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北京平原区地下水源热泵数值模拟研究

王海龙  
【摘要】: 地下水源热泵空调技术作为一种具有绿色环保、高效节能、运行成本低、可持续利用等特点的新型的采能技术,在国内外已经得到了广泛应用。本文应用FEFLOW5.4有限元模拟软件,针对北京平原区地下水源热泵适宜区,较适宜区及一般适宜区分别建立潜水和承压水两种类型的含水层采能数值模拟模型。研究对井及多井系统下,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。 潜水含水层模拟结果表明:考虑地层与大气热交换能更好的刻画含水层温度在垂向上的分布;考虑大气降雨补给,地下水源热泵系统在制冷期内,含水层温度场随地下水位的上升有上移趋势;由于潜水区内天然地下水流场活跃,热泵回灌水形成的温度场分布形状受天然水动力场影响较大,但天然地下水流场的存在有利于提高系统采能效率。承压含水层模拟结果表明:含水层温度场分布主要受系统抽灌量及回灌温差影响,温度场主要以回灌井为中心呈圆形分布;增加抽灌量和缩小井间距都会导致抽水井温度变幅增大;“小温差,大流量”系统温度影响半径比“大温差,小流量”系统影响半径大;当采用异层回灌时,抽水井温度受影响较小。 基于对潜水和承压含水层中地下水源热泵系统井间距和温度场影响半径的模拟研究,并与地下水源热泵温度场影响半径经验公式计算结果对比,确定潜水含水层及承压含水层地下水源热泵系统的合理井间距和影响半径。进而,利用地下水量折算法计算利用温差为5℃时,北京平原区埋深100m内浅层地温能的冬季(或夏季)运行120天的可开采资源量为4.47×1010kw。


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