利用地下水填充钻孔的埋管换热器性能分析

地下水填充的井下换热器（GFBHE）是一种不需要灌浆,利用地下水填充钻孔进行换热的地热换热器。针对GFBHE建立了瞬态三维数值模型进行模拟,并与利用普通灌浆材料进行回填的埋管换热器进行对比。数值模型通过将孔隙型岩层等效为饱和多孔介质的方法将钻孔外部的自然对流现象考虑在内。研究了包括渗透系数、地温、钻孔孔径在内的关键因素对GFBHE性能的影响。结果表明,当含水层渗透系数大于1×10^-4 m/s时,GFBHE性能明显优于利用灌浆填充钻孔的地热换热器,在富水区域利用GFBHE取代后者是可行的。GFBHE的换热性能随着钻孔孔径、含水层渗透性的增大以及地温的升高而提升。     

单井增强型地热系统性能分析

为了解决深井换热器单井换热功率不高的问题,提出了一种单井增强型地热系统（single-well enhanced geothermal system,SEGS）,SEGS通过在地热单井的钻孔周围建立人造热储来强化单井的换热能力。利用数值模拟的方式对SEGS进行了分析,研究了SEGS应用于建筑供暖的表现。结果表明：当换热流体采用由内管流入外管流出的流动方向布置形式时,SEGS的换热效果最好;此时单井单个供暖季平均换热功率为1603.6kW,是深井换热器的2.2倍。SEGS的换热功率随着人造热储半径的增大而增大,人造热储半径由50m提升至90m时,半径每增加10m带来的平均换热功率提升分别为102.7kW、67.0kW、43.8kW和29.2kW。单井换热功率随人造热储的厚度增加呈现先上升后略有下降的趋势,考虑到初投资问题建议热储厚度设计为400m。SEGS的换热功率随入口温度的降低以及入口流量的升高而增加。对于SEGS深度小于1500m的部分,需要考虑外管的保温。     

公共建筑储热式地热供暖系统多目标协同优化

储热技术是解决办公建筑地热供暖系统供需难以良好匹配及提高地热能利用率的有效手段之一,然而储热装置的引入将增加供暖系统的投资与维护成本,在一定程度上使系统发展受限。以位于河北省沧州地区的某办公建筑为研究对象,构建了储热式地热供暖系统模型,以综合成本、地热能利用率与碳排放量为优化目标,对系统设备选型及运行策略开展协同优化设计。研究表明,与基准系统相比,增设储热水箱可以明显改善地热供暖系统的性能;合理地控制储热水箱储、放热与热泵机组运行是降低系统成本与碳排放量、提高地热能利用率的关键。在此基础上,确定了储热式地热供暖系统的最优运行策略以及对应的设备选型优化参数。最优运行策略下相较于基准系统综合成本降低30.24%,日均地热能利用率提高11.12%,碳排放量减少46.65%。     

低GWP工质闪蒸补气式高温热泵性能对比

高温热泵作为一种有效的节能技术可以满足大多数的工业用热需求,遴选安全、环保、高效的制冷剂是当前高温热泵技术研究的重要工作之一。针对闪蒸补气式高温热泵,基于EES（Engineering Equation Solver）软件建立系统数学模型,以性能系数（COP）、制热量、单位容积制热量、冷凝压力、压缩比以及压缩机排气温度为性能指标,在冷凝温度 ≥ 100℃,温升分别为40℃、50℃和60℃工况下,对R1224yd(Z)、R1233zd(E)、R1336mzz(Z)和R1234ze(Z) 四种氢氟烯烃制冷剂在闪蒸补气式热泵系统中的应用潜力进行分析,并与R245fa比较。结果表明,R1336mzz(Z) 的COP最大、冷凝压力最低,但单位容积制热量最小,相对适用于小容量供热系统;R1234ze(Z)的单位容积制热量最大,且COP与R245fa相当,是R245fa的良好替代工质,尤其适用于大容量高温升供热系统;R1233zd(E) 虽然单位容积制热量偏低,但其COP、制热量和冷凝压力相对R245fa具有显著优势,亦可作为R245fa的替代工质;与R245fa相比,R1224yd(Z) 的热力性能无明显优势。     

考虑热储特征的地热梯级供暖系统经济性及环境效益

地热梯级供暖系统在建筑供暖方面具有广阔的应用前景,但投资费用较高,且当前对地热梯级供暖系统的环境效益影响研究尚存在欠缺。建立了考虑热储特征的地热梯级供暖系统数学模型,以河北省雄县的雾迷山组碳酸盐岩热储为例,分析了井距、井深、回灌温度和地热水流量对地热梯级供暖系统平准化供热成本（LCOH）与污染物减排量（AOER）的影响。结果表明,地热梯级供暖系统存在临界井距和经济回灌温度,且在一定工况范围内,增加地热井深度及提高地热水流量有利于提高系统的经济性及环境效益,但改善幅度逐渐减弱。此外,以LCOH最小与AOER最大为目标函数,利用遗传算法对地热梯级供暖系统开展多目标优化,并通过模糊集决策方法确定了给定工况下的最优解决方案。     

同轴开式地热单井换热器性能分析

文章针对具有开式结构的深井换热器(Open-loop Borehole Heat Exchanger,OBHE)建立了数值模型,研究了其在建筑供暖利用方面的性能表现。将OBHE与闭环结构的深井换热器(Deep Borehole Heat Exchanger,DBHE)进行了对比。分析了OBHE在单个以及多个供暖季的性能表现,研究了包括井径、含水层渗透率、岩石导热系数在内的因素对OBHE换热性能的影响。结果表明:两种形式的地热单井的运行特性相似,单井的换热功率以及出口水温都随着时间逐渐下降;OBHE在第1和第10个供暖季的平均换热功率分别为485.2 kW和451.3 k W,而DBHE则分别为431.2 kW和391.1 kW,OBHE的换热能力比DBHE更好;OBHE的换热功率和出口温度随着孔径、岩石导热系数、含水层渗透率的增大而增大。