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地埋管群冷热负荷对岩土体温度及热泵效率的影响
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作者 张育平 李百曦 +6 位作者 刘俊 刘博洋 汤伏蛟 杨潇 王大为 荆鹏 谭忆秋 《北京工业大学学报》 北大核心 2025年第6期686-694,共9页
地埋管群(borehole heat exchangers,BHEs)是浅层地热资源有效利用的最常见形式。冷热负荷差异导致的埋管群周围岩土体温度不平衡现象是造成地源热泵(ground source heat pump,GSHP)能效(coefficient of performance,COP)逐年降低的重... 地埋管群(borehole heat exchangers,BHEs)是浅层地热资源有效利用的最常见形式。冷热负荷差异导致的埋管群周围岩土体温度不平衡现象是造成地源热泵(ground source heat pump,GSHP)能效(coefficient of performance,COP)逐年降低的重要因素。该文以加热为主工况下地埋管群周围岩土体温度与热泵效率为研究指标,采用经现场热响应试验(thermal response test,TRT)验证的有限元方法(finite element method,FEM),建立等进口温度运行模式的三维有限元模型。研究结果表明埋管群中心岩土体温度在无制冷负荷下,初始温度由16.0℃降低至5年后的5.3℃,且冷热负荷比介于2/3~3/3时,有利于维持岩土体温度平衡。当负荷比由0提高到1时,热泵加热效率从3.8提升至4.5。相反,冷热负荷比的升高不利于制冷季节热泵效率的提升,当负荷比由0提高到1时,热泵制冷效率由7.2降至6.1。该文可为以加热为主工况的地埋管群冷热负荷合理制定与岩土体储能工程提供参考。 展开更多
关键词 地埋管群 浅层地热 冷热负荷 岩土体温度 热泵效率 有限元分析
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SiO2气凝胶提高岩棉和玻璃棉性能的实验研究 被引量:6
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作者 闫秋会 孙晓阳 +2 位作者 罗杰任 吴志菊 周聪 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期2847-2853,共7页
以无水乙醇为溶剂,SiO2气凝胶为溶质,制取SiO2气凝胶改性溶液。采用浸润及常压干燥的方法制备岩棉/SiO2气凝胶复合板和玻璃棉/SiO2气凝胶复合板,研究不同质量分数的SiO2气凝胶对复合板的短期吸水量、热导率及抗压强度的影响,并分析SiO2... 以无水乙醇为溶剂,SiO2气凝胶为溶质,制取SiO2气凝胶改性溶液。采用浸润及常压干燥的方法制备岩棉/SiO2气凝胶复合板和玻璃棉/SiO2气凝胶复合板,研究不同质量分数的SiO2气凝胶对复合板的短期吸水量、热导率及抗压强度的影响,并分析SiO2气凝胶质量分数为8%时制备的岩棉/SiO2气凝胶复合板和玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的改性效果,进而采用扫描电镜对复合板的微观形貌进行了表征。结果表明,SiO2气凝胶均匀附着于无机纤维上,形成了较为稳定的复合体系;随着SiO2气凝胶质量分数的不断增加,岩棉/SiO2气凝胶复合板和玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的短期吸水量和热导率都逐渐减小,其抗压强度有一定的提升。比较改性后的岩棉和玻璃棉,后者的防水性能和抗压强度改善更明显。当SiO2气凝胶质量分数达到8%时,岩棉/SiO2气凝胶复合板和玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的短期吸水量较改性前分别下降了35.0%和36.2%,热导率分别下降了26.7%和18.3%,抗压强度分别提升了6.5%和102.9%。 展开更多
关键词 SIO2气凝胶 溶液 岩棉/SiO2气凝胶复合板 玻璃棉/SiO2气凝胶复合板 复合材料 热导率
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中深层地热能套管井取热影响因素分析 被引量:9
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作者 张育平 刘俊 +4 位作者 王沣浩 周聪 韩元红 薛宇泽 刘博洋 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2022年第5期918-925,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 地热 套管井 影响因素 显著性 中深层
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地源热泵系统能效提升途径 被引量:5
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作者 张育平 杨潇 +3 位作者 刘俊 刘博洋 汤伏蛟 谭忆秋 《油气藏评价与开发》 CSCD 2023年第6期726-740,共15页
浅层地热可被用于路面融雪除冰,建筑供热、制冷等。闭环垂直地埋管是浅层地热资源利用最常见形式,其在终端负荷作用下与岩土体进行热量交换。单根地埋管获取地热资源能力有限,多根埋管组合形式(地埋管群)被广泛应用于地源热泵系统。然而... 浅层地热可被用于路面融雪除冰,建筑供热、制冷等。闭环垂直地埋管是浅层地热资源利用最常见形式,其在终端负荷作用下与岩土体进行热量交换。单根地埋管获取地热资源能力有限,多根埋管组合形式(地埋管群)被广泛应用于地源热泵系统。然而,地下温度场受管群与岩土换热性能影响,在设计、运行等不合理条件下可导致岩土体温度场不平衡,进而造成地源热泵系统能效降低,甚至失效。因此,管群设计、运行等方案优化是解决地温场不平衡问题的必要途径。基于国内外相关研究成果,梳理管群优化设计方法、储能和去能方法、辅助热源和冷源方法、运行控制策略。其中,管群优化设计方法主要聚焦管群间距设计、排布方式等;储能和去能方法主要介绍利用太阳能、工业废热等外部热源和冷源对地下岩土体进行加热和降温等的最新研究成果;辅助热源和冷源部分重点介绍太阳能、冷却塔等在地源热泵系统中的应用;运行控制策略主要分析地源热泵系统运行控制方案,包括峰点冷热负荷运行、间歇性运行、分区运行、系统控制策略等方案。总结了管群优化设计方法、运行控制策略等,剖析了各方案的优点与不足,可为管群岩土体温度场不平衡解决方案与地源热泵系统能效提升途径提供参考。 展开更多
关键词 地热能 地埋管群 地温场 储能 辅助热源和冷源 运行策略
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中深层套管式换热器可持续供热性能及优化设计研究 被引量:3
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作者 刘俊 张育平 +5 位作者 王沣浩 周聪 张代磊 刘博洋 薛宇泽 张英琛 《地球学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期230-238,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 地热能 中深层 换热器 可持续 供热
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中浅层地埋管换热器负荷不平衡率承载能力影响研究 被引量:3
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作者 张天安 王睿峰 +3 位作者 王沣浩 蔡皖龙 周聪 刘博洋 《油气藏评价与开发》 CSCD 2022年第6期886-893,共8页
埋深较传统浅层地埋管更深的新型中浅层地埋管换热器可承载更大的冷热负荷不平衡率,拓宽了地热能的应用范围。为了探索不同设计参数影响下中浅层地埋管换热器的长期运行性能及负荷不平衡率承载能力大小,基于开源数值模拟平台OpenGeoSys... 埋深较传统浅层地埋管更深的新型中浅层地埋管换热器可承载更大的冷热负荷不平衡率,拓宽了地热能的应用范围。为了探索不同设计参数影响下中浅层地埋管换热器的长期运行性能及负荷不平衡率承载能力大小,基于开源数值模拟平台OpenGeoSys建立了考虑管网特性的三维数值计算模型并开展了相关研究。研究结果表明,不同规模中浅层地埋管管群中换热器的负荷不平衡率承载能力有所不同,单根换热器的最大负荷不平衡率为56%;而位于管群边缘位置的换热器的负荷不平衡率最大(60%),位于管群中心的换热器的负荷不平衡率最小(45%),这说明冷堆积现象对中浅层地埋管换热器的负荷不平衡率承载能力具有较大影响。因此,在实际运行过程中可以通过关停部分管群中心位置的中浅层地埋管换热器来避免管群整体运行性能的降低。3种不同排布方式下,中浅层地埋管换热器的负荷不平衡率介于53%~58%,其中,交错排布下换热器的平均最大负荷不平衡率最高,因此,在实际应用中建议采用交错排布进行布置。研究表明,提出的新型中浅层地埋管换热器具有更大的负荷不平衡率承载能力,十分适用于建筑冷热负荷不平衡地区,相关结论还可为中浅层地埋管换热器的设计提供依据。 展开更多
关键词 中浅层地埋管换热器 管网特性 负荷不平衡率 长期运行性能 设计参数 布置方式
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