温大幅提升,此时生产井出口水温最高, 同时模型达到稳态所需的时间最长;3）当两口邻近注水井,生产井水流速增大1倍时,其水流传热量增多致其出口水温有所提升,同时模型达到稳态所需的时间最短;4）根据生产井出口水温由高到低,模型优化顺序为两口邻近生产井>两口邻近注水井>两口间隔生产井=两口间隔注水井。     

Study on a compact silica gel–water adsorption chiller without vacuum valves: Design and experimental study

A compact silica gel–water adsorption chiller without vacuum valves was manufactured and experimentally studied. This chiller contains two adsorption/desorption chambers and one chilled water tank. Each adsorption/desorption chamber consists of one adsorber, one condenser and one evaporator. The chilled water tank is adopted to mitigate the variation of the chilled water outlet temperature. A mass recovery-like process, which is a heat recovery process between the two evaporators, was carried out in this chiller. A novel heat recovery process was also fulfilled after the mass recovery-like process to improve the coefficient of performance (COP). The cooling power and COP were 9.60 kW and 0.49 respectively when the average hot water inlet temperature, cooling water inlet temperature, and chilled water outlet temperature were 82.0, 31.6 and 12.3 °C, respectively.     

A small-scale silica gel-water adsorption system for domestic air conditioning and water heating by the recovery of solar energy

A small-scale silica gel-water adsorption system with modular adsorber, which utilizes solar energy to achieve the cogeneration of domestic air conditioning and water heating effect, is proposed and investigated in this paper. A heat recovery process between two adsorbers and a mass recovery process between two evaporators are adopted to improve the overall cooling and heating performance. First, the adsorption system is tested under different modes (different mass recovery, heat recovery, and cogeneration time) to determine the optimal operating conditions. Then, the cogeneration performance of domestic cooling and water heating effect is studied at different heat transfer fluid temperatures. The results show that the optimal time for cogeneration, mass recovery, and heat recovery are 600 s, 40 s, and 40 s, respectively. When the inlet temperature of hot water is around 85°C, the largest cooling power and heating power are 8.25 kW and 21.94 kW, respectively. Under the condition of cooling water temperature of 35°C, the obtained maximum COP_c, COP_h, and SCP of the system are 0.59, 1.39, and 184.5 W/kg, respectively.     

Experimental investigation of the performance of a solar‐assisted ground‐source heat pump system for greenhouse heating

The main objective of the present study is to investigate the performance characteristics of a solar‐assisted ground‐source heat pump system (SAGSHPS) for greenhouse heating with a 50 m vertical 1¼ in nominal diameter U‐bend ground heat exchanger. This system was designed and installed in the Solar Energy Institute, Ege University, Izmir (568 degree days cooling, base: 22°C, 1226 degree days heating, base: 18°C), Turkey. Based upon the measurements made in the heating mode, the heat extraction rate from the soil is found to be, on average, 54.08 Wm^?1 of bore depth, while the required borehole length in meter per kW of heating capacity is obtained as 12.57. The entering water temperature to the unit ranges from 8.2 to 16.2°C, with an average value of 9.1°C. The greenhouse air is at a maximum day temperature of 25°C and night temperature of 14°C with a relative humidity of 40%. The heating coefficient of performance of the heat pump (COP_HP) is about 2.13 at the end of a cloudy day, while it is about 2.84 at the end of sunny day and fluctuates between these values in other times. The COP values for the whole system are also obtained to be 5–15% lower than COP_HP. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

采用复合吸附剂和高效吸附床的吸附制冷机性能测试

利用平行流换热器和自制的硅胶/氯化钙复合吸附剂研制了一台小型吸附式制冷样机,并对样机进行了试验测试。测试结果表明:相对于硅胶吸附制冷样机,复合吸附剂吸附制冷样机的COP和制冷功率都有了明显的提高;在热源温度为90℃,冷却水温度为35℃,冷冻水进口温度为16.5℃、出口温度为14.4℃,吸附10min,脱附5 min的运行工况下,在整个循环周期内(15 min),制冷功率为1.03 kW,SCP为128.3 W/kg,COP为0.29;在吸附周期内(10 min),制冷功率为1.54 kW,SCP为192.4 W/kg,样机的能量密度为10.3 kW/m3,平行流换热器的换热系数为472.3 W/(m2.K)。     

动力循环中混合工质的应用研究

采用沸点不同的混合物，由于工质吸热蒸发是变温过程，使热源的放热过程与混合工质的吸热过程曲线更好的配合，最大限度地降低传热过程中的不可逆损失，同时热源的放热温度可以大大降低，根据混合工质的这一特点，设计了以氨-水混合物作为工质电冷联合生产的新型热力循环。该热力循环可以利用低温热源，如地热，低温太阳能，电厂废热等。对这一热力循环的经济性分析证明；该系统循环效率比单一工质效率高。     

基于TRNSYS的CPC集热器太阳能热水系统的模拟分析

通过TRNSYS软件搭建了复合抛物面聚光器(CPC)集热器太阳能热水系统模型,对广州地区某小型别墅的太阳能热水系统进行了设计,并观察系统在1年(8760 h)中的运行情况。选取了系统在4个典型日的运行情况进行分析,得到了CPC集热器在春分日和冬至日的最高出口温度分别为67.5℃和68.2℃,在夏至日和秋分日的最高出口温度分别为85.7℃和83.3℃。CPC集热器的集热效率随进口流量的增大而增大,随进口温度的下降而升高;经测试,CPC集热器的最佳安装倾角为22°。对CPC集热器和平板集热器的集热性能进行比较后发现,二者的集热功率基本均随太阳辐照度的增加而增加,在冬至日12:00~15:00这个时段,CPC集热器的集热功率是平板集热器的1.5倍。     

电站锅炉烟气余热利用与空气预热器综合优化

针对常规电站锅炉余热利用系统中低温省煤器入口烟气温度的限制,对锅炉尾部受热面进行综合优化,将空气预热器分两级布置,在两级空气预热器之间布置低温省煤器;并通过改变Ⅱ级空气预热器出口空气温度,优化低温省煤器所处的烟气温度范围,从而得到热力学最优工况;最后结合技术经济性分析,得出符合工程实际的综合优化结果.结果表明:通过空气预热器分级设计和合理设定关键运行参数,在热力学最佳方案下机组供电煤耗降低约6.7g/(kW·h),结合技术经济性分析,在年平均运行5 500h工况下,每年净收益可达2 100余万元,经济效益显著.