地埋管换热孔换热系数及其在工程设计中的应用研究

浅层地温能是一种清洁,环保可再生的自然资源,通过热泵系统消耗少量电能即可用于建筑物供暖制冷,在节能减排中发挥着越来越重要的作用。针对目前地埋管换热系统单位延米抉热功率在设计中应用混乱的问题,本文从公式推导及现场试验数据分析出发,研究了国家标准《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366--2005）和国土资源部行业标准《浅层地热能勘查评价规范》（DZ0225--2009）中关于现场热响应试验的方法及理论计算的关系,导出单孔的换热系数是单位热阻的倒数,它可以代表埋管的换热能力。提出其与直接测出单位廷米换热功率的区别,从而指导工程方案制定。     

贵州岩溶疏干区浅层地热能地埋管施工技术

贵州省浅层地热能资源丰富,开发潜力巨大,但碳酸盐岩地层分布广、浅表岩溶裂隙极为发育,浅层地埋管施工难度大。以贵州仁怀妇幼保健院浅层地温中央空调地埋管工程为例,采用偏心潜孔锤跟管钻进、潜孔锤钻进、简便除尘器除尘、固结封堵和圆木封隔溶洞、提吊法下管等技术措施,解决了在由于溶蚀和断裂构造及河流深切割作用造成的局部岩溶发育以及地埋管埋置深度内无水的岩溶疏干区进行地埋管施工面临的松散浅表回填及岩溶软弱层成孔困难、全孔段无液面潜孔锤钻进粉尘污染环境、溶洞跑管（PE管）等技术难题,在保证了工程质量、安全的同时提高了施工效率,为类似工程提供了施工经验。     

地埋管热泵换热系统热影响半径分析

地埋管热泵换热系统是一种在开发利用浅层地热能过程中应用非常广泛的热交换系统。本文依托山东省国土资源厅实施的聊城市浅层地温能调查评价项目,对聊城市某小区内的地埋管热泵换热系统安装温度自动采集监测装置,2016年采集一个完整制冷期的地温变化数据,通过监测地埋管热泵系统换热孔和周边一定距离内监测孔内温度变化,绘制换热孔和监测孔一定时间范围内温度随时间和距离的关系变化曲线,分析换热孔在吸收热量后温度通过土壤介质的传播速率和最大影响半径,从而为实际地埋管热泵换热系统工程设计提供了依据。     

提高潜孔锤钻进效率的措施

潜孔钻机是目前岩石钻凿工程最常用的设备之一,由于各种原因,国内目前使用此类钻机的钻孔效率还不尽人意,笔者以工程实践为依据,参考国内外有关资料,探讨提高钻进效率的途径。     

西安地区中深层套管式地埋管换热性能数值模拟

本文建立了符合西安地区地热地质的三维地质模型,基于FEFLOW软件模拟了入口流量、入口温度、换热井深度以及出水管管材导热系数4种参数对套管式地埋管换热器换热性能的影响,以换热量为换热性能衡量标准,探究如何合理设置参数来提高换热效率。结果表明：1）增加入口流量会导致出口端温升降低、换热量增大,西安地区入口流量设置在15 m³/h～25 m³/h最为适宜;2）增加换热井深度会使得出口端温升和换热量呈指数增长,井深对换热量的影响主要取决于换热段所处地层温度及换热时长,岩石导热系数贡献较小;3）针对西安地区,入口温度对换热量的影响最为明显,出水管管材导热系数和换热井深度次之,入口流量影响效应相对较弱。本研究对西安地区中深层地埋管换热系统设计施工和地热能勘探开发具有指导和参考意义。     

地层初始温度及结构对地埋管换热能力影响分析

不同地质条件下,地埋管的换热能力有所不同,热能采集和扩散能力存在差异。为给地埋管地源热泵系统工程提供科学合理的设计依据,本文利用现场热响应测试数据分析了地层初始温度以及地层结构对地埋管换热能力的影响。结果表明:地埋管换热能力与地层初始温度呈较好的线性相关性,地埋管夏季延米换热量随地层初始温度的升高而减少,冬季延米换热量随地层初始温度的升高而增加;不同地层结构,地埋管换热能力有所不同,在富水性相对较好、岩性颗粒粗、地下水径流速度快的区域,地埋管换热效果要优于富水性相对较差、岩性颗粒细、地下水径流速度慢的区域。     

双U型地埋管换热器换热性能试验研究

双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测温试验,研究了岩土初始平均温度、导热系数和体积热容,及管卡间距对DUBTHE换热性能的影响。结果表明：多点式测温线缆测得的岩土初始平均温度为17.08℃,更接近实际地层温度。该地层的岩土综合导热系数和综合体积热容分别为1.65 W/(m·K)、2.81×10⁶ J/(m³·K)。DN25 DUBTHE的夏、冬季单位延米换热量随着管卡间距减小而增加,且增速随管卡间距的减小先增大后减小。当管卡间距分别为1、2、3、4 m时,DN25 DUBTHE的夏季单位延米换热量较无管卡分别提高了21.03%、19.48%、15.16%、3.92%;DN25 DUBTHE的冬季单位延米换热量较无管卡分别提高了20.83%、19.48%、14.94%、3.79%。工程中最优的管卡布置方式为2 m或3 m管卡间距的DN25 DUBTHE。...     

复杂地层物探爆破孔钻进工艺方法研究

对复杂地层物探爆破孔钻进存在的问题进行了分析，提出了有效的解决方法，详细论述了贯通式潜孔锤全孔反循环连续取芯钻进技术应用于复杂地层物探爆破孔的原理，特点及可行性，并结合实际试验进行论述，该工艺方法可实现不提钻下炸药柱，解决目前施工中存在的技术难题，具有广阔的应用前景。     

地埋管换热系统地温监测技术探析

分布串列式地层温度测量与数字传输系统改进海洋层温测量传感的核心技术,克服了传统的测试引线多、不易调试、成本高、无法真实反映土壤地层温度的诸多弊端,综合考虑了测温精度、仪器稳定性、安装的可行性、价格及其他因素。且通过试验证实:置于换热PE管内、管外所测的地层温度相差一般在0.05℃～0.1℃,均能较好地反应地层温度的真实变化特征,实际应用时可采用具有更多优点的将测线从PE管内下入方式。这种地温监测技术方法已在多个换热系统工程中应用,其精度和稳定性均能满足浅层地热能开发利用时地埋管群区域地下温度场动态监测的需求。     

潜孔锤跟管钻进技术在小浪底水利观测孔工程的应用

在黄河小浪底水利枢纽观测孔工程中,采用气动潜孔锤跟管钻进结合双动力头钻机成功地解决了普通气动潜孔锤及常规钻进工艺在厚度达50 m渣石层成孔难的问题。     

旋挖钻机用气动潜孔锤反循环硬岩钻进技术

为解决旋挖钻机在硬岩地层中施工困难的问题,借鉴地质钻探领域成熟的工艺方法,研制了适用于旋挖钻机用的空气潜孔锤反循环钻进工艺方法及设备。该工艺方法在不改变旋挖钻机任何结构的情况下,配套空气潜孔锤反循环钻具即可实现硬岩的快速钻进,解决了大口径钻探排渣困难的难题,且能够达到环保的要求。气动潜孔锤反循环钻具的设计全面考虑了大口径桩基施工及潜孔锤应用特点,气水龙头的双通道、大通孔设计满足进气排渣要求,反循环双壁钻杆为同心式,密封可靠,钻具的连接采用六方快速连接。通过在厦门地铁施工试验,验证了其可行性。     

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。     

RD20Ⅱ型钻机及空气潜孔锤钻进施工中若干问题探讨

采用RD20Ⅱ型钻机及空气潜孔锤钻进工艺,有效地解决了大口径煤层气孔、矿井通风孔、电缆孔及水源井等钻探施工中硬岩钻进效率低,干旱缺水地区钻探成本高,地层遇水易坍塌、缩径等问题。在介绍了RD20Ⅱ型钻机和QL系列潜孔锤结构特点的基础上,总结了在空气潜孔锤钻进中的一些问题及解决思路和措施。     

地质条件及埋管形式对地埋管换热器换热性能影响研究

利用北京市35个现场换热孔岩土热响应试验数据,分析了地质条件和埋管形式对地埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明地质条件对地埋管换热性能具有显著影响:地层初始平均温度每变化1℃,换热能力相差8%左右;基岩地层的地埋管换热能力平均比松散层高35%;换热孔处地下水流速从0.14 m/d增至0.91 m/d, Pe值从18增加至113,由于热对流换热作用加强,延米换热量提升13%。在相同地质条件下,套管式换热器冬季延米取热量比双U型换热器高约40%;换热深度从150 m增加至300 m时,双U型和套管式换热器延米取热量均略有升高。     

地下同轴套管式换热器取热工况热响应实验分析

地源热泵系统凭借其节能和环保的特性,一经问世就迅速吸引了全世界的目光,成为了一个非常热门的研究课题。换热器的传热效率一直是地源热泵技术研究的主要问题之一,通过对比传统的单U型换热器,对新型的同轴套管型换热器的取热工况进行试验研究,并对采集的数据进行分析讨论,说明其具有良好的传热效果。     

采用空气潜孔锤钻进技术在井筒内施工泄水孔实践

袁店一井煤矿风井井筒基岩段施工中遇工作面大量涌水,排水能力无法满足掘砌需要。为保证井筒掘砌施工安全,提出施工钻孔直达风巷的方法进行快速泄水,但已无法进行传统泥浆钻进。通过采用长距离悬空钻杆结合空气潜孔锤钻进技术以及孔口管的安装等施工工艺和措施,有效解决了岩粉上返、水压过大、钻杆摆动等施工技术难题,快速地完成了泄水孔的施工,成功将井筒基岩段涌水排入井下水仓,从而确保了井筒的安全和快速施工。     

空气反循环钻进工艺在地勘浅层取样中的应用探讨

空气反循环钻进工艺具有钻进速度快、施工环保等特点,是地质勘探取样又一重要方法手段。通过浅层取样生产试验,探讨了施工设备材料、钻进参数的选择依据,指出了施工中应重点把握的技术措施,列举了施工中常见的问题,研究提出了解决办法,总结了工艺特点等。     

复杂地质条件下基坑支护灌注桩施工技术

北京政泉花园工程地质条件复杂,填土层中分布有各种旧管线、旧混凝土基础、混凝土块以及基坑支护留在土层中的土钉和钢绞线等地下障碍物,灌注桩附近有需要进行保护的管线,施工难度大。结合工程实际,采用人工挖孔、长螺旋钻孔后插钢筋笼施工技术。实践表明,该施工工艺能够有效处理浅层地下障碍物和保护地下管线,同时具有施工简单、安全、质量可靠性高,缩短工期等优点,并从根本上排除了泥浆污染和泥浆处理等环保问题,具有明显的经济效益与社会效益。介绍了该施工技术的施工工艺流程、操作要点。     

多工艺钻井技术在贵州省遵义县ZK1井施工中的应用研究

结合贵州省遵义县ZK1井地质情况,介绍了空气潜孔锤钻井工艺、螺杆钻具孔底动力钻井工艺和常规牙轮正循环钻井工艺等多工艺钻井技术在该井施工中的应用情况,通过对比分析得出了结论:多工艺钻井技术的合理使用可以极大提高贵州省地热钻井施工效率和经济效益。总结了钻井施工过程中出现的问题,如钻井设计与施工过程中与地质技术人员沟通不足、钻具选用与钻井参数不合理、钻井设备与钻进工艺不配套等,并根据贵州省地质情况和施工单位现状提出了改进意见。     

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%。