多流场耦合的单井循环换热地能采集井物理场分析

作为同井回灌水源热泵的一种形式,单井循环换热地能采集井非达西效应时渗流场的研究对高效地利用浅层地热能亦具有重要意义。建立Stokes-Forchheimer-Darcy流多流场耦合的流场-温度场数学模型,利用该模型分析算例的物理场,包括温度场及水动力场时空变化规律、出水温度随时间的变化规律。其结果为今后进一步研究单井循环换热地能采集井奠定理论基础,也为有效利用单井循环换热地能采集系统提供科学依据。说明开发利用同井回灌水源热泵对于节约能源、降低碳排放、提高同井回灌水源热泵的工作效率具有重要价值。     

岩溶含水层地下水源热泵运行对地下水温度场的影响

为探究岩溶含水层水源热泵运行期间地下水温度场变化规律,以武汉市某场地地下水源热泵系统为例,基于有限元数值模拟软件FEFLOW,分别模拟了水源热泵空调制冷和制热期间抽水-回灌目的含水层中的渗流场和温度场,并对表征岩溶发育的重要参数储水系数和孔隙度进行敏感性分析。模拟结果表明,地下水源热泵运行仅影响回灌井附近地下水温度,不会对区域含水层温度产生影响;而表征岩溶发育的典型参数储水率和孔隙度,对模拟结果的影响不大。     

常温注水井对含水层热贯通的影响机理分析

为探究常温注水井对水源热泵热贯通现象的影响,利用FlowHeat1.0软件模拟了3组情景下含水层渗流场、温度场时空分布特征,并分析了常温注水井对含水层热贯通的影响机理和抽水井水温变化规律。结果表明,常温注水井通过减小回灌井、常温注水井之间的水力坡度和延长地下水渗透途径的方式达到缓解热贯通的效果;回灌井、常温注水井流量比相同时,常温注水井在抽灌井连线的位置对含水层热贯通的影响小;抽灌量不变时,常温注水井与回灌井的流量比越大,常温注水井缓解热贯通的效果越明显;在有利地下水回灌的水源热泵系统中,布设常温注水井能有效地降低含水层热贯通程度。     

基于Fluent/Matlab的地下水流速对顺流模式热泵性能的影响分析

地下水源热泵系统在地下水顺流模式下,不同的地下水横流速度对热泵性能参数的影响不同:顺流水流速越小,系统发生热贯通时间越晚;流速越大,发生热贯通时间越早。地下水横流流速度越大,热泵机组的COP越大,系统能效比越大。随着地下水横流流速增大,垂直顺着水流方向上温度场变化区域逐渐减小,为了减少井群占地区域,顺流模式下同类井群间距可以适当减少。     

井对间距与含水层采能区温度场的演化关系

抽、灌井对之间的距离是地下水源热泵采能工程设计中的重要参数之一。该文应用数值模拟的方法对不同井对间距条件下地下含水层采能区温度场的演化进行了定量模拟,并对地温场的演化规律与井对距离之间的关系进行了理论分析。研究结果表明,抽、灌井对距离越大,抽水井温度变化速度越迟缓,且温度变幅越小。其原因是:井对距离越大,渗流区水动力影响范围越大,抽、灌区等效渗流速度越小,回灌水向抽水井运动过程中散热(吸热)越充分。     

冷热负荷失衡条件下采能区地温场的模拟研究

以北京某地下水源热泵空调系统为例,利用地下水、热耦合数值模型技术,对冷、热负荷严重不平衡条件下地下水抽灌场地温度场的年内和年际变化进行了定量模拟预测研究,并对系统长期运行的可行性进行了论证.研究结果表明:抽水井和回灌井之间的距离相对较大,抽灌井之间的"热突破"程度较低;由于空凋系统的供暖负荷显著大于制冷负荷,抽灌区温度场将呈逐年下降趋势;抽灌场地是一个开放的系统,不断与外界发生能量交换.随着热泵空调系统的长期运行,抽灌区的温度下降速率越来越小,地温场渐趋稳定;由于热泵系统的年内冷、热负荷存在严重失衡,进而对热泵系统的运行效率将产生一定影响.     

浅层地温能开发与地下水环境影响模拟预测

为了合理地开发利用浅层地温能并保护地下水环境,针对地下水源热泵工程应用中出现的热贯通现象和地下水开采引起的地层变形问题,同时将地下水渗流场、温度场和地层变形量均作为评价内容,建立地下热交换系统模拟数值模型,计算并预测地下水渗流场与温度场的运移趋势及对地下水环境的影响。结合工程场地地下水源热泵系统实例,通过模拟计算,制定采用一抽两灌、100%回灌,并将春秋季及冬季加热卫生用水温度提高1.972倍或多加热1.972倍卫生用水的运行方案,预测结果表明该方案能够有效地避免热贯通问题并控制地层变形量,使地下水源热泵系统能够长期高效运行。研究思路与方法对浅层地温能的合理开发和地下水环境的保护有积极意义。     

地下水源热泵不同布井模式下地下温度场变化模拟分析

针对地下水源热泵抽水井与回灌井布局模式对地下温度场的影响,通过建立地下水流与温度的耦合模型,从抽灌井布置间距及抽灌井数量角度模拟分析了不同布井模式下地下水温度的变化趋势和热贯通发生的基本特性。结果表明,同类井间距对热贯通影响不显著,抽灌井间距对抽水温度及热贯通时间影响较大;从热贯通发生时间来看,抽灌井数量越多热贯通发生的时间越延迟,但从温度偏离度角度分析,系统长期运行后抽灌井数量对抽水温度偏离度影响不显著。     

电厂循环水水源热泵供热系统的热经济性研究

为研究电厂循环水水源热泵供热系统的热经济性,建立了热泵供热系统计算模型,对循环水水源热泵供热与抽汽供热两种方式进行了热经济性比较,引入单位供热负荷功耗差指标定量表征热泵供热的热经济性,提出了采用循环水水源热泵进行供热的可行性判据。对某200 MW典型机组进行了计算,发现供热温度越低、供热负荷越小、供热抽汽压力越大、制热循环效率越高,电厂采用循环水水源热泵供热的可行性越好。     

地下水水源热泵的水源问题研究

地下水是应用地下水水源热泵的前提。文章简单阐述了地下水温度、流量和水质对水源热泵运行效率的影响。介绍了水处理技术和回灌技术，探讨了工程中应注意“热短路”问题。     

地下水源热泵对井抽灌系统回灌能力研究

以西安市某水源热泵系统为例,建立对井抽灌渗流场模型,反演计算抽水过程与回灌过程的渗透系数,模拟分析含水层参数与井参数对热泵系统回灌能力的影响。结果表明:渗透系数是影响回灌能力的重要因素;相同含水层厚度条件下,应优先选择完整井地下水源热泵系统;减小抽灌井距对提高井的回灌能力效果不明显,但会提高发生热贯通的可能性;增大井径可减小抽水和回灌的压力,但会增加井的投资。回扬可显著提高回灌能力,越是回灌困难的系统,回扬效果越明显。     

超长重力热管联合热泵的地热利用系统热力经济性分析

深层地热资源储量巨大,采用超长重力热管取热技术对深层地热资源进行开采,将其与热泵系统联合为用户供热是一种高效利用深层地热资源的方法。针对如何调节不同参数下超长重力热管与热泵联合运行以期获得最佳热力经济性的问题,建立了系统热力经济性模型,研究了热泵系统蒸发温度、超长重力热管热阻、井深、地温梯度以及蒸发器面积不同的情况下系统热力经济性变化规律。结果表明存在一个最佳蒸发温度使供热成本最低,如在地温梯度30℃/km、井深3 000 m的条件下,最佳蒸发温度为-2℃;超长重力热管热阻越小或地温梯度越大时可实现供热成本越低且最佳蒸发温度越高;存在最佳的井深和蒸发器面积使得供热成本最低。研究结果可为优化超长重力热管在开采深层地热联合热泵系统性能方面提供理论指导。     

水源热泵联合市政集中供热的系统设计方案及供热模式分析

针对济南市某住宅小区集中供热负荷不足的情况，提出水源热泵联合市政集中供热的系统设计方案及供热模式，并结合实际项目进行了研究。结果显示：经济性运行方案下，建议平电、谷电时段采用热泵供热，峰电时段采用市政集中供热系统供热模式；统筹经济性稳定性运行方案下，建议采用市政集中供热系统负担50%热负荷+水源热泵系统负担50%热负荷的供热模式，该供热模式下单位面积热指标为38 W/m2,水源热泵能效比为3.73，运行效率较高。为多种热源联合供热运行模式分析提供了参考思路。     

高效换热的CO2水源热泵系统的实验研究

为进一步提高跨临界CO2水源热泵系统的效率,对原有试验台进行改造,建立新的CO2水源热泵系统。新的水源热泵实验台采用新型套管式蒸发器和气体冷却器。在实验中考虑气体冷却器进水温度分别为15、20、25℃3种工况,对CO2水源热泵提供温度为45~70℃热水时系统的性能进行分析。结果发现,采用新型换热器可使热泵系统效率提高。气体冷却器进水温度越低,热泵系统的制热效率越高。降低冷却器出口工质的温度有助于提高系统的制热效率。相同的进出水温度下存在较优的蒸发温度。制取的热水温度越高,热水的质量流量越低。     

单井抽回两用系统在浅层地热能开发中的应用

针对传统的一井抽水多井回灌技术和工艺存在占地面积大、管理不便等问题,在分析目前水源热泵地下能源采集系统问题的基础上,经研究和试验,设计并选择单井抽回两用系统的成井方法,实现了在同一眼井中达到抽取地下水和回灌循环水两种功能.通过设计改进和实际应用及运行,结果表明该系统性能稳定、能量交换效率高、室内温度适宜舒适,达到了预期效果和目的.     

新型水源热泵井水系统的应用

针对传统深井回灌式水源热泵井水系统的种种弊端,提出一种新型水源热泵井水系统方案,解决了提高井水利用率、降低运行费用、缓解井水回灌压力、提高水井使用寿命等问题.     

日间供暖太阳能热泵系统负荷分析及面积优化

以青岛市某公司办公楼太阳能热泵系统为研究对象,通过TRNBuild建立建筑模型,仿真分析同一建筑全天供暖与日间供暖热负荷分布特点,针对建筑日间供暖需求建立太阳能-空气源热泵仿真供热系统,利用TRNSYS软件进行供热季仿真模拟,计算日间供暖集热器最佳设计面积。仿真结果表明：相较于全天供暖,建筑日间供暖热负荷波动更为剧烈,最大峰值约为全天供暖的2倍,针对日间供暖设计的太阳能热泵系统在集热器面积为417 m²时运行经济性最佳,系统COP可达4.1,对应太阳能贡献率为24.7%,供暖季相较于传统空气源热泵可节约电能9 091 kW·h。     

双级热泵耦合相变蓄能器供暖技术应用分析

为提升张家川某中学冬季供暖的热舒适性,采用空气-水源双级热泵耦合相变蓄能器系统,对学校原锅炉房进行热源系统改造。利用Open Studio模拟分析采暖季热负荷,对比不同热泵系统供暖方案模拟结果,并与测试结果进行对比分析。结果表明,利用空气-水源双级热泵耦合相变蓄能器系统不仅满足当地的供暖需求,且相比原系统,改造后的系统运行效果明显提升。系统运行期间校宿舍室内温度达标,系统日耗电量2 614.32 k Wh,空气源热泵机组平均COP为2.56,水源热泵机组平均COP为3.92。空气-水源双级热泵耦合相变蓄能器系统是一种清洁、环保、高效的供暖热源方案。     

北京圣世苑培训中心地热热泵供暖系统研究

该系统充分利用现有的地热井(69℃，120t／h)，采用高温水源热泵的供暖技术，解决了15万m’供暖面积的基本需求。本设计方案旨在彻底解决原有供热系统中地热尾水的余热不能充分合理利用，以及地热水排放温度过高等问题，从而达到节能、环保、节约运行费用的目的。     

热回收型地下水源热泵系统性能研究

设计了一种热回收型地下水源热泵系统试验装置。在设定工况下(冷却水进、出口温度分别为18,29℃,冷冻水进、出口温度分别为12,7℃,生活热水流量为750 L/h),测定了常规地下水源热泵系统和热回收型地下水源热泵系统的制冷量、压缩机功率、COP以及EER,并对其变化规律进行了分析。研究结果表明,与常规地下水源热泵系统相比,热回收型地下水源热泵系统性能有了明显改善,节能效果显著。