地埋管地源热泵系统及存在问题分析

在阐明地源热泵系统的基本原理及国内外发展现状的基础上,分析了地埋管地源热泵系统在推广宣传、设计施工以及后期管理运行阶段中存在的一些主要问题,最后就在保持地埋管地源热泵系统可持续发展的前提提出了几点建议。     

增强地源热泵竖直埋管地下换热器换热性能的研究

地下换热器换热性能直接影响到地源热泵系统的初投资和运行成本.地下换热器可分为单U型、双U型和1 2型三类.采用非稳态法对膨润土、水泥 砂两类回填材料进行了室内实验;在相同的边界条件下,采用扶正器和定位器施工可以保证下管,并能降低钻孔内热阻.因地制宜地选择埋管形式,采用稳定、高效的回填材料和减小热短路是提高地下换热器换热性能的必要途径.     

地埋管地源热泵工程运行换热区温度场变化特征分析

地埋管地源热泵工程在发挥供暖、制冷等作用的同时,埋管区地层温度场也发生了复杂的结构性变化,陕西地区对地下岩土体温度场影响机制研究不够深入,对热泵工程可持续利用的调控带来困难。本文依托陕西省浅层地热能开发利用示范研究基地,分析地源热泵系统稳定运行2 a及疫情影响下停止运行1a地埋管换热区的温度监测数据,研究地埋管换热区地层温度的垂向深度及平面展布特征。结果显示：系统稳定运行2 a,换热区各区域地温在时间尺度上受地埋管换热器吸排热量的影响呈波状变化,并且相较于环境温度变化表现出不同的时滞性,距离换热器越远时滞性越强;在地埋管长度以内,随着深度增加,温度波动减小;在水平向,距离地埋管越远温度波动越小,单根换热器对地温的影响半径为3.2～3.9 m;系统稳定运行2 a地埋管换热器吸排热量基本平衡,未造成地质体冷热堆积,停止运行1 a,由于吸排热量不均衡造成了地质体存在冷堆积,调控运行热泵系统可使冷堆积现象消失。该文旨在系统地分析关中盆地地源热泵工程对地温场的影响机制特征,为地源热泵平稳运行提供基础数据支持,为区域地热资源的科学、长期开发提供理论依据。     

竖直埋管地源热泵技术

竖直埋管地源热泵技术的重点和核心是地下埋管换热器。地下埋管换热器的设计包括：换热器形式和回路形式的选择，地下换热器尺寸设计，水平间距及热短路，管材的选用和换热能力等。地下埋管换热器的施工主要包括：钻孔，下管，注浆、回填和换热器的安装。     

地源热泵地下高效换热系统热积累研究

通过对单孔高效换热井加热前后井内平均温度的持续观测发现,停止加热的单孔换热井,20天后温度可恢复到初始状态。采用多观测孔对冬季群井使用时的热影响范围进行研究,发现距工作井0.5m的观测井温度波动幅度为1.7℃,距工作井大于2m的观测井温度波动幅度小于0.2℃。工作井停止使用10天后,3.5m以外的观测井温度基本恢复,工...     

垂直地埋管现场热响应试验研究

地源热泵技术主要利用浅层地热能为建筑物供暖和制冷,有着节能减排、高效环保等优点。本文阐述了江苏沙家浜温泉国际度假中心垂直地埋管热响应试验所取得的实效。     

基于层次分析法的贵阳市地埋管地源热泵适宜性评价

根据贵阳市的地质、水文地质、岩石热物性特征以及环境地质等因素,采用层次分析法(APH)确定各因子的权重,并最终利用综合评价指数法进行地埋管地源热泵适宜性的综合评价。结果显示,贵阳市地埋管地源热泵适宜区面积为327.0 km2,不适宜区面积为39.4 km2。     

基于层次分析法的沈阳市地埋管地源热泵适宜性评价

利用层次分析（AHP）法,以MapGIS为平台,考虑了地质条件、地下水动力条件及地层热物性参数等因素,对沈阳市辖9区范围内地埋管地源热泵适宜性进行了评价.建立了评价指标体系,主要对第四系厚度、卵石层厚度、地下水埋深、地下水径流条件、地层热传导系数、比热容等6项指标进行权重计算及综合评分,根据评分将全区划分为适宜区、较适宜区和不适宜区.该评价结果为沈阳市浅层地温开发利用提供技术支持.     

区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构开采浅层地热能评价综述

随着浅层地热能的大规模开发利用,针对地埋管地源热泵和能源地下结构的研究正由单个、单体尺度逐渐转向区域尺度。相较于地埋管地源热泵,能源地下结构占地面积小、成本低,在大规模城市建设及地下空间开发中具有良好的优势。从热物性参数和地下城市热岛效应两方面总结浅层地热能理论潜力现有研究成果,简述浅层地热能的开发形式,重点针对区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构的适应性评价进行系统综述,从适宜性分区、热交换潜力、满足建筑物能源需求效果三方面建立相应的区域尺度能源地下结构评价体系,以我国山东临朐县和德国巴登-符腾堡州地埋管地源热泵及我国南京大学仙林校区能量桩的区域性研究为案例进行深入分析,归纳当前研究中存在的问题,并对区域尺度能源地下结构的下一步研究进行展望。     

Research on single hole heat transfer power of ground source heat pump system

In this paper, the single hole heat transfer power of the ground source heat pump system in Hengshui is compared with data gained from thermal response test. The results show that maximum monitoring data of heat transfer power per meter in summer is 97.1% of the test data, and the average value accounts for 81.8%. The per meter heat power data through on-site thermal response test can provide references for designing engineering project and optimizing ground source heat pump system as these data do not vary greatly from the actual monitoring data.     

地源热泵系统中水泥基灌浆材料性能优化

分别考察了水灰比、砂灰比、粗钢渣代砂率、钢渣粉代水泥率和泥浆掺入率对灌浆材料的工作性能、导热性能和固结强度的影响.研究结果表明:在未加废钢渣(包括粗钢渣和钢渣粉)前提下,若水灰比为0.55 ～0.6、砂灰比为2～2.2时,灌浆材料的综合性能最好;若单独用粗钢渣替代砂,单独用微米级钢渣粉替代水泥,并且粗钢渣代砂率和钢渣粉代水泥率分别控制在40％和20％以内时,便能保证灌浆材料良好的综合性能;增大泥浆掺入率可提高灌浆材料的工作性能,但会降低其导热性能和固结强度,因此泥浆掺入率需控制在10％以内才能保证灌浆材料有足够的导热性能和固结强度.结果表明,工业废弃物的再利用,可为地源热泵工程节约24.84％的原材料成本.     

地下水地源热泵系统应用对地温场的影响

通过建立地下水地源热泵系统试验场,运行热泵系统,并进行地下水温度连续监测,分析应用地下水地源热泵系统对地温场的影响。抽水井与回灌井之间以及回灌井附近的地下水温度随系统运行明显变化。系统运行后,回灌水体将以不规则边缘的透镜体贮存于含水层中,以回灌井为中心向外围扩展,水温最低或最高点位于含水层中部。粘性土相对隔水层的温度变化幅度、影响范围均小于含水层。由于热量的累积效应,即使是冷热负荷均衡的热泵系统,运行一个采暖、制冷周期后也将在热源井附近的抽、灌水含水层以及相邻的隔水层中形成冷量或热量的小范围聚积。     

地源热泵系统中钻孔回填材料研究进展

当今社会快速发展,能源需求与环境问题逐渐加剧,利用地源热泵系统采取浅层地温这一清洁能源,可以实现节能减排与充分利用资源的目标。而在地源热泵技术中影响地温能开采效率的重要因素即为回填材料的研发与应用。该文对地源热泵技术中回填材料的力学性能、导热性能和施工性能及其当前存在的问题及发展趋势进行综述,指出了当前回填材料的导热性能的研发虽能使其达到较高的导热效率,但其往往会影响材料的力学强度等物理特性,增加其施工难度,而相变材料可能是解决回填材料性能缺陷的关键。此外,随着科技的发展,将数值模拟与试验相结合,可以对理论创新与工程效益起到很大的提升作用。     

地下水源热泵水井泵砂与堵塞原因分析

地下水源热泵系统常会出现抽水井泵砂、抽水井和回灌井堵塞等问题,影响系统的正常运行或系统效率。以湖北省荆州市某地下水源热泵工程为例,分析了江汉平原广泛分布的卵砾石夹细砂含水层中成孔方法选择、滤料及过滤管设计中存在的问题;指出了目前在过滤管外包不锈钢丝网是防止在细砂层中水井泵砂的有效手段之一,但宜与泥浆密度轻、对地层污染小的反循环成孔工艺配合使用,且仍要根据含水层的颗粒级配曲线选择滤料,发挥滤料的过滤作用,避免过滤压力转移到包网过滤管,以减少抽水井堵塞。     

Study on ground source heat pump system zoning and methods in the Northwest of Shandong Province

Based on the basic geology, hydrogeology, engineering geology, geothermal geology and ground source heat pump(GSHP) engineering of the work space, the thesis studies the local shallow geothermal energy. Three conditions of the attribute index for the suitability zoning of the northwest of Shandong are determined, namely, hydrodynamic condition, geological and hydrogeological condition and geological environment condition. The assessment result is that the total area of the suitable zone is 205.88 km~2, that of relative suitable zone, 1 407.76 km~2, and that of unsuitable zone, 286.8 km~2. The result conforms to the real development situation and provides experience for similar regions needed for selecting and assigning a value to suitability zoning of GSHP.     

地裂缝活动作用下地层应力和位移传递规律研究

以西安地裂缝典型地段为研究对象,建立基于实际地裂缝活动方式的地质力学模型,通过FLAC3D数值模拟,研究地裂缝活动作用下地层应力和位移传递规律。结果表明:地裂缝活动作用下,地表竖向沉降变形曲线近似呈反“S”形,表现出“牵引挠曲”现象,水平位移曲线出现明显波峰现象;随着地裂缝位错量的增大,地表竖向和水平位移均逐渐增大;基于地裂缝活动引起的地表变形平均倾斜值,确定了地裂缝带影响区范围为上盘21 m和下盘13 m。地裂缝活动引起两侧地层断距由深部到浅表部逐渐减小,具有明显的变形传递衰减特征,且地层断距随埋深的变化曲线可近似概化为一个四次多项式方程。地裂缝活动导致上盘地层出现应力降低区,下盘地层出现应力增强区,上盘应力降低区范围大于下盘应力增强区,且上、下盘应力变化范围随着位错量的增大均逐渐增大。地裂缝活动作用下地裂缝两侧地层应力影响区随地层埋深的增大而增大,其与埋深之间关系近似满足三次多项式方程。研究结果可为盆地断裂控制型地裂缝发育区的工程防灾减灾提供科学依据。