地下水源熱泵系統(tǒng)井群優(yōu)化與機(jī)組性能實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、人類進(jìn)入21世紀(jì),全世界范圍內(nèi)比以往任何時(shí)候都要關(guān)注能源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系。要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,必須盡可能地利用清潔的可再生能源,提高能耗的使用率。建筑能耗在國(guó)家的總能耗中占有重要的部分,發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑能耗一般占總能耗的30％~40%,我國(guó)占26.7%。因此加大建筑節(jié)能,對(duì)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著重要的意義。地下水源熱泵空調(diào)技術(shù)利用全年溫度比較恒定的地下水作為冷熱源,運(yùn)行時(shí)機(jī)組效率較之其他空調(diào)系統(tǒng)較高,而且它可將多余的冷或熱排放

2、到土壤里,不會(huì)對(duì)大氣造成熱污染,有較高的環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,但是這種系統(tǒng)仍然需要解決一些問(wèn)題以便于其推廣。
　　本課題研究的主要目的在于優(yōu)化地下水源熱泵的井群系統(tǒng)以及通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究不同的運(yùn)行機(jī)制對(duì)于地下水源熱泵性能的影響。井群如何布置是地下水源熱泵系統(tǒng)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一,決定井群布置的理論基礎(chǔ)是含水層水—熱遷移規(guī)律。本文首先全面總結(jié)了含水層水—熱遷移的模擬模型,概述了不同模型及不同的數(shù)值方法在環(huán)境、地質(zhì)、暖通等領(lǐng)域的應(yīng)用;在此基

3、礎(chǔ)之上,通過(guò)數(shù)值模擬試驗(yàn),尋求井出口流速(流量)和井間距離對(duì)熱貫通量的影響,優(yōu)化井群分布;最后通過(guò)熱泵性能試驗(yàn),分析了井水進(jìn)口溫度和進(jìn)出口溫差對(duì)熱泵性能的影響。本文通過(guò)對(duì)地下水源熱泵系統(tǒng)的地下井群分布優(yōu)化研究和地面機(jī)組性能的分析,為地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)行管理提供決策依據(jù)。
　　本文的研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面:
　　1.全面總結(jié)概述了地下水-熱遷移模型和數(shù)值方法在環(huán)境、地質(zhì)、暖通等領(lǐng)域的研究進(jìn)展,通過(guò)分析使其

4、成為本文研究所采用研究手段的理論基礎(chǔ)。并且提出了通過(guò)放射性示蹤這種工程試驗(yàn)方法研究地下水-熱遷移的可行性。
　　2.提出了解耦分析井間熱貫通的兩步分析法。分析含水層的熱遷移主要包括:(1)通過(guò)固相的熱傳導(dǎo);(2)通過(guò)液相的熱傳導(dǎo);(3)通過(guò)液相的熱對(duì)流三個(gè)方面,通過(guò)分析含水層水-熱遷移模型,得出液相的熱對(duì)流即水遷移才是帶來(lái)熱遷移的主要原因,鑒于此,提出了兩步分析法。首先,通過(guò)含水層的熱擴(kuò)散模型預(yù)測(cè)最小影響半徑;然后,基于在穩(wěn)態(tài)、不

5、可壓流場(chǎng)中流線和跡線重合,提出分析井間熱貫通量的流線分析法,確定井群之間的熱貫通程度。
　　3.根據(jù)文獻(xiàn)[72]所提供的地質(zhì)條件,數(shù)值模擬了不同進(jìn)出口溫差下兩井間的最小影響半徑;通過(guò)模擬流線圖,驗(yàn)證了在所求最小影響半徑內(nèi)的確不存在任何的熱貫通;通過(guò)進(jìn)一步模擬得出結(jié)論:在井距不變的情況下,熱貫通量會(huì)隨著抽回溫差的增大而下降;在抽回溫差相同的情況下,熱貫通量隨著井距的減小而遞增;同時(shí)得出了在同一進(jìn)水溫差下,井距和熱貫通量關(guān)系的二次擬合