[00125771]山東省淺層地熱能應用中土壤熱堆積問題及應對關鍵技術研究

1、項目來源與背景 來源：根據山東省國土資源廳文件《關于下達2012年度省地質勘查項目計劃的通知》（魯國土資發[2012]112號）所下達的地質勘查項目計劃和任務書,我單位負責承擔魯勘字（2012）106號項目。 背景：山東省是淺層地熱能開發利用大省,目前大面積密集布置地埋管換熱器較多,因全年冷熱負荷并不平衡,導致多余熱量（冷量）在地下積累,即土壤熱堆積問題。長期運行后“熱堆積”會超出土壤自身對熱量的擴散能力,從而導致土壤溫度逐漸偏離其原始溫度,并逐年升高或降低,從而降低系統的運行效率。即使大面積密集布置設計優良的換熱系統,如果運行管理不當,也會造成全年地下熱失衡問題。 2、技術原理與性能指標 2.1 研究土壤溫度對熱流沖擊的響應機理和特性,系統化研究土壤溫度的變異規律。 2.2 研究地下埋管傳熱機理,建立符合實際的計算模型。 2.3 .以地溫實測數據為依據,驗證傳熱計算模型,建立和完善長期地溫模擬預測技術,評估熱堆積的影響。 2.4 以計算機仿真和地溫長期預測技術為基礎,深入研究應對土壤熱堆積的關鍵性技術,對系統的最優化設計、最優化運行、最優化管理提供理論和技術支撐。 2.5 選擇建立7-10處不同地質構造（包括巖石、沙土等）的換熱區域,不同深度處地溫常年監測系統,建立地溫時控變化的數據倉庫。 3、技術的創造性與先進性 3.1 基于無限長線源模型,提出了一種近似動態的地埋管地下熱堆積問題的計算模型,它相比采用連續矩形脈沖的方法更直觀和簡便。 3.2 建立了完善的地溫變化長期預測模型。通過對近似動態的地埋管地下熱堆積問題的計算模型的簡化我們提出了一種用于分析多年逐時負荷條件下豎直地埋管逐時換熱狀態的方法,相比于用連續矩形脈沖的方法,該方法能有效地節省計算時間,尤其適用于地埋管多年運行狀態的模擬。 3.3 基于動態負荷下的地埋管地下熱堆積問題的計算模型、簡化熱泵模型、簡化冷卻塔模型,太陽能集熱器計算模型開發了地源熱泵（熱堆積分析）優化設計軟件系統。該系統可進行地源熱泵系統的優化集成,實現系統的最優化設計、最優化控制和管理,可有效的解決土壤的熱堆積問題,目前該系統軟件已進行了工程實踐應用。 3.4 依據典型的工程案例建立了山東省淺層地熱能應用監測點,獲得了不同地質條件下地溫變化的實測數據,這些數據不但可以驗證我們建立的地溫變化長期預測理論的準確性,而且將對山東省的淺層地熱能應用中的熱堆積問題研究和應用具有指導意義。 4、技術的成熟程度及適用范圍 4.1 開發的地源熱泵（熱堆積分析）優化設計軟件系統可進行地源熱泵系統的優化集成,實現系統的最優化設計、最優化控制和管理,可有效的解決土壤的熱堆積問題。 4.2 建立了山東省四地9個有代表性的淺層地熱能應用監測點,獲得了不同地質條件下地溫變化的實測數據。用監測數據驗證了自主研發的地源熱泵（熱堆積分析）優化設計軟件的可靠性,指導了軟件的進一步完善提高。 4.3 建立的近似動態的地埋管地下熱堆積問題的計算模型,相比于采用連續矩形脈沖的方法更直觀和簡便。 4.4 建立的地溫變化長期預測模型相比于用連續矩形脈沖的方法能有效地節省計算時間,尤其適用于地埋管多年運行狀態的模擬。 5、應用情況及存在的問題 由于時間和經費不足,研究土壤熱堆積問題的監測點只設立了4個地區的9個點。下一步我們將完善監測網絡,力爭建立覆蓋山東省各個地市的全面監測網絡系統,全面開展山東省的淺層地熱能熱堆積問題的應用研究,推動淺層地熱能在山東省的持續、健康發展。 6、項目成果 6.1 山東省淺層地熱能應用中土壤熱堆積問題及應對關鍵技術研究報告1份; 6.2 開發專業應用軟件1項：地源熱泵（熱堆積問題）優化設計軟件系統,著作權登記號2012SR110105。