地埋管换热诱发围岩温度场变化与地质环境效应研究

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地埋管换热诱发周围岩土体温度场变化:一方面,可能形成“热堆积”或“冷堆积”,使地源热泵系统的性能下降;另一方面,地温场变化可能导致周围地层地下水质、地球化学与生态条件等地质环境效应。因此,有必要就此开展深入的研究和探讨。  本文主要针对土壤源地源热泵换热系统,通过现场试验和数值模拟相结合,分析研究埋管换热对土壤温度场的影响及其带来的地质环境效应。此外,结合南京地区实际地质、地热资源分布情况,为地质环境监测系统的建设提出方案。  通过现场热响应测试和FLUENT软件数值模拟,发现夏季制冷工况下竖直埋管间歇运行造成周围土壤平均温度从18.6℃上升到20℃,这促使埋管换热量下降了6.9%。埋管连续换热后,附近土壤温度变化非常大,随着与埋管中心距离的加大,温度变化量逐渐减小。连续运行时间的增加,会造成埋管周围土体温度影响半径加大。水平埋管夏季工况引起温度变化幅度比冬季时要大很多,但冬季工况对周围土壤横向影响半径更大。夏季工况中加大埋管内循环液的流速,附近土壤温度会有所升高,但其升高的趋势逐渐变缓。  本文分析了地温场的变化带来的一系列地质环境问题。对南京石门坎地埋管系统进行长期监测分析,揭示了单管与管群运行都对周围土壤温度场有较大的影响,管群的运行还会造成热堆积效应。通过在南京地区已展开的地热热泵工程项目经验,以及结合南京地区地质、地热资源状况,提出关于地埋管系统的监测内容和方法,对南京地区土壤源热泵地质环境监测系统的建设进行分析并提出了方案。
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