一個高效節(jié)能環(huán)保的地下水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計與地下土壤的熱滲換熱的研究密不可分。目前在國內(nèi)關(guān)于抽灌井區(qū)的溫度場模擬方面還處于起步階段,在研究熱貫通發(fā)生時間及其影響因素之間的關(guān)系方面還很少。因此,為有效利用地下熱能資源,本文結(jié)合地下水源熱泵取注水情況,研究不同地質(zhì)條件下含水層的滲流換熱特性,討論地下水源熱泵系統(tǒng)的建設(shè)和優(yōu)化。本文通過構(gòu)建地下水滲流數(shù)學(xué)模型和熱量運移的數(shù)學(xué)模型,分析抽灌流動下含水層多孔介質(zhì)特性對地下水取水換熱特性的影響。基于COMSOL軟件模擬不同情況下含水層溫度場的分布情況,并探討地下水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化運行模式的作用效果,并提出和驗證了“大溫差小流量”運行管理模式能夠明顯提高系統(tǒng)的取水換熱能力。不同滲透系數(shù)的砂土介質(zhì)對含水層滲流換熱能力影響較大。滲透系數(shù)大于20m/d的砂土的不同滲透系數(shù)值對滲流換熱影響十分明顯。尤其當(dāng)水力坡度較大時,不同滲透系數(shù)的砂土對滲流場和溫度場的影響較大。因此,在實際勘察中,對于粒徑較大砂土,需要具體測定其滲透系數(shù)大小以評價含水層的滲流換熱能力。而對于滲透系數(shù)小于5m/s的砂土,如細(xì)砂或粒徑更小的砂土類型,可通過查閱資料并取該類型砂土滲透系數(shù)的平均值來... 

【文章來源】：北京建筑大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

地源熱泵系統(tǒng)分類及特點Fig.1.1ClassificationandcharacteristicsofGroundWaterHeatPumpSystem

第1章緒論7于地下水充足地區(qū)。地表淺層的地下熱能來自于深層地?zé)嵋约拔樟颂栞椛涞臒崃�。一般含水層深度�?0米至300米之間，常年能夠保持恒定溫度。在夏季時，通過水泵從含水層中抽取低于夏季室外空氣溫度的水，在冬季時抽取高于室外空氣溫度的水，并通過熱泵系統(tǒng)進(jìn)行換熱。如圖1.2所示為地下水源熱泵工作原理示意圖。圖1.2地下水源熱泵工作原理示意圖Fig.2.2WorkingprinciplediagramofGroundWaterHeatPumpSystem地下水源熱泵系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)中，很多項目在長期運行后會由于地質(zhì)條件原因，出現(xiàn)無法正�；毓嗟膯栴}，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常穩(wěn)定運行，維修成本及運營管理成本較高。因此，如果沒有全面的技術(shù)性指導(dǎo)，項目長期運營的經(jīng)濟(jì)性會受到很大影響。地下水源熱泵技術(shù)近些年受到國內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注，但研究方向大多集中在系統(tǒng)運行的能耗和項目的經(jīng)濟(jì)性方面，而該技術(shù)是一個需要跨學(xué)科的內(nèi)容，不僅涉及到地質(zhì)學(xué)的內(nèi)容，地下水流的流動與熱量的運移也是該技術(shù)的重要一部分。地下水是否能完全回灌，與該地區(qū)含水層多孔介質(zhì)滲流能力有主要關(guān)系。在同一地下含水層中，若不同空間位置的溫度存在差異，如果在溫度較高的趨于進(jìn)行熱水開采，或在溫度較低的區(qū)域進(jìn)行冷水回灌，或兩者同時進(jìn)行，將會導(dǎo)致冷水封面以一定的速度向熱水區(qū)域運移。在地下含水層的采能中，當(dāng)冷/熱封面到達(dá)開采井時，將會引起開采井溫度下降/升高，即發(fā)生了熱貫通現(xiàn)象。在滲流能力較好的地區(qū)開發(fā)地下水源熱泵，通常能按照設(shè)計要求完成百分百的回灌，并且能夠有效減少出現(xiàn)熱貫通的問題，使系統(tǒng)能夠保持長期穩(wěn)定高效的運行。地下水源熱泵系統(tǒng)在采能和蓄能的過程中，抽水井的抽水溫度在系統(tǒng)運行一段時間后，會受到回灌井水不同程度的熱貫通現(xiàn)象，進(jìn)而不同程度地影響熱泵系統(tǒng)

第1章緒論81.2地下水源熱泵系統(tǒng)及其發(fā)展本文以下所指系統(tǒng)均表示地下水源熱泵系統(tǒng)。在多年的實踐和研究過程中，探索出不同形式的系統(tǒng)類型。地下水源熱泵系統(tǒng)在開發(fā)建設(shè)主要受地形地質(zhì)因素影響，在建設(shè)的初期，隨著工業(yè)的發(fā)展該技術(shù)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。傳統(tǒng)的地下水源熱泵系統(tǒng)大多考慮地下水取水和熱量交換的實現(xiàn)，通常忽略環(huán)境污染和可持續(xù)發(fā)展的問題，經(jīng)多年開發(fā)建設(shè)經(jīng)驗和科學(xué)技術(shù)研究的發(fā)展，地下水取水系統(tǒng)也向著更節(jié)能環(huán)保高效的方向進(jìn)步。1.2.1地下水源熱泵系統(tǒng)1.2.1.1系統(tǒng)的分類及組成地下水源熱泵系統(tǒng)在長期的開發(fā)建設(shè)中分支為多種類型，在最早開發(fā)時，大多關(guān)注系統(tǒng)的取水功能，忽略系統(tǒng)的回灌的影響。隨著開發(fā)建設(shè)，地下水源熱泵系統(tǒng)分為了多種不同的類型。地下水源熱泵系統(tǒng)可按含水層的水回路和回灌方式分類，具體如圖1.3所示。圖1.3地下水源熱泵系統(tǒng)的分類Fig.1.3ClassificationofGroundWaterHeatPumpSystem按照回灌方式分類可分為單井系統(tǒng)和雙井系統(tǒng)。如圖1.4所示，其中，地表回灌和同井抽灌方式均屬于單井系統(tǒng)，異井回灌為雙井系統(tǒng)。雙井系統(tǒng)即指代分為抽水井和回灌井的系統(tǒng)，并非特指井的數(shù)量。a）地表回灌；b）同井回灌；c）異井回灌圖1.4地下水源熱泵按回灌方式分類示意圖Fig.1.4Schematicdiagramofclassificationbyrechargemode

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本文編號：3500456