摘要：中深层套管式换热器的热提取具有“取热不取水”的特点,是我国北方地区稳妥推进中深层地热能供暖的重要技术之一。针对当前中深层套管式换热器在长期热提取期间供热性能不明的问题,本文基于可持续供热的运行特点,建立数值换热模型分析换热器水温、性能系数随运行年份的变化规律,并针对性地开展设计优化研究。结果表明:在可持续供热过程中,换热器水温在前5年的下降程度较为明显,运行至20年以后,基本不发生变化。换热器季节性能系数的下降程度受岩土体导热系数的影响较大,在1.5 W/(m·K)条件下的SPF1、SPF2分别下降11.50%和10.56%,在3.0 W/(m·K)条件下的SPF1、SPF2则分别下降4.73%和4.23%。岩土体导热系数越小,换热器供热性能的下降程度越明显。基于可持续供热性能的变化规律,提出以“准稳态特征年”的供热性能为基准进行设计,并综合考虑运行要求与节能性要求优化换热器的运行条件,明确了在不同地热特征参数、埋管深度下的最优运行流速与最佳供热负荷的分布情况,对中深层套管式换热器的高效可持续供热设计具有实际指导意义。

摘要：为厘清运行参数、地质参数以及管井参数对中深层地热能套管井取热能力的影响程度,基于FLUENT模拟软件建立中深层地热能套管井数值换热模型,开展换热实验测试验证模型的准确性。结合正交试验方法分析取热影响因素的显著性。结果表明:根据影响程度由大到小排序依次为地温梯度、埋管深度、入口温度、岩层导热系数、循环流量、内管导热系数、岩层密度、岩层比热容、内管壁厚、内管外径、外管壁厚、外管外径,且地温梯度与埋管深度的影响程度明显高于其它因素。由F值检验得到地温梯度、埋管深度、入口温度、岩层导热系数的F值分别为60.92,57.91,18.03,8.96,具有高度显著的影响,其作为中深层地热能套管井取热能力设计评估中的主控因素。

摘要：EED(Earth Energy Designer)是由瑞典隆德大学基于地埋孔热传导数学模型开发的垂直埋管换热器设计软件。以陕西省韩城市某室内射击场的地源热泵项目为例,使用EED软件对地源热泵系统的垂直埋管换热器进行设计和计算。利用清华大学开发的DeST软件对项目进行了全年空调负荷计算,确定出全年逐时负荷曲线。通过热响应和项目实测调研确定岩土、钻孔、换热器、循环介质等相关参数,在软件中输入计算所需要的边界条件和相关参数进行求解。地源热泵系统设计运行20年,通过EED求解了所需钻孔深度,分析了不同出水温度限值对钻孔深度的影响。得出系统运行期间地源侧循环介质逐时温度和地埋孔逐时换热量,及系统运行最后一年循环介质的最高、最低出水温度及换热强度。通过项目的设计能够展示EED软件的主要功能及运行流程,为同类型项目提供设计参考和技术支撑。

摘要：关中盆地中深层地热资源丰富,热储层体积储存的总热量为3.23×10^18 kcal,相当于标准煤4.61×10^11t,为该区冬季供暖提供了保障。在中深层地热能供暖方面,已形成了封闭式的“保水取热”型换热系统(同轴套管换热和U型对接井换热),可以有效解决目前区内地热开发利用中遇到的问题。同轴套管换热系统COP和设备COP的平均值分别可达4.6和6.4,高于常规浅层地源热泵系统(分别约为3.3和2.5);入口流速在0.3m/s^0.7m/s对应的流量范围在11.29m^3/h^26.34m^3/h时,可为系统带来更好的性能。2100m的U型深埋管换热系统换热量可达0.48MW,埋管的影响半径为16m(第一次恢复期结束时);恒载条件下,地埋管浅部(深度<1200m)内外温差逐渐增多,向下相反。中深层地热井钻井方面,形成的井身结构设计与优化技术、“负位移”轨迹设计技术、全井段固井技术等技术为中深层地热能开发利用开辟了新途径。不同地埋管换热器中的延米换热量影响因素较多,在同一地质条件下,在2500m及其以深的地层,横埋管长大于200m的U型对接井延米换热量大于同轴套管井;同轴套管井和U型对接井都存在一个最佳保温深度;可以通过增大换热面积、增大平均温度差和增大传热系数的相关手段实现强化换热。

摘要：地层热物性参数的确定对浅层地热能地源热泵系统的设计至关重要。依托陕西渭南某地源热泵项目,应用恒流法进行了岩土热响应测试,测试共进行了58h,根据线热源理论对测试数据进行分析计算,求得准确的地层热物性参数,得到工区地层导热系数为2.16W/(m·K),比热容为2.39MJ/(m3·K),单U地埋管每延米换热量45W。该研究结果可为项目后期设计与施工提供了相关参考和依据。