基于热平衡分析的地埋管地源热泵换热方案模拟优化

摘要

为了确保丹阳中心城区浅层地热能可持续开发利用,避免丹阳中心城区地埋管地源热泵运行期间出现热堆积问题,基于地下水渗流和热量运移原理,建立了丹阳中心城区地下水非稳定渗流与热量运移三维耦合数值模型,结合未来地埋管地源热泵系统的运行工况,预测丹阳中心城区地下温度场的热平衡发展趋势.在此基础上,规划设计了3种优化方案:①按行政区划Ⅰ~Ⅴ个开发利用分区,调整地埋管间距分别为18,23,17,20,20 m;②地埋管间距5 m,加热秋季生活用水Ⅰ区157798 m3/d、Ⅱ区413235 m3/d、Ⅲ区339322 m3/d、Ⅳ区261266 m3/d、Ⅴ区276205 m3/d,加热春季生活用水Ⅰ区473394 m3/d、Ⅱ区1239705 m3/d、Ⅲ区1017966 m3/d、Ⅳ区783798 m3/d、Ⅴ区828615 m3/d;③地埋管间距5 m,增设冷却塔辅助地埋管换热孔进行夏季排热,冷却塔夏季冷却温度Ⅰ区为4.35℃、Ⅱ区为6.12℃、Ⅲ区为4.87℃、Ⅳ区为5.29℃、Ⅴ区为4.80℃.3种方案均可以有效减缓和避免丹阳中心城区地埋管地源热泵运行期内的热堆积问题.地下水非稳定渗流与热量运移三维耦合数值模型是优化确定浅层地热能地埋管地源热泵可持续开发利用方案的有效方法.