应用水热运移数值模拟优化地下水源热泵系统抽灌井布局

合理布局抽水井和回灌井是地下水源热泵系统长期有效运行的关键因素。以郑州市郑东新区为例,利用HST3D软件建立水热运移数值模型,优化设计地下水源热泵系统抽灌水井布局,预测地下水源热泵系统长期运行后对含水层的水热影响。结果表明:介质比热容及渗透率分别对含水层温度及水位影响显著,是较敏感的参数。方案3(3个回灌井垂直天然流向分布且位于抽水井下游)为最佳布井方式。抽灌量900,1 200,1 500及2 000m3/d所对应的合理布井间距分别为50,65,70及75m。相应布井方案的水源热泵系统运行20a,对含水层温度场的影响仅限于200m×200m的范围,抽水井温度变化小于1℃。     

水源热泵抽灌井布局及其运行过程中地下温度变化

本文以某水源热泵空调系统为例,建立了抽灌场地及周边地下水动力场与温度场的耦合数学模型,运用数值法求得系统运行过程中地下水的温度变化,分析了场地"热短路"效应和不同含水层中温度场的影响范围,以定量化的手段科学评价了场地抽灌井的布局及其可行性。分析结果表明,由于抽灌井之间的"热短路"程度较轻,场地的抽灌井布局可保证系统的高效运行。     

细颗粒沉积物分布区地下水源热泵抽灌井施工工艺探讨

郑州市广泛分布着第四系松散堆积物,其特点是颗粒细,厚度大,含水介质主要为细颗粒的砂层。由于地下水富水性好,目前郑州市浅层地温能开发利用主要以地下水地源热泵工程为主。传统正循环泥浆钻探工艺施工的地温空调井,普遍存在洗井困难、涌水量和回灌量偏小的问题,在很大程度上限制了地下水地源热泵工程的推广使用。针对这一问题,本次采用泵吸反循环工艺施工地温空调井。施工过程及试验数据对比分析表明,在细颗粒松散沉积物分布区,采用泵吸反循环钻探工艺施工地温空调井,对提高施工进度、增大出水量和回灌量等方面具有显著优势,可以为类似地区地温空调井的施工提供借鉴。     

场地地下水源热泵系统抽灌实验及数值模拟研究

基于野外实际地下水源热泵系统和长时间抽灌实验,构建场地水文地质概念模型和水热耦合模型,进行场地地下水温度场数值模拟研究。利用场地群井观测数据对所建模型进行验证,诸观测孔各时段的绝对误差均值为0.38℃,平均相对误差率为2.00%,表明模型模拟结果良好。模型经验证后,预测不同抽灌模式下温度场分布,发现季节性交替抽灌结果优于正常抽灌,但均产生热贯通现象,说明现状抽灌井距(30 m)偏小。设计不同抽灌井距情况模拟回灌井对抽水井的影响,得到研究场地合理井距为50 m。进一步研究渗透系数、热弥散度、抽灌水量和回灌水温差对合理井距的影响,发现抽灌水量和回灌水温差的影响最大。     

热屏障井对地下水源热泵换热影响模拟

对于场地受限的地下水源热泵项目,随着系统运行时间的增加易引发热贯通现象进而降低机组运行效率。地下水源热泵设计中,在抽灌水井连线间布设热屏障井可改变地下水流场,降低热量在抽灌井间的运移速度,有利于延长热贯通发生时间并缓解热贯通程度。通过构建地下水换热模型,模拟计算夏季制冷工况条件下36组热泵运行场景,分析了热屏障井的位置,过滤管长度及回灌量对热贯通和含水层温度场的影响规律。结果表明：热屏障井回灌量的增加有利于提升热屏障效果,但提升幅度随回灌量的增加逐渐减弱;最大水位降深值随着热屏障井回灌量的增加呈线性增长;增加热屏障井滤管长度可提升热屏障效果,提升效果随屏障井回灌量的增加逐渐增强。通过模型多周期、长时间模拟计算发现,热屏障井的运行可促使回灌的冷热量集中在回灌井一侧,对于采用冬夏季抽灌井交换运行模式的热泵系统,可充分利用含水层储能,提升机组运行效率。     

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。     

基于GIS-FAHP的石家庄市地下水源热泵适宜性分区

为探明石家庄城区地下水源热泵适宜区分布情况,基于石家庄市的地质、水文地质和环境地质条件构建了地下水源热泵适宜性评价指标体系,包括水文地质条件、水动力条件、水化学条件、环境地质条件和先决条件;利用模糊层次分析法确定了评价指标综合权重,并结合GIS空间分析功能划分了石家庄城区地下水源热泵适宜性分区。结果表明：研究区地下水水源热泵开发利用适宜区分布在靠近滹沱河地区,面积约为19.74 km²,占全区面积的5.85%;较适宜区分布于研究区大部分,面积约为251.22 km²,占全区面积的74.40%;不适宜区主要分布在研究区西北部及东部地下水超采漏斗区,面积约为66.71 km²,占全区面积的19.75%。石家庄市除地下水降落漏斗区及水文地质条件较差地区不适宜作为地下水源热泵开发的地区外,大部分地区较适合利用地下水源热泵技术。     

地下水源热泵系统中回灌能力分析

近年,地下水源热泵技术在我国被广泛应用,并在节能、环保等方面取得了一定效益。但是,回灌问题仍是困扰我国地下水源热泵发展的瓶颈。以唐山市丰润区乡居假日住宅区A4区地下水源热泵系统的应用为例,从区域水文地质条件方面,对水源热泵系统中地下水回灌能力进行了分析,指出开展地下水源热泵项目时,掌握热源井所在区域水文地质条件的重要性。探讨了影响地下水回灌能力的关键因素,其中包括区域水文地质条件、热源井成井工艺、回灌井阻塞以及地下水回灌方式。     

热泵耦合含水层储能技术应用研究

本文结合实际工程项目,对对井抽灌模式的热泵耦合地下含水层反季节储能效果进行研究。结果表明对井采灌热泵耦合储能系统能够实现冬灌夏用和夏灌冬用的反季节储能作用,能充分利用浅层地能资源,节约了常规能源。在冷热负荷不平衡的情况下,若系统长期运行可造成采井或者灌井周围一定区域内温度场的降低或者升高,因此在利用对井储能水源热泵空调系统时,要尽量使系统在冷热负荷均衡的工况下运行,以保护地下生态平衡。     

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。     

水源热泵井群布置方案对地下水流场影响分析

以某地下水源热泵系统工程为例,依据工程场地实际抽水-回灌试验数据,建立研究区地下水流数值模拟模型,分析该地区适宜的井群布置方案,并定量研究不同井群布置方案对地下水流场的影响范围与程度,为确定合理的井群布置方案提供技术支撑。研究表明：对于同一含水层回灌,随着抽水-回灌时间的延长,就有利于抽水-回灌能力及尽量减小对周边地下水开采的影响而言,抽水井、回灌井交叉布置,部分回灌井集中布置的方案较为合理。     

昌邑市某地下水源热泵空调系统水资源利用探析

地下水水源热泵空调系统是以地下水作为热泵空调的热源,具有中央空调合理利用能源、运行成本低和安全、环保、节能、灵活等优点。本文以昌邑市东隅小区水源热泵空调工程水资源论证为例,通过对区域取用水、退水合理性和供水水源的可行性、可靠性及取水、回灌对周围水资源生态环境影响等方面进行了分析,提出切合实际的结论和建议,为水行政主管部门审批取水许可提供技术支撑。     

北京城市规划区水源热泵系统应用适宜性分区

鉴于北京市水源热泵系统应用过程中存在地下水水资源因不能完全回灌造成浪费及运行效率未能充分发挥等问题,本文针对水源热泵系统运行过程中地下水的抽灌模式,根据北京规划市区的水文地质条件,对水源热泵系统应用的适宜性进行了分区,为水源热泵技术因地制宜、合理有序应用提供了科学的思路。     

潍坊市区地下水源热泵供热潜能分析及工程管理

根据潍坊市区水文地质条件进行地下水源热泵适宜性分区研究,确定适宜区范围。应用＂热储法＂对适宜区进行地下水热储量计算,得出潍坊市区地下水源热泵供热潜力为冬季供暖面积约3 800万m2。结合潍坊市区地下水源热泵应用过程中存在的问题,探讨了地下水源热泵管理措施。     

郑州市地下水源热泵应用适宜性与环境影响分析

本文在分析郑州市现有地温空调系统应用的基础上,从水文地质条件、浅层地温场特征、经济效益等方面分析了郑州市地下水源热泵应用的适宜性,研究了热泵运行对地下水环境的影响,认为地下水源热泵应用效果较好,经济社会效益明显,适宜推广应用,为城市地下水源热泵发展应用提供了依据。     

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。     

水源热泵应用的细节技术探讨——以北京地区为例

鉴于水源热泵系统中存在一些技术问题未被人们所认识或未引起足够的重视,本文详细阐述了抽灌平衡时地下水动力场及温度场的影响范围估算、抽灌井轮换、水资源保护与热泵效率的关系、抽灌群井布置方式、区域地下水流场对抽灌井布局的影响、浅层地热能储量消耗与热泵的关系、起始运行期选择等七个关于热泵应用的细节技术,为应用水源热泵系统的用户和有关部门提供科学参考,以扬长避短,充分发挥水源热泵系统环保节能的优点。     

安阳市地下水源热泵系统建设水资源管理区划研究

为从赋存条件和水资源管理两个层面进行地下水源热泵系统建设的区划研究,实施技术与管理的结合,通过分析水文地质条件、水动力条件和水化学条件,结合水资源管理分区,建立了安阳市地下水源热泵系统水资源管理区划评价体系。采用云模型改进的层次分析法进行了一级评价,在此基础上结合水资源管理分区利用GIS空间分析功能完成二级评价,将研究区地下水源热泵系统划分了3个等级。结果表明：研究区范围内地下水源热泵系统适宜发展区面积为117.45 km2,主要分布在安阳河冲洪积扇扇体中心强富水区,部分分布在扇缘的外围区域;限制发展区面积为459.26 km2,分布在扇缘的西南和北部丘陵弱富水区以及扇体中心的地下水降落漏斗区;禁止发展区面积为24.02 km2,分布在水源地和南水北调保护区以及铁路和高速公路两旁,在研究区交错分布。在适宜性分区的基础上结合水资源管理的区划研究更全面合理,可为地下水源热泵系统科学布局及合理的开发利用提供参考。     

水源热泵系统对地下水水质及微生物的影响

为了解地下水源热泵运行对地下水环境（地下水化学、水质及微生物）的影响,本文利用沈阳市已建地下水源热泵工程场地,对回灌井定期（2013年7月至2015年10月）监测水质及微生物,并对监测数据进行分析.结果表明：水源热泵系统运行对地下水化学类型（由HCO3·SO4-Ca·Mg型变化为监测早期的HCO3·SO4·Cl-Na·Ca及监测后期的HCO3·SO4-Na·Ca·Mg型）及微生物的生长速率（温度变高或变低均抑制微生物的数量）产生了一定的影响;对地下水中稳定化学组分的浓度影响不大,对"三氮"及Fe、Mn浓度产生波动,导致地下水质量等级略有变化.因而今后工作还需进一步加强热泵系统运行对地下水环境影响监测.     

广安市主城区浅层地温能赋存特征及地下水源热泵适宜性分析

浅层地温能的开发利用有助于优化区域能源结构、提升环境质量。为了掌握广安市主城区浅层地温能的赋存特征及其适宜性,为广安市对浅层地温能的开发利用提供科学依据,以广安市主城区为研究对象,根据已取得的资料和测试数据,并通过对研究区内浅层地温能赋存条件及特征的研究,应用层次分析法对研究区进行地下水源热泵适宜性分析评价。研究结果表明：基于层次分析法的评价模型,建立了目标层、属性准则层(3个属性准则)和评价要素指标层(7个评价指标),构建出各层次的判断矩阵,并通过一致性检验,所构建的评价模型符合实际;由于研究区的含水层富水性差、含水层渗透系数小、地下水水质差,地下水源热泵适宜性差;评价结果对研究区地下水源热泵的开发利用具有科学的指导性。