地下水动力学条件对地下水源热泵系统的约束研究

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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。依托安徽省内己建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。
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