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.     

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。     

地源热泵土壤源换热器的施工技术

地源热泵（Ground Source Heat Pump，GSHP）作为最有发展潜力的热泵技术在各级政府的积极推窑下发壁迅速，但由于地源换热器施工安装成本高，技术的发展遇到了很大的阻力。探讨了土壤源换热器施工技术和土壤源换热器的热平衡问题，力图提高土源换热器施工技术，降低地源热泵成本，促进该技术的推广应用。     

套管式地埋管换热器热短路及换热性能

套管式地埋管换热器是深层地源热泵系统常用的换热装置。基于流体流动换热方程,建立套管式地埋管换热器与周围岩体之间的传热模型。以第一个供暖季为例,分析内管导热系数和循环水流量对换热性能的影响,并引入换热器效能对热短路现象进行评估,研究结果显示：内管导热系数越大,热短路现象越显著;热短路使内外管中循环水温差降低,管内出现热堆积,导致换热器换热功率降低;套管式地埋管换热器的换热功率随循环水流量的增大逐渐增大;内外管之间存在热短路时,出口水温随循环水流量的增大先升高后降低,随着流量增大,换热器效能增大。研究成果可为深层地源热泵系统中地埋管换热器的设计提供借鉴。     

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。     

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。     

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。     

地埋管换热器钻孔长度计算方法研究

地埋管换热器钻孔长度计算是土壤源热泵系统设计的核心。为规范地埋管换热器钻孔长度计算,从《地源热泵系统工程技术规范》基本要求出发,以合肥市某土壤源热泵工程为例,进行了地埋管换热器钻孔长度计算和校核模拟计算。研究表明,热干扰对地埋管换热器钻孔长度有较大的影响,不考虑热干扰影响的钻孔长度计算结果偏小;由于热堆积的影响,地埋管换热器流体平均出口温度呈现逐年上升趋势。校核模拟计算结果表明地埋管换热器钻孔计算长度能够满足规范的要求。     

挤密条件下U型地埋管换热器换热效率的理论分析及数值模拟

土层的导热系数是影响地源热泵地埋管换热器换热效率的重要因素之一,与土样的密度密切相关。为了提高地源热泵换热器换热效率,本文基于柱热源理论,建立了挤密钻进条件下换热器的传热理论模型,对换热器的换热效率进行了计算,并利用Ansys有限元软件对土层挤密条件下换热器的换热效果进行了数值分析。结果表明,与传统方法相比,土层挤密可有效降低钻孔周围的热阻,U型管换热器的换热效率可提高17%~20%。     

典型气候带地埋管地源热泵运行对地温场的影响分析

我国的浅层地温能开发利用以寒冷地区和夏热冬冷地区应用最为广泛,利用方式以地埋管地源热泵系统为主。其中寒冷地区北京、天津、河北等省市发展规模较大,夏热冬冷地区江苏和浙江两地发展规模较大。本文选取寒冷地区和夏热冬冷地区规模较大、具有代表性的地埋管地源热泵工程开展了地温场的监测,分析了地温场的监测数据。结果表明,受气候带的影响建筑物的供暖和制冷情况会有所差异,但其所使用的地源热泵系统运行对地温场的影响非常有限,不会因气候带的差异而有所差别。     

大地热流测量数据子库

大地热流数据子库是建立在Microsoft Access 97基础上,以Microsoft Visual Basic 6.0开发、基于Windows平台上的集数据储存、编辑、报表打印输出及基本数据解释处理于一体的数据库管理软件.具有运行速度快、操作简单、易学及可靠性强等优点.特别编制了强大的数据查询系统,提供了各种查询方式,大大方便了用户.     

地下闭式循环热交换系统——一种新型地热发电系统

简要论述了德国“地下闭式循环热交换系统”的项目背景，重点介绍了此地热发电系统的工作原理及技术关键。     

基于GIS 平台的中国大地热流数据库

中国大地热流数据库是中国岩石圈三维结构数据库的子库之一。该库底层数据库为Access 97,基于地理信息系统GIS平台,应用MO、 DAO及API技术,使用VB、 VC语言实现了数据库的各项功能。该库具有对原始数据进行添加、删除、编辑、备份、浏览、查询、显示和维护等功能,并且开发了常规的数据解释软件包,还可对原始数据进行一些常规处理,同时任意输出各种数据报表和图件等。另外,还开发有中英文双语言界面。     

淮北煤田现今地温场特征及大地热流分布

淮北煤田的高温热害问题愈发突出,但目前对该区系统的地温场特征及大地热流分布研究非常稀少.在系统分析淮北煤田大量地面钻孔井温测井数据和井下巷道围岩温度测试数据的基础上,结合72块岩石样品的热导率测试结果,全面阐述了该区现今地温梯度和大地热流的分布特征.研究表明:淮北煤田现今地温梯度众值介于1.80~2.80 ℃/100 m之间,平均地温梯度为2.42 ℃/100 m;大地热流值变化范围为39.52~74.12 mW/m2,平均热流值为55.72 mW/m2,地温梯度和热流值均低于同处华北板块的其他盆地以及南部的淮南煤田;大地热流受地温梯度控制明显,两者分布较为相似,整体表现为南高北低、西高东低的特点.结果表明,区内现今地温场和热流分布主要受区域地质背景和区内构造格局的控制.      

水源热泵系统中地下水流贯通及其对温度场的影响

利用含水层储能的一般特点,提出流贯通;分析流贯通和热贯通的相互作用、相互影响及对工程实际的意义;并基于地下水水热运移的基本原理,建立地下水流动和热量输运的耦合数值模型。在此基础上对沈阳某场地水源热泵工程的运行进行流场及温度场的数值模拟分析,给出产生流贯通的依据,即利用水力坡度定量的判断流贯通发生与否;当水力坡度变化非常小、可忽略不计时,认为含水层出现流贯通;进而研究抽、灌量对流贯通的影响,发现抽、灌量越大,则出现流贯通时间越短;而大量的抽、灌量更容易发生流贯通,进而会引起热贯通的发生。在实际工程中可降低抽、灌水量,在条件许可的情况下可提高抽、灌井的间距,并可在抽、灌井运行一个周期后调整抽灌井位置,以减少热贯通的发生。     

大地热流对滇池环境的影响与滇池污染治理的新思路

滇池经过长达7年、投资40多亿元的治理,在污染源头控制上已经取得了明显成绩,在一定程度上缓解了生态环境的进一步恶化。滇池水体水质至今没有好转的根本原因在于对滇池蓝藻爆发机理的认识没有考虑其所处的特殊地理环境。滇池水体富营养化之后,是由于较高的大地热流背景和四季如春的气候条件使蓝藻得以不停息地繁殖,致使滇池的水生生态系统完全瘫痪,水体完全失去自净能力。“抑制蓝藻的繁殖”和“清除水体中的营养物质”两大问题形成了滇池治理中一个难解的死结。解开死结的有效措施是从抚仙湖调清水给滇池换水,恢复草海,提高湖水自净能力,发展水生生态系统,抑制藻类繁殖。     

安阳枫林水郡小区水源热泵热源井的设计与施工

地下水源热泵系统应用中最突出的问题是回灌效率低、地下水资源浪费。分析认为造成回灌效率低的主要原因之一是热源井设计和施工工艺不合理。为此,在安阳枫林水郡小区热源井设计和施工中分别采用了增大桥式过滤管的数量、桥高、滤料粒径和填砾厚度等措施,回灌量明显增加,实现了1抽1回的目标。既解决了回灌效率低、资源浪费的问题,又大幅降低了工程投资和运行成本。     

非开挖城市地下信息管线数据采集和建库

地下管线的数据采集和建库是实现地下管线信息化管理的基础和前提。本文提出了针对目前非开挖敷管数据三维数据采集和整理结合CAD进行三维成像的思路,与城市地下管线信息管理系统整合,实现地下管线的系统高效信息化管理。     

Crustal Composition of China Continent Constrained from Heat Flow Data and Helium Isotope Ratio of Underground Fluid

Based on conservation of energy principle and heat flow data in China continent, the upper limit of 1.3 μW/m3 heat production is obtained for continental crust in China. Furthermore, using the data of heat flow and helium isotope ratio of underground fluid, the heat productions of different tectonic units in China continent are estimated in range of 0.58–1.12 μW/m3 with a median of 0.85 μW/m3. Accordingly, the contents of U, Th and K2O in China crust are in ranges of 0.83–1.76 μg/g, 3.16–6.69 μg/g, and 1.0%–2.12%, respectively. These results indicate that the abundance of radioactive elements in the crust of China continent is much higher than that of Archean crust; and this fact implies China’s continental crust is much evolved in chemical composition. Meanwhile, significant lateral variation of crustal composition is also exhibited among different tectonic units in China continent. The crust of eastern China is much enriched in incompatible elements such as U, Th and K than that of western China; and the crust of orogenic belts is more enriched than that of platform regions. It can also be inferred that the crusts of eastern China and orogenic belts are much felsic than those of western China and platform regions, respectively, derived from the positive correlation between the heat production and SiO2 content of bulk crust. This deduction is consistent with the results derived from the crustal seismic velocity data in China. According to the facts of the lower seismic velocity of China than the average value of global crust, and the higher heat production of China continent compared with global crust composition models published by previous studies, it is deduced that the average composition models of global continent crust by Rudnick and Fountain (1995), Rudnick and Gao (2003), Weaver and Tarney (1984), Shaw et al. (1986), and Wedepohl (1995) overestimate the abundance of incompatible elements such as U, Th and K of continental crust.