地下水动力学条件对地下水源热泵系统的约束研究

摘要

浅层地温能，作为清洁、环保、可再生的新型能源，具有广阔的开发利用前景。浅层地温能开发，将为有效地缓解化石能源的紧张局面和环境压力、提高节能减排效果，提供一重要支撑路径。浅层地温能利用途径，主要有地下热交换热泵（常称为地源热泵）系统、地下水源热泵系统;相对而言，地下水源热泵系统，效率较高、运行成本也相对较低。
　　当目标含水层属地下水资源开发利用层位时，地下水源热泵一般要采取“地下水抽采～能量交换～回灌”的循环过程，以求在尽量减少工程运行对地下水资源数量与质量影响的前提下，合理利用地下水体中所赋存的热能。而地下水源热泵所依赖的地下水“抽～回”系统，其运行的稳定性、效率与成本及其对水资源影响程度等，直接受到地下水动力学条件的制约。
　　依托安徽省内已建8处地下水源热泵工程，开展热泵系统运行稳定性、效率与成本及其对水资源影响程度的调查、监测;综合8处水源热泵工程的水文地质条件，选取泾县医院和利辛县人民医院2处工程实例为代表，由地下水-热运移机理，借助TOUGH2软件，建立水-热运移数值模拟模型，定量研究热泵运行对地下水流动力场与温度场的影响程度、范围与过程，开展地下水动力学条件对地下水源热泵系统的约束研究。
　　研究结果表明:在地下水源热泵建设与运行过程中，存在多处水量损失，包括建井损失、洗井损失、线路损失、回灌损失、检修期间放水量、间歇期末运行初期放水量、节假日末运行初期放水量等。其中，洗井损失占总抽水量比例最大，泾县医院洗井损失水量占总抽水量的33.3％，利辛县人民医院洗井损失水量占总抽水量的85.7％;含水层渗透系数，与热泵工程对水资源影响效果关系密切，泾县医院热泵工程渗透系数为25m/d，利辛县人民医院热泵工程渗透系数为7m/d，泾县医院较利辛县人民医院热泵工程回灌损失水量少2％，且在系统运行周期末抽水井和回灌井水位影响范围分别小16.55km2和0.25km2;热泵工程的水量损失导致水位稳定延迟，含水层渗透系数越小延迟作用越明显;地下水源热泵系统运行过程中，对周边地下水温度场也将造成一定的影响。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 研究现状及发展趋势

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 地下水源热泵及水热运移分析

2．1 地下水源热泵研究的应用现状

2．2 地下水-热运移数值模拟的研究进展

2．2．1 地下水-热运移研究现状

2．2．2 地下水-热运移模拟软件

2．3 渗流及水-热运移理论基础

2．3．1 基本方程

2．3．2 水热耦合理论控制方程组

2．4 地下水源热泵系统设计

2．4．1 地下水源选择

2．4．2 地质勘查与设计

第三章 工程水文地质条件分析

3．1 自然地理概况

3．1．1 地理位置

3．1．2 地形地貌

3．1．3 气候条件

3．1．4 水文特征

3．2 热泵工程水文地质条件分析

3．2．1 泾县医院水文地质条件

3．2．2 利辛县人民医院水文地质条件

第四章 泾县水源热泵水-热运移模拟模型

4．1 泾县医院水源热泵概况

4．2 数值模型建立

4．2．1 地层概化

4．2．2 地质模型概化和网格划分

4．2．3 初始条件和边界条件

4．2．4 模型识别

4．2．5 水量损失分析

4．3 数值模拟结果分析

第五章 利辛县水源热泵水-热运移模拟模型

5．1 利辛县人民医院水源热泵概况

5．2 数值模型建立

5．2．1 地层概化

5．2．2 地质模型概化和网格划分

5．2．3 初始条件和边界条件

5．2．4 模型拟合

5．2．5 水量损失分析

5．3 数值模拟结果分析

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况