沈阳城区地下水源热泵适宜性评价及应用模式研究

作     者：臧海洋 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘俊

授予年度：2011年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：地下水源热泵 评价体系 层次分析法 地理信息系统 数值模拟 井间距 

摘      要：随着我国经济建设的快速发展,能源和环保问题已日益凸现,近几年来,地下水源热泵作为一种新型的绿色节能空调系统已广泛应用于各类建筑。我国于90年代末兴起水源热泵技术,发展时间较短且缺少相关的政策法规和技术要求,没有形成系统的评价体系和具体操作流程规范,阻碍了水源热泵技术的广泛应用。 沈阳市政府为节约能源、保护环境,大力提倡地下水源热泵空调系统的应用。但水源热泵技术是一项系统工程,有其自身适用的条件,在不适宜地区盲目的建立水源热泵系统,将会产生严重的后果。本文通过对沈阳城区地下水环境的特征分析,建立地下水源热泵适宜性评价体系。该评价体系是在分析沈阳城区地下水环境特征的基础上,结合热泵机组的特点,确定影响地下水源热泵应用的若干要素,建立多因素、多指标的评价体系,并应用层次分析法确定评价指标权重。将各指标评价结果以图形形式利用地理信息系统(GIS),通过多指标分析叠加得到了沈阳城区地下水源热泵适宜性分区规划图。 在适宜地区结合热泵实际工程,建立地下水流与温度的耦合数值模型,模拟研究地下水源热泵对区域地下水环境的影响。针对地下水源热泵布井间距、多用户间布井方案、同井回灌模式下地下水源热泵设计方案以及靠近河岸地下水源热泵应用的井距等,研究水文地质参数、井结构参数、抽灌量、回灌温差和地下水天然流场等因素对地温场的影响,并分析水源热泵的合理化应用方案。 通过论文研究,得出主要成果如下: 一、根据地下水源热泵机组的技术要求及其特点,以及沈阳城区水文地质条件及地下水环境特征,建立沈阳城区地下水源热泵适宜性评价体系,并运用层次分析法确定评价指标的权重。 二、利用该评价体系对沈阳城区地下水源热泵的应用进行适宜性分区,并应用地理信息系统(GIS)制作了沈阳城区地下水源热泵适宜性分区图,将评价结果可视化。 三、模拟分析单用户地下水源热泵运行过程中含水层温度场的演化,结果表明:在潜水含水层中,在不考虑含水层温度受大气温度影响下,区域天然地下水流的存在时制约潜水含水层温度场分布的主要因素,水力坡度越大,回灌井温度场顺水流方向影响范围越大;而承压含水层内地下水流梯度较小,对温度分布影响有限。地下水源热泵系统的抽灌井最佳布井间距为150m,合理布井间距应为100m。 四、模拟分析同井回灌模式地下水源热泵运行过程中含水层温度场的演化,结果表明:在复合井结构下过大的换热温差将会造成地下水的热贯通,导致抽水水温下降,影响热泵机组换热效率。应用复合井不仅要考虑场区水文地质条件、地下水环境条件,而且要选择合理的换热温差,才能保证热泵机组正常运行。 五、模拟分析多地下水源热泵用户热泵运行过程中含水层温度场的演化,结果表明:多地下水源热泵用户中,要考虑到不同的井位布设下用户间的相互影响,通过模拟预测选择合理的布井方案,保证每个用户热泵机组的正常运行。 六、模拟分析河岸边地下水源热泵运行过程中,含水层温度场的变化,结果表明:由于河水水温随季节变化,河水与地下水相互补给对河岸地下水温度场造成影响。为减少河水温对热泵抽水井水温影响,抽水井距河岸最佳布井距离为≥150m,合理布井距离为≥100m;回灌井距河岸最佳布井距离为≥200m,合理布井距离为≥150m;地下水源热泵系统抽、灌井最佳井间距为100m,合理井间距为50m。