中深层地埋管热泵供热系统运行特性实测研究

通过大量工程实测研究,总结了中深层地埋管热泵供热技术的运行特性。中深层地埋管具有出水温度高、取热功率大、长期运行稳定的特点,为热泵系统提供了高品位的低温热源,以提升其运行性能;同时中深层地埋管自身存在间歇蓄热特性,能很好地满足建筑供热需求变化与柔性用能;无级变频热泵机组更适合与中深层地埋管匹配运行,节能减排效果显著;热源侧水系统具有小流量、大扬程,且阻力随着流量变化而大幅度变化的特性。研究结果可为提升该技术的供热性能提供关键指导。

深层埋管换热技术研究热点与发展趋势分析

为动态分析深层埋管换热领域研究热点与前沿发展趋势,运用可视化知识图谱分析软件,将近23年CNKI和WOS数据库中与深层埋管研究相关的学术性文献作为数据源,分别从发文量、国际核心机构和关键词等进行文献计量与内容分析,解析该领域的研究热点和前沿分析。研究结果表明:2000年以来深层埋管研究领域的文献发文量逐步上升,核心作者及机构之间的合作仅为单线或团队内部之间,跨机构之间较少;研究热点和趋势具有阶段性特征,不同阶段的研究重点不同。随着地热能+、“双碳”目标和“十四五”可再生能源发展规划等一系列战略决策及清洁能源高效利用理念的提出,深层埋管换热领域的研究热点更聚焦于交叉学科的渗透和技术方法的创新,国内深层埋管换热技术未来的发展趋势表现为开采技术突破、换热器类型及材质方面的创新与探索、研究方法优化和外扩中深层地热、综合效益评价等新的研究方向,国外则侧重于换热性能、热泵系统、深层埋管换热器和数值模拟等方向。相关数据可为深层埋管换热技术相关学者的研究工作提供借鉴。

土壤源热泵地埋管侧水系统优化运行研究

本文基于江苏无锡某典型厂房土壤源热泵空调项目的实测数据,以地源侧系统总能耗最低为目标,构建设备模型对地源水泵运行工况进行优化,并与两种传统控制策略的运行效果进行对比,据此提出进一步的优化建议。结果表明:基于负荷的优化控制策略,其节能效果要明显优于定频控制策略,冬夏季典型测试日平均节能率分别为28.33%和13.27%,相比于5℃温差变频策略节能了3.61%和2.21%。适当增大地埋管的埋管深度或管径,可以进一步提升该优化控制策略的节能效果。传统的定温差控制策略在负荷率大于60%时,可在5℃基础上将温差增加1~5℃以提升节能效果。

基于改进粒子群算法的中深层地源热泵供暖系统运行优化

构建变工况运行且包含蓄热装置的中深层地源热泵供暖系统,基于改进粒子群算法,分别以运行费用、系统COP和地热能利用系数为目标函数对系统运行进行优化,并对优化结果进行比较和分析。结果表明:对应目标函数优化后的运行费用、系统COP和地热能利用系数分别为279.27元、6.4420和0.8527。以系统COP为目标函数的优化效果与运行费用相反,而与地热能利用系数相近。

地埋管换热系统改造项目关键技术节点施工工艺研究

天津某管业公司建筑原采用常压燃气热水锅炉供热和分体式空调供冷,现拟以浅层地热能为基础能源对原供热制冷系统进行改造,施工前首先通过现场岩土热响应试验、地下管线探测等查明施工场地岩土体结构和换热能力,掌握地下综合管线的分布,并对建筑单位冷热负荷指标校正。重点阐述地埋管换热系统施工过程的关键技术节点,即竖直换热孔钻进、下管、回填及水平管线连接等,为类似改造项目提供参考。

关中地区中深层地埋管换热器长期运行性能研究

我国关中地区地热资源丰富,中深层地热能供暖技术具有广阔的应用前景,而地质参数是影响中深层地埋管供暖系统性能的决定性因素。针对陕西关中地区中深层地埋管供暖性能展开研究,通过梳理关中地区咸阳市兴平市、咸阳市渭城区、西安市高陵区、西安市鄠邑区、西安市长安区5个典型区域的地质参数,结合典型地埋管结构参数,对长期运行下的换热器性能及热作用半径变化规律进行模拟计算。结果表明,不同地区换热器运行之初的性能变化较为显著,但均在经过5 a左右运行后趋于稳定。地埋管深度从2000 m增至2500 m时,出口水温有着明显的提升,同一时刻下出口水温的涨幅可达8%,各采暖季末的出口水温随深度增加的变化更为显著。由于长期运行,年平均取热功率呈现下降趋势,20 a内的总降幅为11%~12%;随着换热器埋深的增加,取热功率涨幅可达41.41%~53.23%。热作用半径受埋深的影响不显著,不同埋深管道运行20 a后的井底最大热作用半径均在50 m左右;土壤温度受与换热器距离及运行时长的影响更大,距离20 m以内的土壤温度呈现明显的波动下降趋势,而距离在60 m以外的土壤温度在20 a的运行期内降幅很小。此外,由于具有大厚度新近系张家坡组(N2z)和新近系蓝田-灞河组(N2l+b)的地质条件,西安市鄠邑区、高陵区以及咸阳市兴平市等地区地埋管的出口水温、取热功率较高,更适宜开展中深层地热能供暖利用。研究成果有望为关中地区中深层地热能高效利用提供参考。

近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究

为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。

防护工程复合埋管式热泵系统性能分析

防护工程内信息化设备散热量大,余热会导致工程内部温度升高、设备失效甚至瘫痪。结合垂直埋管运行高效和水平埋管成本低廉的优势,采用复合埋管式地源热泵系统处理工程内余热以及口部潮湿问题,计算工程内通信机房和办公大厅的全年逐时负荷;利用TRNSYS仿真软件构建复合埋管式与垂直埋管式热泵系统模型,比较复合埋管式热泵系统与传统的垂直埋管式热泵系统的热性能、经济效益及防潮效果。结果表明,在工程口部设定水平地埋管可有效降低口部空气相对湿度,起到防潮防湿的作用;在复合埋管式热泵系统总性能系数(coefficient of performance,COP)更高的前提下,复合埋管式热泵系统的总成本较垂直埋管式热泵系统降低了21.8%。

基于TRNSYS的学校建筑PV/T跨季节蓄热供暖研究

PV/T耦合地源热泵系统在多能互补、提高可再生能源利用率方面受到广泛的关注,针对南京市某小学工程应用PV/T耦合地源热泵系统实现跨季节供暖做模拟分析。应用TRNSYS软件针对系统的运行温度、集热效率、设备工况、能源利用率进行模拟。发现PV/T电池通过地埋管放热的冷却水具有较好的集热冷却效果;土壤蓄热体平均温度仅下降0.23℃,实现土壤热平衡,且该系统的跨季节蓄热率约为60%;热泵机组实际COP平均COP在5以上,具有良好的节能效果;系统跨季节可以提供建筑热负荷的73.17%,发电量可以满足63.2%的热泵能耗。

大口径供热管道电预热安装设计及施工应用

通过工程案例,介绍了大口径供热管道敞沟电预热的设计及施工应用,根据设计参数对预热参数进行了计算与确定,详细阐述了敞沟电预热施工过程及需要注意的问题。

城市更新背景下某商业综合体地源热泵系统地下温度场研究

以某城市更新背景下的商业综合体为研究对象,根据线热源理论,分别对单井系统和多井系统地下埋管周围土壤温度进行了数值模拟,运用叠加原理计算了采取顺排3×3的多井系统在恒热流、变热流密度下地埋管区域的温度场分布,对比了多井系统管群中间区域和边缘区域的温度分布,以及各井的进出口温度,为城市更新项目的地埋管地源热泵系统设计与施工提供理论依据。

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 km^(2),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。

多联机在超高标准接待项目中的应用

阐述了某超高标准接待项目暖通空调系统的设计特点,从分析落实业主对该项目的主要设计要求入手,介绍了室内设计参数优化、冷热源方案、系统划分、计算与验算、振动噪声控制、备用性及其他细部设计;重点介绍了三管制热回收高显热多联机+直膨式恒温恒湿新风机组+地暖方案在该项目中的应用,为超高标准接待项目及温湿度独立控制空调系统的设计提供了新的解决思路和案例。

不同管道穿越技术在供热领域中的应用

介绍了拱管、顶管、非开挖水平定向钻这三种管道穿越技术在供热管道领域的选择与应用,结合具体工程讲解了将其应用于供热管道时的特殊做法,并对这三种技术进行了对比总结,以期为不同管道穿越技术的选择提供借鉴思路,进一步完善管道穿越技术在供热领域中的应用。

贺西矿3413综采面回风隅角综合瓦斯治理技术研究

由于贺西煤矿在上隅角处单独实施一种瓦斯治理技术时,无法达到工作面在高强度回采时上隅角瓦斯体积分数不超限,提出在工作面上隅角实施插(埋)管和高位定向钻孔联合抽采瓦斯的方案。现场试验结果表明:实施综合瓦斯治理技术后,总抽采纯量为3.38~6.19 m^(3)/min,平均抽采纯量为4.89 m^(3)/min;工作面上隅角瓦斯体积分数保持在0.31%~0.53%,平均瓦斯体积分数为0.41%,上隅角瓦斯体积分数明显降低,取得了良好的瓦斯治理效果。

临沂市罗庄区浅层地热能资源研究与评价——以地埋管地源热泵系统为例

本研究旨在评估临沂市罗庄区浅层地热能资源量和开发利用潜力。在分析临沂市罗庄区区域地质、地热地质等基础资料的基础上,结合岩土体样品测试和现场热响应试验,采用指标法和层次分析法对临沂市罗庄区进行地埋管地源热泵系统进行适宜性区划并进行了潜力计算。结果表明:罗庄区内浅层地热能开发利用适宜性中等区面积68.97 km^(2),占97.17%;适宜区内,0~120 m浅层地热能储存量1.882×10^(13)kJ/℃。研究区采取地埋管地源热泵方式开采浅层地热能,冬季可供取暖面积2.56×10^(7)m^(2),夏季供可制冷面积1.56×10^(7)m^(2)。

地埋管技术研究现状与展望

地源热泵技术是利用地热能的重要方式之一,地热能可代替常规能源用于建筑物的制冷和供热,在建筑节能减排中起到积极作用。地埋管是地源热泵系统的重要部件,目前关于地埋管技术研究主要集中在浅层(40~200 m)和中深层(1 500~3 000 m)地埋管,浅层和中深层地埋管技术发展为中浅层(200~600 m)地埋管技术的研究提供参考。中浅层地埋管的单井换热量数倍于浅层地埋管,并且可以承担更大的冷热负荷不平衡率,拓宽了地源热泵的应用范围。文中总结了浅层、中浅层和中深层地埋管的基本原理、理论研究和技术应用,对未来技术发展提出展望。

不同U型地埋管结构跨季节相变蓄热性能

北方天气属于典型的冬冷夏热气候,夏季光照强度高,适合太阳能蔬菜温室技术的发展。然而冬季天气寒冷,蔬菜温室在应用时受到季节性的限制,为解决夏季热量过多,冬季蔬菜温室采暖温度不足这一问题,本工作利用Fluent软件分别模拟普通U型地埋管与双翅、90°双翅、四翅、45°四翅、六翅U型地埋管蓄热器在夏季的蓄热过程,对比研究不同地埋管结构对蓄热性能的影响。结果发现:U型地埋管结构上下分布,流体为上进下出时,同种翅式U型地埋管结构横向加翅时的液化区域大于纵向加翅时的液化区域,回填中心位置(即x=0 m、y=0 m)的温度呈现纵向加翅大于横向加翅,而横向加翅使径向温升较大;相同时间内,双翅U型地埋管液相率最高,45°四翅U型地埋管液相率最低。而六翅U型地埋管蓄热最快,45°四翅U型地埋管蓄热最慢;位于相变回填材料中的不同U型地埋管结构对温度的影响较大;翅式U型地埋管的蓄热量较普通U型地埋管的蓄热量多15~39 MJ,双翅U型地埋管结构的蓄热量最多,45°四翅U型地埋管的蓄热量最少。

中深层地埋管热泵系统运行性能测试平台及方法研究

中深层地埋管热泵供热系统的运行性能受地热地质条件影响显著。本文针对新建项目缺乏地热地质资料的情况,提出了该技术的现场测试平台及方法,在建设初期即可明确实际应用效果。将该方法应用于我国寒冷地区某新建项目,实测结果表明,1根埋深2750 m的中深层地埋管连续运行尖峰取热能力达到450 kW,热泵机组尖峰供热能力达到600 kW。对中深层地埋管取热特性、热泵系统运行特性开展了变工况测试研究,可为项目规划设计及技术的推广应用提供数据支撑。

蓄取热工况下同轴套管式地埋管换热器周围土壤温度变化规律

为研究不同因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,建立三维同轴套管式地埋管换热器非稳态传热数理模型,利用自建实验台开展试验对数理模型进行试验验证。在此基础上,对蓄取热工况下同轴套管式地埋管的非稳态传热过程进行数值模拟研究,分析了管径、回填材料、土壤初始温度等因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,获得了不同因素对套管式地埋管换热器周围温度场的影响规律。研究结果表明:外管径相同时,内管径的变化对周围土壤温度场影响较小;径向距离0.4 m处,土壤初始温度为14℃时地埋管周围土壤温度最高为17.803℃;循环介质选用氯化钙比选用水换热量提高约23%。试验验证表明,所建模型最大相对误差为12.5%,具有合理性。研究结果显示蓄热时土壤初始温度越高的地区越有利于地埋管周围土壤储存热量,取热时循环介质选择氯化钙溶液可使系统高效运行。