潍坊地区地下水源热泵应用的影响及适宜性分区研究

摘要

近年来，在节能减排政策背景影响下，地源热泵技术在我国很多地区得到了大规模的推广应用。在地源热泵各分支类型中，地下水源热泵由于具有能效比较高、运行费用低、适用范围广等优点而被广大用户接受，占到地源热泵市场份额的50％左右，成为我国主要的地源热泵类型。目前来看，虽然地下水源热泵系统的理论研究逐步完善，施工技术不断提高，但在工程实践中，依然出现了许多地下水源热泵工程运行效率低，甚至存在完全不能运行而被迫关停的状况。因此，地下水源热泵工程，特别是那些不能完全正常运行的地下水源热泵工程是否会对地下水环境产生影响，会产生什么样的影响，成为人们关注的问题。此外，由于缺乏地下水源热泵的总体发展规划，管理部门不能严格监控，地下水源热泵的发展呈现无序化自由发展状态，进行地下水源热泵适宜性分区加强工程监管就显得非常必要。本文选取潍坊地区作为研究区，在调查了解研究区内地下水源热泵应用现状的基础上，选取了安丘市中心医院病房楼、潍坊市交通局宿舍楼、潍坊辰隆理想国际大酒店、昌邑市郝家城后住宅楼4处地下水源热泵工程做为研究对象，对工程区域内地下水水质进行持续性观测和检验，同时对工程运行期间地下水动态进行数值模拟，重点研究分析了地下水水质、水量及水温的变化规律。在此基础上，对潍坊地区进行了地下水源热泵适宜性分区。研究结果表明：
　　 1、地下水水质分析结果表明，溶解性总固体、硝酸盐氮及氨氮等指标的质量浓度发生了变化，证明在当前技术条件下，地下水源热泵并非完全无污染；在开敞式地下水源热泵工程区地下水水质变化更为明显，因此为保护地下水环境安全，在地下水饮用水源保护区应禁止地下水源热泵的使用，在地下水饮用水源补给区等其他功能区也要严格控制。
　　 2、数值模拟结果表明，地下水的温度场不论是冷负荷还是热负荷，地下水源热泵造成的低（高）温度场要完全恢复到原来的水平，一般需要1～2年时间，恢复周期过长，可能会对地下水造成冷（热）污染，因此单纯制冷或供暖的地下水源热泵不宜推广。
　　 3、数值模拟结果表明，回灌率为100％时，水量运移轨迹主要在回灌井和抽水井之间，影响范围只限于井群周围；回灌率为75％、50％时，水量运移范围以抽灌井为中心向周围扩散；回灌率为25％时，井群周围形成一个漏斗区，影响半径可扩大到数公里，增加了地面沉降的危险性，因此在地下水严重超采区、地面沉降区应禁止地下水源热泵的使用，在城市建筑物密集区也要严格控制。
　　 4、根据研究，地下水源热泵造成的低（高）温度场随时间初期扩散较快，后期逐渐减缓。在潍坊地区典型地下水源热泵适宜区水文地质条件下，井间距小于30m，容易造成“热贯通”或地下水热污染问题。因此，为保证地下水源热泵的运行效率，一般情况下井间距不宜小于30m。

目录

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究的目的与意义

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.3.1 地下水源热泵系统研究现状

1.3.2 地下水源热泵对地下水环境影响的研究现状

1.3.3 地下水源热泵适宜性分区研究现状

1.3.4 研究前景及发展趋势

1.4 研究内容与方法

第二章 研究区概况

2.1 研究区基本概况

2.1.1 地形地貌

2.1.2 气候气象

2.1.3 河流水系

2.1.4 水文地质

2.2 地下水环境概况

2.2.1 地下水资源量

2.2.2 地下水补给排泄

2.2.3 地下水开发利用状况

2.2.4 地下水环境发展趋势

2.3 地下水源热泵应用状况

2.3.1 浅层地热能条件及应用现状

2.3.2 地下水源热泵应用现状

2.3.3 地下水源热泵应用中存在的问题

第三章 地下水源热泵对地下水水质的影响

3.1 监测取样工作安排

3.2 检测项目及检测方法

3.3 检测结果

3.3.1 第一类检测项

3.3.2 第二类检测项

3.4 检测结果分析

3.4.1 氯化物分析

3.4.2 总硬度(碳酸钙计)分析

3.4.3 溶解性总固体分析

3.4.4 电导率分析

3.4.5 "三氮"分析

3.5 本章小结

第四章 地下水源热泵对地下水温度的影响

4.1 地下水流数值模型

4.2 地下水热运移数值模型

4.3 冷负荷对地下水温度影响分析

4.3.1 模拟区域选择

4.3.2 参数设置

4.3.3 模型建立

4.3.4 模拟运行结果

4.3.5 冷负荷温度场恢复小结

4.4 热负荷对地下水温度影响分析

4.4.1 边界条件及参数设置

4.4.2 模拟运行结果

4.4.3 热负荷温度场恢复小结

4.5 冬夏两用模式对地下水温度影响分析

4.5.1 边界条件及参数设置

4.5.2 模拟运行结果

4.6 本章小结

第五章 地下水源热泵对地下水位的影响

5.1 边界条件与参数设置

5.2 模型建立

5.3 模拟运行结果

5.4 本章小结

第六章 地下水源热泵适宜性分区

6.1 地下水补排条件

6.2 适宜区确定准则

6.3 潍坊市区地下水源热泵适宜性分区

6.4 其它各县(市)地下水源热泵适宜性分区

6.4.1 临朐县城区

6.4.2 青州市城区

6.4.3 寿光市城区

6.4.4 诸城市城区

6.4.5 昌邑市城区

6.4.6 安丘市城区

6.5 本章小结

第七章 结论和建议

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

致谢

附录

一、在校期间发表的学术论文

二、在校期间参加的项目

三、在校期间获奖情况