复杂地质条件下地源热泵钻井施工技术研究

在开展地源热泵钻井施工阶段,受复杂地质条件的影响,施工井孔的稳压性能相对偏低。为此,提出了复杂地质条件下地源热泵钻井施工技术研究。以某地源热泵工程为研究对象,在详细勘察了解现场地形、地貌、地质构造等信息的基础上,设计了包括钻井直径、深度、孔距等参数的施工方案,并对具体的施工设备加以选择;利用600 L型钻机进行打孔施工时,借助DSAY40052型潜孔锤将160 mm锰铬合金钢套管下放至30~40 m深度后,采用冲击器冲击凿岩至122 m,利用潜孔锤的冲击压力完成基岩层打孔,同时由空气压缩机提供高速高压空气流,排出基岩层碎片结构。在验收结果中,随着试验压力的逐渐增加,对应的压力波动幅度呈逐渐增大的趋势,且具体的波动强度始终稳定在2%以内,具有良好的稳压性能。

地源热泵耦合消防水池系统的经济性分析

为响应国家节能减排政策,降低工业用电成本,缓解高峰时段电网供电压力,以郑州某工程为例,采用地源热泵耦合消防水池系统为建筑供暖供冷,根据峰谷电价政策优化运行模式计算可知,较无消防水池的地源热泵系统,此方案每年运行成本可降低30%~40%,较传统的燃气锅炉+冷水机组供暖供冷系统,成本降低60%~70%。该方案可有效削减工厂电力开支,减轻用电高峰电网供电压力,同时降低碳排放量。

主动式热平衡NG-CHP与GSHP耦合分布式系统集成研究

针对浅层地热能应用过程中尚未解决的热平衡控制、天然气基分布式能源系统含硫低温烟气余热无法回收利用两个关键问题,基于能的综合梯级利用以及主动式热平衡思想,提出基于主动式热平衡集成机理的燃气轮机与热泵耦合一体化应用分布式热电联产系统,借助新型集成方式将含硫低温烟气余热回收与土壤源热泵一体化应用,不仅同时解决含硫低温烟气余热回收以及热失衡问题,并大幅提高系统热力性能与系统运行稳定性。采用流程模拟软件Aspen-plus完成新型系统以及参比系统性能对比计算,计算结果表明,较之参比系统,该新型系统总能系统效率达到82.7%,较参比系统73.8%,提高8.9个百分点;?效率为28.8%,较参比系统25.8%,提高3个百分点。该新型统的集成方法与思路为中低温烟气余热的高效应用提供一种新解决途径。

Heating performance of a ground source heat pump system installed in a school building

The heating performance of a water-to-refrigerant type ground source heat pump system is represented in this paper under the actual working conditions of the GSHP(ground source heat pump) system during the winter season of 2008.Ten heat pump equipments with the capacity of 10 HP each and a closed vertical typed-ground heat exchanger with 24 boreholes of 175 m in depth were constructed.We investigated a variety of working conditions,including the outdoor temperature,the ground temperature,and the water temperature of inlet and outlet of the ground heat exchanger in order to examine the heating performance of the GSHP system.Subsequently,the heating capacity and the input power were investigated to determine the heating performance of the GSHP system.The average heating coefficient of performance(COP) of the heat pump was noted to be 5.1 at partial load of 47%,while the overall system COP was found to be 4.2.Also,performance of the GSHP system was compared with that of air source heat pump.

地下冷热储能系统热力分析

从热力学和传热学的角度,分析了地下冷热储能系统的特性,并与地源热泵系统进行了比较。地下冷热储能系统主要是被动供冷或供热,具有更高的能效。因此,需要提高储存能量的品质以达到被动利用的水平,并采用合适的末端放宽用户侧对能源品质的要求,以达到提高储能效率和能源利用率的目的。而构置地下冷热储能过程的冷热分层或分区在最大程度上保持了储能过程的能源品质,同时也强化了传热。

考虑土壤热量排取平衡的区域综合能源系统优化调度

针对地源热泵冬夏运行时长不均导致的土壤热失衡问题,提出考虑土壤排取热量平衡的区域综合能源系统优化调度方法。首先,根据地源热泵冬、夏季节运行特性,计算土壤年度排取热量不平衡率;其次,通过提高供冷季地源热泵使用时长以增加土壤排热量,确保地源热泵全年取排热量平衡;最后,构建了双层优化模型,上层模型以冬季系统运行成本最优,安排地源热泵出力,下层模型以系统夏季效益最优,考虑土壤取排热量平衡等约束优化地源热泵出力。仿真算例表明所提方法有效解决了土壤热失衡问题,系统能效得到提高。

加压回灌技术在地下水源热泵项目中的应用

以吉林省靖宇县昌盛市场地下水源热泵项目为例,采用密闭加压回灌的方式,解决了玄武岩孔洞裂隙承压水地区无法应用地下水源热泵的问题。项目运行期通过回访调研,验证了该方法的可行性,并提出合理化建议,为该地区地下水源热泵项目应用加压回灌技术提供参考依据。

湿土壤含湿特性对传热影响研究

针对于地源热泵地能换热系统在具有热源条件下土壤热湿迁移现象,进行了初步分析和实验,并对模拟计算应用可行性进行了认证。土壤含水静态传热实验,目的在于探讨土壤含湿程度对传热能力的影响,以及地下含水程度对换热区域换热性能的影响。研究土壤不同含水率情况下的传热性能,从而推断含水率在工程中的影响程度。

地温规律及其可恢复特性增强传热研究

利用间歇过程 ,恢复地下温度 ,弥补土壤传热慢特点。在地源热泵地能应用中 ,提高地下换热能力 ,减少井数 ,最大地发挥每一换热单元的换热能力。实验是在建造的两口分别为 10 0m和 2 0 0m竖直换热井的地源热泵系统上完成 ,并分别进行了自然状况地下温度分布、连续运行地温变化规律和间歇性地温变化规律的试验研究工作。着重对间歇性恢复过程地温变化趋势进行了研究。间歇时间可以改变温度变化规律和趋势 ,实现更佳的热泵运行工况。因此 ,文中提出的可控间歇技术对未来发展利用地能供热供冷系统具有重要意义和应用价值。

U型管埋地换热器三维传热模型及实验对比分析

针对U型管埋地换热器的传热特点,考虑了两管脚之间的相互影响,建立起非稳态传热模型。采用数值解法对该理论模型进行了求解,并将结果与实验值进行了对比分析,发现两者变化趋势一致,但理论计算结果比实验测试值低,其中的一个重要原因是因为换热器与土壤间的热交换不是纯导热过程,还应该进一步考虑土壤中热湿迁移等因素的影响。

间歇过程地温恢复特性及其规律模拟计算分析

通过试验和模拟分析 ,研究了地源热泵 ( GSHP)地能利用中 ,间歇控制过程对系统输出性能的影响、对井壁附近温度恢复的影响以及井的结构参数对系统输出性能的影响。试验和模拟计算结果表明 ,间歇控制技术能使井壁附近温度得到有效恢复 ,对发展利用地能供热供冷系统具有非常重要的实用价值。

基于TRNSYS的土壤源热泵热平衡问题的影响因素分析

夏热冬冷这种冷负荷占优地区,若由土壤源热泵系统承担所有的空调负荷,则会造成全年土壤取放热量的不平衡,从而出现常年运行后土壤温度的逐渐上升,降低系统夏季的运行效率,不利于系统持续稳定高效的运行。为此首先利用模拟软件TRNSYS搭建土壤源热泵系统模型,对土壤源热泵系统长期运行性能进行模拟分析,从冬夏累计负荷比、埋管间距、埋管深度、土壤导热系数、回填料导热系数这几个影响因素出发,研究土壤源热泵长期运行的热平衡问题,以期对土壤源热泵系统的合理应用和发展提供支持。

超强吸水树脂与源土混合作为地源热泵供热系统回填材料的实验研究

在热泵制热工况下,超强吸水树脂与源土混合作为回填材料,分别对螺旋盘管、U型管以及整个系统进行了实验研究,得出系统性能变化曲线。实验结果表明,超强吸水树脂与源土混合作为回填材料,特别是螺旋盘管换热器,可明显增大地下换热器换热量,提高地源热泵系统的效率和稳定性,适用于干旱、土壤非饱和以及地下水位比较低的地区。

地下群井换热强化与运行模式影响规律

利用传热模拟分析,研究了地源热泵(GSHP)地能利用中地下群井多源换热及其运行模式影响规律。探讨间歇运行模式和连续运行模式对群井区域内温变特性的影响规律及各井热源的交互影响。分别对间隔周期、传热能力和温度场变化等进行了综合分析,指出运行模式调控有利于强化地能利用以及多井源间的协调排列。为地能在地源热泵供热供冷中大规模利用奠定理论基础。

地源热泵竖直埋管数值线源综合模型

为了在保证计算精度的基础上提高地源热泵换热器传热模型的计算速度,基于对地源热泵换热器地下竖直埋管非稳态传热分析,探讨了数值模拟和有限长线热源模型求解的特点,提出了数值计算与有限长线热源综合模型(数值线源综合模型).模拟结果表明:该模型与其他同类模型相比,避免了在替代半径以外区域用数值方法的反复迭代求解,从而在保证精度的条件下,可以快速模拟地下温度响应,尤其对于春秋季长期停机后土壤温度变化的模拟,能够迅速求出土壤温度恢复情况.文中还给出了一般情况下综合模型中替代半径的取值.

群井地下换热系统初温和构造因素影响传热的研究

利用传热模拟计算 ,研究了地源热泵 (GSH P)地能利用中群井系统初态因素对温变特性的影响规律。探讨地下初始温度、井群基本构造尺寸等对地下土壤温度场分布的影响。指出土壤初始温度是决定土壤源热泵运行的重要因素 ,初始温度提高 1倍 ,系统运行时间和输出总热量增加约 2 4倍。小井径对负荷因素影响更加敏感 ,相同的热负荷下 ,热流密度高 ,温度场变化剧烈。对于大井径而言 ,温度场变化相对平缓 ,但更易于发生井间传热交互影响。初态因素是强化地能利用中的重要因素之一 ,据此合理布置大区域群井意义重大。

运行模式对地埋管换热器热交换性能的影响试验

运行模式对地埋管换热器的热交换性能具有显著影响。文章借助桂林理工大学建立的地源热泵实验平台,对桂林地区地源热泵制冷工况下3种运行模式进行试验,研究地源热泵的运行状况及管壁温度变化特性,分析运行模式对地埋管热交换性能的影响规律。研究结果表明：3种运行工况下,地源热泵机组的性能系数COP分别为4.30,4.03,3.48,竖埋管单位管长换热量为14.4~32.8 W/m,水平埋管单位管长换热量为14.8~17.9W/m;地埋管的管壁温度随着地源热泵的运行发生变化,其恢复程度与停机时间的长短有关;间歇运行模式有利于土壤温度场的恢复,提高地埋管换热器的热交换性能;停运比Ps-o由0变化到1时,热泵机组性能系数COP增加了15.8%。

地源热泵非连续过程地下传热特性及其控制

通过试验和模拟计算,研究了地源热泵在地能利用中实施非连续运行操作过程的地下温度变化规律,并对可变负荷间歇过程进行了研究,指出负荷周期调节可以实现地温变化趋势的控制。通过控制地温变化可使热泵机组运行在有利的温度工况下,提高地源热泵系统的运行性能系数。利用空调系统的经常性非连续运行特点,实现有效的非连续性控制对未来利用地能具有重要的应用价值。

一种新型的地源热泵与冰蓄冷空调联合运行系统

分析了目前国内外地源热泵与冰蓄冷空调系统的研究现状、技术优点及存在的问题。进而论述了两者联合运行的必要性,在此基础上构思出了一套以生态理念构建的复合式新型能源系统。最后结合目前国内在建的首个地源热泵及冰蓄冷中央空调系统工程,阐述了该工程冬季供暖,夏季制冷的控制策略,并对该新系统的经济性做了初步的分析。研究表明,该新型的复合式能源系统具有广阔的发展前景。

典型地埋管系统模拟工况地温场特征研究

地埋管热泵是开发利用浅层地温能的一种方式,土壤温度场在地源热泵运行前后的分布情况,是地埋管热泵计中考虑的重要因素。文章在南京典型地埋管热泵工程布设监测孔,分别在能源桩和距离能源桩1.2 m、2.1 m、3 m处不同层位埋设监测设备,分析地温场的时空演变规律,得到热量的传递情况和温度的变化规律,并采用多元回归分析方法拟合地温场的变化方程,得到了能源桩地温随时间和深度的变化方程以及地温随时间和距离的变化方程。结果显示,随着距能源桩水平距离的增加,温度变化减小;随着深度的增加,土壤温度的影响范围减小,热量传递速率逐渐降低。