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高寒地区中深层地源热泵系统运行表现分析

暖通空调 2025年第01期 143-148+86页

作者：张华北陈翔燕金浩然李锴张静选宋伟江苏盛世机电工程有限公司苏州大学北方工业大学

对青海省共和县中深层地源热泵集中供暖系统实际运行情况展开了研究。通过室内外温度、取水与回灌水温度、供回水温度、能耗和性能系数等数据，综合分析了供热系统实际运行表现。研究结果表明，地热水出水温度存在0.078℃/d的衰减率，... 详细信息

对青海省共和县中深层地源热泵集中供暖系统实际运行情况展开了研究。通过室内外温度、取水与回灌水温度、供回水温度、能耗和性能系数等数据，综合分析了供热系统实际运行表现。研究结果表明，地热水出水温度存在0.078℃/d的衰减率，为维持地热动态平衡，取水上限流量为80 m3/h。此外，天气转暖过程中室外平均温度5℃可看作热泵机组启停节点，关闭地源热泵机组仅靠板式换热器换热，能使系统综合性能系数最大升至8.7,系统能耗降幅达42.9%。本文可为地热供暖系统优化运行及能效提升提供参考。

关键词：中深层地源热泵高寒地区地热水集中供暖板式换热器性能系数(COP)

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中深层地源热泵系统在部分地区的适宜性研究

中深层地源热泵系统在部分地区的适宜性研究

作者：詹相群华中科技大学

学位级别：硕士

中深层地埋管地源热泵供暖系统(也称为中深层地源热泵系统,中深层地热能无干扰供热技术等,本文简称为中深层地源热泵系统),为地热能的利用形式之一,一般采用同轴套管型式,垂直钻孔深度一般为1000-3000m,底层温度可达70℃左右。具有换热... 详细信息

中深层地埋管地源热泵供暖系统(也称为中深层地源热泵系统,中深层地热能无干扰供热技术等,本文简称为中深层地源热泵系统),为地热能的利用形式之一,一般采用同轴套管型式,垂直钻孔深度一般为1000-3000m,底层温度可达70℃左右。具有换热量大、占地少等优点,目前该技术已有部分研究及部分地区应用,但对该技术在国内各地应用的适宜性研究较缺乏,导致该技术的推广缺少具体技术依据。为弥补此不足,本文对中深层地源热泵系统在国内部分地区的适宜性进行了研究。本文选择寒冷地区三个城市:西安、兰州、北京和夏热冬冷地区两个城市:武汉和长沙,以某住宅小区为对象,冬季采用中深层地源热泵系统供热,建立了中深层地源热泵系统TRNSYS模型,对中深层地源热泵系统运行能耗、性能系数(COP)等参数进行模拟。从资源条件、节能性、经济性及环保性等方面建立中深层地源热泵技术适宜性评价指标体系,计算一次能源利用率、投资回收期与CO排放量等指标,得到中深层地源热泵适宜性结果。分析了孔深、流速等九个因素对系统性能及适宜性的影响,得到各因素取不同值时投资回收期等节能经济环保性能指标值。采集了西安及兰州三个实际工程项目参数及其中两个项目运行数据,分析了其技术经济性及适宜性评价体系中的主要指标。研究结果显示:西安、兰州分别适宜、较适宜应用中深层地源热泵,北京处于过渡区,武汉、长沙不适宜。孔深、流速等参数对系统投资回收期等及适宜性指标影响较大。在1000-2500 m研究范围,钻孔越深,一次能源利用率、投资回收期及CO减排量均越好。而兼顾节能环保和经济性的综合性能及适宜性指标的流速0.4-0.6m/s为好。西安、兰州三个项目系统能效比(3.64-4.19)、单位延米取热量(77.4-123.9W/m)等指标在中深层系统中居于中等水平,比浅层地源热泵有明显优势。本文研究结果可为中深层地源热泵技术应用的可行性分析及方案设计提供一定参考依据。

关键词：中深层地源热泵供暖系统地埋管同轴套管换热器适宜性评价

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中深层地源热泵系统研究进展

节能 2023年第7期42卷 94-96页

作者：李双朱林闫薇张语孙振东吴迪吉林建筑科技学院能源与环境学院吉林长春130114

地热能作为可再生能源,具有能源分布范围广、运行稳定等优势。地热能供暖系统的应用离不开热泵技术。中深层地源热泵系统能够克服浅层地源热泵土壤热失衡问题,且具有出水温度高、能效高等优点。通过综述中深层地源热泵系统的研究现状,... 详细信息

地热能作为可再生能源,具有能源分布范围广、运行稳定等优势。地热能供暖系统的应用离不开热泵技术。中深层地源热泵系统能够克服浅层地源热泵土壤热失衡问题,且具有出水温度高、能效高等优点。通过综述中深层地源热泵系统的研究现状,分析目前中深层地源热泵在研究和应用中的不足,并指出中深层地源热泵未来的研究方向。

关键词：地热能中深层地源热泵地埋管换热器孔间距换热量

中深层套管式地埋管换热器热-经济性分析及应用

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第12期53卷 4749-4761页

作者：饶子雄李明佳李梦杰刘攀峰赵磊鲁耀基西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049 陕西西咸新区沣西新城能源发展有限公司陕西西安712000

为获得设计参数对中深层套管式地埋管换热器热-经济性的影响规律,本文首先建立了中深层套管式地埋管换热器及岩土层的流动传热模型和供热系统的经济学模型;其次,探究了物性参数(回填材料、内管、外管的导热系数)、结构参数(埋深、内管... 详细信息

为获得设计参数对中深层套管式地埋管换热器热-经济性的影响规律,本文首先建立了中深层套管式地埋管换热器及岩土层的流动传热模型和供热系统的经济学模型;其次,探究了物性参数(回填材料、内管、外管的导热系数)、结构参数(埋深、内管管径、外管管径)以及运行参数(入口温度、循环流量)对换热器取热性能的影响;再次,分析了供热系统关键参数(埋深、循环流量、井口数)对系统经济效益的影响;最后,对西安某无干扰地热能供热项目进行热-经济性优化。研究结果表明:影响取热性能最重要的因素为埋深,其次为入口温度和循环流量,内管导热系数、外管管径、回填材料导热系数、内管管径和外管导热系数对取热性能影响较小。对于物性参数,增大回填材料导热系数、减小内管导热系数、增大外管导热系数均可以提高换热器取热性能;对于结构参数,增大埋深、减小内管管径和增大外管管径均可以提高换热器取热性能;对于运行参数,减小入口温度和增大循环流量均可以提高换热器取热性能。考虑初投资、运行成本和项目收益,以动态投资回收期评价系统热-经济性,当埋深为3 000 m、循环流量为25 t/h时,系统动态投资回收期缩短至3.7 a。

关键词：中深层地源热泵地埋管换热器正交试验热影响半径

中深层U型地埋管热泵系统在严寒、寒冷地区的适用性分析

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中深层U型地埋管热泵系统在严寒、寒冷地区的适用性分析

作者：左婷婷大连理工大学

学位级别：硕士

随着全球化和现代化的发展,建筑能耗呈逐年上升趋势。解决建筑业能耗和温室气体排放造成的环境问题是摆在我们面前的首要任务,可再生能源系统与建筑一体化将是解决建筑供热空调能耗问题的重要途径。建立地源热泵系统的优化设计方法,完... 详细信息

随着全球化和现代化的发展,建筑能耗呈逐年上升趋势。解决建筑业能耗和温室气体排放造成的环境问题是摆在我们面前的首要任务,可再生能源系统与建筑一体化将是解决建筑供热空调能耗问题的重要途径。建立地源热泵系统的优化设计方法,完善系统的预测模型,可最大限度节约能源,对于我国建筑能源转型、保护地质条件的稳定性都具有重要的现实意义。本文以辽宁省阜新市示范项目为基础,建立了中深层U型地埋管热泵系统的仿真模型,优化了设计运行参数,拓展了中深层地热应用技术。本文的研究意义旨在解决累计热负荷占优地区地源热泵系统的冷堆积问题和埋管面积有限的问题,提出中深层U型地埋管热泵系统,该系统与太阳能地源热泵复合系统相比,其土壤补热能力强,系统维护运行简单。本文主要的研究方法涉及了热泵系统优化设计、仿真模拟、能耗预测和实验测试等。本文的研究内容包括:(1)本文以辽宁省阜新市某示范项目为对象,采用TRNSYS软件建立仿真模型,通过模拟得到累计热冷负荷比2.40。在此案例基础上进行单因素分析,结果表明此案例最优钻孔深度为600m。在此埋深基础上通过正交试验研究影响技术经济性指标的因素并分析这些因素的影响程度,结果表明最优钻孔间距为8m,地埋管公称直径为DN50,折合热阻0.1m.K/W,地源侧流量188.34m/h,钻孔间距和地埋管公称直径的影响程度尤为明显,折合热阻和地源侧流量对费用年值的影响并不显著。在最优方案的基础上进行模拟分析,结果表明所研究系统的冬季平均系统能效为3.63,夏季平均系统能效为4.52,该系统能够长期稳定高效运行。(2)本文以辽宁省阜新市某示范项目为研究对象,并针对累计热负荷占优地区的特点,将正交试验得到的最优方案与常见的太阳能地源热泵复合系统进行技术经济分析,通过模拟结果对比分析,中深层U型地埋管热泵系统在寿命周期内体现出更佳的适用性。(3)本文对中深层双温型地源热泵系统进行了长期模拟运行,在不同的累计热冷负荷比的条件下,供冷季地埋管换热器的设置位置有所区别,累计热冷负荷比越小,供冷季地埋管换热器设置越深。结果表明与单温系统相比,双温系统全年可以节约4.91%左右的运行费用。综上所述,本文研究系统具有良好的供暖供冷能效,具有较低的系统费用年值,适用于累计热负荷占优地区。本文对研究系统的设计参数优化分析可为后续中深层U型地埋管热泵系统的应用提供依据,具备一定的设计指导意义。

关键词：中深层地源热泵 U型管 TRNSYS 双温型严寒寒冷地区

中深层地埋套管式换热器及热泵供暖系统应用分析

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绿色科技 2023年第14期25卷 259-265页

作者：狄多浩上海市政工程设计研究总院集团第十市政设计院有限公司兰州730030

中深层地源热泵统是通过提取地下2000 m左右的中深层地热能给建筑供热的热泵系统,提供了较高温度的热源,从而明显改善了热泵的能量性能。中深层地源热泵统受制于场地、初投资等方面的影响,在国内外研究内容相对较少,且研究内容多没有详... 详细信息

中深层地源热泵统是通过提取地下2000 m左右的中深层地热能给建筑供热的热泵系统,提供了较高温度的热源,从而明显改善了热泵的能量性能。中深层地源热泵统受制于场地、初投资等方面的影响,在国内外研究内容相对较少,且研究内容多没有详细的测试数据。本文通过数值模拟套管式换热器内外管径比、钻孔深度等关键因素展现对中深层地源热泵的供暖影响,给出换热量,能效比(COP)等参数可供参考。从2月1日到3月31日,本文对中深层地源热泵进行了为期2个月的工程测试,热源系统累计消耗电能为64887 kWh;热源系统平均COP为3.47;宿舍全天温度基本维持在18℃以上,满足供暖需求,得出中深层地源热泵具有节能环保,运行稳定等特点,对其进一步理论研究和推广具有重要意义。

关键词：清洁供暖中深层地源热泵 COP

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中深层地热地埋管供热可持续性研究

热科学与技术 2021年第6期20卷 547-555页

作者：刘洪涛陈宏飞刘攀峰刘腾杨富鑫谭厚章陕西西咸新区沣西新城能源发展有限公司陕西西安712000 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

为了研究中深层地热地埋管运行期间和热恢复过程中周围岩土温度变化趋势以及热恢复后岩土对竖直地埋管运行稳定性的影响。基于关中地区地质岩层数据,结合西咸新区中深层地热地埋管供暖系统实际工程应用,利用FLUENT软件模拟分析了中深层... 详细信息

为了研究中深层地热地埋管运行期间和热恢复过程中周围岩土温度变化趋势以及热恢复后岩土对竖直地埋管运行稳定性的影响。基于关中地区地质岩层数据,结合西咸新区中深层地热地埋管供暖系统实际工程应用,利用FLUENT软件模拟分析了中深层地埋管换热器对周围岩土影响规律。结果表明:经过四个月的取暖运行,在岩土上层,由于流体温度较高,出现逆向换热区;在岩土下层,温度随着深度的增加降幅较大,并且在深度方向表现为线性增势;在不考虑地下水渗流的情况下,岩土取热后经过八个月的热恢复,恢复后最大温差为3.02℃,恢复后平均温差为1.30℃。岩土热恢复温差对地埋管的长期运行无显著影响,可长期持续稳定运行。实践表明,由于地层结构、地层压力、放射性衰变、地层导热等多方面因素的影响,2000 m以下实际地层温度恢复迅速,并未出现明显的温度衰减,充分体现了地球恒温体的特性。

关键词：中深层地源热泵换热特性地埋管换热器全尺寸模型热影响半径

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跨季节储热水体供热系统仿真模型与动态特性研究

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跨季节储热水体供热系统仿真模型与动态特性研究

作者：许国治华中科技大学

学位级别：硕士

太阳能利用技术对于推进建筑领域碳中和至关重要,但是太阳能的低能量密度、不连续以及季节性差等问题限制了其进一步的应用。跨季节储热水体系统可实现太阳能的“夏热冬用”,成为推进太阳能高效利用技术的重要支撑。目前我国跨季节储热... 详细信息

太阳能利用技术对于推进建筑领域碳中和至关重要,但是太阳能的低能量密度、不连续以及季节性差等问题限制了其进一步的应用。跨季节储热水体系统可实现太阳能的“夏热冬用”,成为推进太阳能高效利用技术的重要支撑。目前我国跨季节储热水体供热技术尚处于起步阶段,在方案设计、系统优化和运行调控等方面尚存在诸多问题,导致系统投入运行后容易出现热能供需不平衡、热量浪费或供暖不达标等问题。基于此,本文主要探究了跨季节储热水体耦合中深层地源热泵区域性供热系统的传热仿真模型、参数分析以及其动态热工特征等内容,主要贡献如下:(1)建立了跨季节储热水体耦合中深层地源热泵区域性供热系统的数学模型,并采用缩小尺寸实验和实际工程项目数据对跨季节储热水体换热与中深层地源热泵取热模型进行了实验验证。缩尺实验中数值模拟的结果与实验数据平均相对误差在3.3%以内,误差温度在1℃以内;在数值模型与实际项目数据对比中,水体模型与热泵模型平均误差温度都在1℃以内。(2)基于系统耦合模型,探究了系统优选的设计参数/运行参数配比,即11000m水池的一个供暖季最大供热量为450MWh,优选深径比为0.343;在太阳能集热器水平放置时系统优选蓄集比为7000L/m;考虑取热时间与恢复时间影响下的中深层地源热泵单管优选供热功率350k W,流量15kg/s等参数。(3)以北方某60000m小区供暖为例,基于系统仿真模型对系统进行分析。在3000MWh总供热负荷下,选取70000m水池、9500m太阳能集热器、2000m中深层地埋管2支、单管流量15kg/s时;供热季中储热水体平均每年承担2000MWh供热负荷,其余由热泵承担,水体运行95天,平均热效率为67.7%;而中深层地源热泵运行55天,热泵管壁温度约在5月后恢复到初始水平的95%。结合不同供热运行模式,探究了同负荷变化下90000m～40000m水池运行参数配比情况,得出90000m水池模型可以独立负担整个供暖季用户侧负荷的99%;而选用40000m水池、5800m太阳能集热器、2000m中深层地埋管2支、单管流量15kg/s的方案可以在满足动态供热负荷的前提下削减56%的水体体积与55%的集热器面积。

关键词：跨季节储热水体中深层地源热泵区域供热数值仿真参数分析

中深层套管式地埋管换热器非采暖季蓄热模拟研究

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节能 2021年第7期40卷 69-71页

作者：李凡山东建筑大学热能工程学院山东济南250101

基于建立的数值计算模型,对中深层地埋管换热器采暖季取热和非采暖季蓄热过程进行模拟,探究系统温度场变化,计算管道水温和管底岩土温度,并对不同蓄热工况下管道进口水温变化进行对比分析。计算结果表明,当管底温度低于热水回灌水温时,... 详细信息

基于建立的数值计算模型,对中深层地埋管换热器采暖季取热和非采暖季蓄热过程进行模拟,探究系统温度场变化,计算管道水温和管底岩土温度,并对不同蓄热工况下管道进口水温变化进行对比分析。计算结果表明,当管底温度低于热水回灌水温时,回灌效果较好,回灌后名义取热量增加,同时进口水温的下降趋势放缓。

关键词：中深层地源热泵地热能蓄热