吐鲁番盆地水源热泵制冷及其对地表水环境影响研究

发布时间：2020-06-22 14:25

【摘要】：随着我国对可持续发展的要求越来越高,绿色清洁能源的优势非常明显,其中地热是绿色清洁能源的代表之一。水源热泵使用浅层地热能源,避免了传统空调系统引发热岛效应,会带来很好的环境和社会效益。本文以吐鲁番盆地为研究对象,探讨在干燥炎热区使用水源热泵系统进行制冷的可行性,为我国大规模开发浅层地热资源提供参考。吐鲁番盆地是我国的热极,其独有的地形地貌造成该区域炎热、降水少而蒸发量巨大的特点。本文通过搜集吐鲁番盆地的热环境资料,利用现场和室内实验掌握该区域的岩土热环境情况。分析了水源热泵对水资源的需求条件并进行工艺设计,确定水源热泵在吐鲁番盆地进行制冷的可行性。利用FLUENT软件构建水源热泵尾水排放模型,掌握河流温度场变化规律并对排放口布置提出合理建议。具体结论如下:(1)通过对吐鲁番盆地进行热环境调查和室外、室内岩土热环境实验,证明了吐鲁番盆地利用水源热泵进行制冷的可行性。采集了木头沟胜金口河段河流信息,计算得到木头沟胜金口河段的理论最大供冷能力为0.32×10~4kW。(2)以木头沟胜金口河段水资源条件情况为基础,比较分析闭式水源热泵系统和开式水源热泵系统在该区域应用的可行性,最终确定开式水源热泵系统。充分考虑木头沟胜金口河段的实际情况,确定采用渗滤取水方式。针对开式水源热泵系统进行了管路、水泵、蒸发器和换热器的工艺设计。重点针对间接式水源热泵系统中板式换热器进行了设计计算,设置方式为热水流程数m_1=8、冷水流程数m_2=4和热水通道数n_1=4、冷水通道数n_2=8。(3)利用FLUENT软件建立其水源热泵尾水排放数学模型,掌握了水源热泵尾水排放对水环境的影响规律,为排放口的布置提供基础依据。当河流流速一定时,在满足基本使用的情况下,可以通过降低水源热泵排水速度来减少对水环境的影响;当排水口过水断面面积一定时,垂直布置排放口、减小排放口的角度和多排放口对水环境影响更小;在进行排放口数量设置时,综合考虑开挖工程量、造价等多方面的因素,最适宜的排放口数量为二个或者三个;水源热泵尾水排放流量一定时,在进行两个排放口间距设置时,最适宜的间距为40m左右。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU83;P314
【图文】：

能源消费,清洁能源

洁能源的需求与不断上升的能源消耗都存在很大的缺口，且这个问题会随着人口增长和社会经济发展变得越来越突出，长期有效地能源供给任务十分艰巨。我国能源总量是比较大的，与此同时，我国也是第一人口大国，人均占有量只有世界水平的二分之一(韩文科，2008)，这导致了我国能源短缺的问题凸显，天然气等绿色清洁能源尤为短缺。目前，我国能源高效利用率不高，勉强能达到 32%，低于国际一般水平。在全球一体化和绿色发展的要求下，节能减排是我国新时代经济发展中的重大国家战略。根据国家统计局发布数据表明，2017 年全国能源结构得到优化，天然气、风电、地热等清洁能源消费比例呈现上升趋势，2017 年清洁能源消费比重为21.2%，比上年增加了约 1.5%。但我们也可以看到，我国清洁能源所占比重仍较小，进一步优化能源结构势在必行。我国的清洁能源，诸如地热、风电的利用起步相对较晚，大规模地开发利用更是少之又少，2017 年能源消费情况如图 1-1

热泵系统,开式,湖泊,河流

图 1-2 闭式地表水源热泵系统开式地表水源热泵系统通过设备从河流或湖泊取水，所取的水直接送至机或中间换热器进行能量交换，释放（吸收）热量后的水直接返回河流或湖泊。式地表水源热泵大大提高了供冷（供暖）能力。但是如果控制不好取水水体的质，容易出现结垢、堵塞管道并导致设备运行寿命降低等问题。开式地表水源泵系统如图 1-3。

【参考文献】