基于季节性蓄能的地埋管优化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于季节性蓄能的地埋管优化方法及系统，方法，包括：根据多种设计模式下的单位井深钻井费用与常规模式之间不高于1的费用比值，计算不同费用对应的多种钻井间距；以常规模式下的钻井占地面积为比较基准，计算钻井占地面积不大于常规模式的多种设计模式分别对应的钻井埋深；对计算出的多种钻井埋深和钻井间距任意组合成新型模式，并计算新型模式下的钻井数、钻井占地面积和总钻井费用比值；从各个新型模式中选出钻井占地面积和总钻井费用均低于常规模式的备选模式，然后分别对各备选模式进行土壤季节性蓄能模拟，并确定优选模式的钻井埋深和钻井间距。本发明专利技术不仅减小了钻井初投资和埋管占地面积，而且满足了土壤的季节性蓄能要求。

Underground storage optimization method and system based on seasonal energy storage

The invention relates to a method and system for optimizing buried pipes, seasonal energy storage based on the method, including: according to above 1 of the cost ratio between the deep drilling unit drilling cost of many kinds of design patterns and the conventional mode, a variety of different cost calculation wells spacing corresponding to the scale of the ordinary; drilling area comparison the benchmark calculation, several design patterns of drilling area not larger than the conventional mode corresponding to the drilling depth; the calculated on a variety of drilling depth and drilling spacing any combination of a new model, and calculate the number of wells, drilling drilling and drilling cost ratio total covers an area of new pattern; selected area and total drilling drilling the cost from each model model alternative models were lower than the conventional mode, then the various alternative model for seasonal soil storage simulation, and to determine the optimal Pattern of drilling depth and spacing. The invention not only reduces the initial investment of drilling and the occupation area of the buried pipe, but also meets the seasonal energy storage requirement of the soil.

【技术实现步骤摘要】
基于季节性蓄能的地埋管优化方法及系统
本专利技术涉及热泵建设领域，尤其涉及一种基于季节性蓄能的地埋管优化方法及系统。
技术介绍
土壤源热泵系统是利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。其冬季从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季向土壤排热，为建筑物制冷。目前，现有的土壤源热泵系统存在以下问题：(1)埋管间距较大，土壤导热系数较小，致使较远距离的土壤能量得不到充分利用，也就间接造成了地埋管占地面积过大的问题；(2)垂直埋管布置时，钻孔较深，流体与埋管深处土壤换热温差逐渐减小，使得过多埋深的设计意义不大，同时极大地增加了钻孔费用，尤其是在复杂的地质结构下，钻孔费用几乎占了总投资的一半左右。现有的埋管布置方案主要是根据地源热泵规范进行设计，具体参照为：埋管间距4-5m，埋管深度80-120m。而目前国内外对埋管间距和钻井深度的研究主要是建立各种优化模型，结合系统换热性能来进行优化。例如通过改变管群的相关布置参数，包括土壤、回填材料物料特性、管内流体流速、流量、埋管间距、深度及进出口温度等，进而对比分析不同参数所对应的管群换热性能，最后确认最优的布置方式。虽然现有的优化方案能够对上述问题有一定改善，但其缺乏通用性，也不能从根本上解决以上钻井费用高和占地面积大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于季节性蓄能的地埋管优化方法及系统，能够在实现土壤的季节性蓄能的同时，降低钻井成本并减小占地面积。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于季节性蓄能的地埋管优化方法，包括：根据多种设计模式下的单位井深钻井费用与常规模式下的单位井深钻井费用之间不高于1的费用比值，计算多种设计模式下的不同单位井深钻井费用对应的多种钻井间距；以常规模式下的钻井占地面积为比较基准，计算钻井占地面积不大于常规模式下的钻井占地面积的多种设计模式分别对应的钻井埋深；对计算出的多种钻井埋深和多种钻井间距任意组合成新型模式，并计算新型模式下的钻井数、钻井占地面积和总钻井费用比值；从各个新型模式中选出钻井占地面积和总钻井费用均低于常规模式的备选模式，然后分别对各备选模式进行土壤季节性蓄能模拟，并确定优选模式的钻井埋深和钻井间距。进一步地，常规模式下的各参数的获得步骤包括：计算待服务建筑物的全年逐时负荷，并根据所述全年逐时负荷计算地埋管承担负荷；基于预设的常规布置参数表，根据所述地埋管承担负荷进行查表和计算，确定常规模式下的钻井数和钻井占地面积。进一步地，所述计算待服务建筑物的全年逐时负荷的操作具体包括：将所述待服务建筑物的三维模型和相关参数导入负荷计算程序，由所述负荷计算程序计算出所述待服务建筑物的全年逐时负荷。进一步地，根据所述全年逐时负荷计算地埋管承担负荷的操作具体包括：根据制冷工况和制热工况下所述全年逐时负荷、热泵机组功率和地埋管承担负荷之间不同的能量平衡关系，分别计算出制冷工况的地埋管承担负荷和制热工况的地埋管承担负荷，以便在后续步骤中针对制冷工况和制热工况分别进行计算。进一步地，所述基于预设的常规布置参数表，根据所述地埋管承担负荷进行查表和计算，确定常规模式下的钻井数和钻井占地面积的操作具体包括：在所述常规布置参数表选择常规模式下的钻井间距、钻井埋深和单位管长换热量的取值；根据常规模式下的单位管长换热量和所述地埋管承担负荷估算常规模式下的总埋深；根据常规模式下的总埋深与所述钻井埋深计算常规模式下的钻井数；根据常规模式下的钻井间距计算常规模式下的单井占地面积，并根据常规模式下的单井占地面积和常规模式下的钻井数计算常规模式下的地埋管占地面积作为常规模式下的钻井占地面积。进一步地，所述根据多种设计模式下的单位井深钻井费用与常规模式下的单位井深钻井费用之间不高于1的费用比值，计算与多种设计模式下的不同单位井深钻井费用对应的多种钻井间距的操作具体包括：根据多种设计模式对应的费用比值和常规模式下的总埋深计算各所述费用比值对应的设计模式下的总埋深；根据由常规模式下的单井占地面积、钻井数和钻井埋深确定的蓄能体体积和各设计模式下的总埋深，计算各设计模式下的单井占地面积；根据各设计模式下的单井占地面积计算各设计模式下的钻井间距。进一步地，所述以常规模式下的钻井占地面积为比较基准，计算钻井占地面积不大于常规模式下的钻井占地面积的多种设计模式分别对应的钻井埋深的操作具体包括：根据土壤蓄存能量、土壤密度、比热容和多种要求的蓄能体温度单位变化值计算多种设计模式下的蓄能体体积；根据各设计模式下的蓄能体体积和常规模式下的钻井占地面积计算各设计模式下的钻井埋深。进一步地，新型模式下的钻井数的计算步骤包括：根据所述新型模式对应的钻井间距计算所述新型模式下的单井占地面积；根据所述新型模式下的单井占地面积、钻井埋深和由常规模式下的单井占地面积、钻井数和钻井埋深确定的蓄能体体积计算所述新型模式下的钻井数。进一步地，新型模式下的钻井占地面积的计算步骤包括：根据所述新型模式下的钻井埋深和由常规模式下的单井占地面积、钻井数和钻井埋深确定的蓄能体体积计算所述新型模式下的钻井占地面积。可选地，新型模式下的钻井占地面积能够通过以下计算步骤计算得出：根据所述新型模式下的钻井数和单井占地面积计算所述新型模式下的钻井占地面积。进一步地，新型模式下的总钻井费用比值的计算步骤包括：根据所述新型模式下的钻井数、钻井埋深、所述新型模式与常规模式下单位井深钻井费用之间的费用比值、常规模式下的钻井数和钻井埋深计算所述新型模式下的总钻井费用比值。进一步地，所述分别对各备选模式进行土壤季节性蓄能模拟，并确定优选模式的钻井埋深和钻井间距的操作具体包括：对各个所述备选模式分别进行管群数值模拟，并根据模拟结果计算对应的土壤季节性蓄能效率；根据各个所述备选模式所对应的土壤季节性蓄能效率确定优选模式的钻井埋深和钻井间距。进一步地，所述对各个所述备选模式分别进行管群数值模拟，并根据模拟结果计算对应的土壤季节性蓄能效率的操作具体包括：根据各个所述备选模式的钻井埋深和钻井间距建立对应的管群模型，设定模型边界条件和初始条件，并模拟管群在一年内的运行工况，以获得土壤及管群的换热性能，并计算出对应的土壤季节性蓄能效率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于季节性蓄能的地埋管优化系统，包括：第一设计模式计算模块，用于根据多种设计模式下的单位井深钻井费用与常规模式下的单位井深钻井费用之间不高于1的费用比值，计算与多种设计模式下的不同单位井深钻井费用对应的多种钻井间距；第二设计模式计算模块，用于以常规模式下的钻井占地面积为比较基准，计算钻井占地面积不大于常规模式下的钻井占地面积的多种设计模式分别对应的钻井埋深；新型模式计算模块，用于对计算出的多种钻井埋深和多种钻井间距任意组合成新型模式，并计算新型模式下的钻井数、钻井占地面积和总钻井费用比值；备选模式模拟模块，用于从各个新型模式中选出钻井占地面积和总钻井费用均低于常规模式的备选模式，然后分别对各备选模式进行土壤季节性蓄能模拟，并根据模拟结果确定优选模式的钻井埋深和钻井间距。进一步地，还包括：常规模式参数获得模块，用于计算待服务建筑物的逐时负荷，并根据所述逐时负荷计算地埋管承担负荷，然后基于预设的常规布置参数表，根据所述地埋管承担负荷进行查本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于季节性蓄能的地埋管优化方法，包括：根据多种设计模式下的单位井深钻井费用与常规模式下的单位井深钻井费用之间不高于1的费用比值，计算与多种设计模式下的不同单位井深钻井费用对应的多种钻井间距；以常规模式下的钻井占地面积为比较基准，计算钻井占地面积不大于常规模式下的钻井占地面积的多种设计模式分别对应的钻井埋深；对计算出的多种钻井埋深和多种钻井间距任意组合成新型模式，并计算新型模式下的钻井数、钻井占地面积和总钻井费用比值；从各个新型模式中选出钻井占地面积和总钻井费用均低于常规模式的备选模式，然后分别对各备选模式进行土壤季节性蓄能模拟，并确定优选模式的钻井埋深和钻井间距。

【技术特征摘要】
1.一种基于季节性蓄能的地埋管优化方法，包括：根据多种设计模式下的单位井深钻井费用与常规模式下的单位井深钻井费用之间不高于1的费用比值，计算与多种设计模式下的不同单位井深钻井费用对应的多种钻井间距；以常规模式下的钻井占地面积为比较基准，计算钻井占地面积不大于常规模式下的钻井占地面积的多种设计模式分别对应的钻井埋深；对计算出的多种钻井埋深和多种钻井间距任意组合成新型模式，并计算新型模式下的钻井数、钻井占地面积和总钻井费用比值；从各个新型模式中选出钻井占地面积和总钻井费用均低于常规模式的备选模式，然后分别对各备选模式进行土壤季节性蓄能模拟，并确定优选模式的钻井埋深和钻井间距。2.根据权利要求1所述的地埋管优化方法，其中，常规模式下的各参数的获得步骤包括：计算待服务建筑物的全年逐时负荷，并根据所述全年逐时负荷计算地埋管承担负荷；基于预设的常规布置参数表，根据所述地埋管承担负荷进行查表和计算，确定常规模式下的钻井数和钻井占地面积。3.根据权利要求2所述的地埋管优化方法，其中，所述计算待服务建筑物的全年逐时负荷的操作具体包括：将所述待服务建筑物的三维模型和相关参数导入负荷计算程序，由所述负荷计算程序计算出所述待服务建筑物的全年逐时负荷。4.根据权利要求2所述的地埋管优化方法，其中，所述根据所述全年逐时负荷计算地埋管承担负荷的操作具体包括：根据制冷工况和制热工况下所述全年逐时负荷、热泵机组功率和地埋管承担负荷之间不同的能量平衡关系，分别计算出制冷工况的地埋管承担负荷和制热工况的地埋管承担负荷，以便在后续步骤中针对制冷工况和制热工况分别进行计算。5.根据权利要求2所述的地埋管优化方法，其中，所述基于预设的常规布置参数表，根据所述地埋管承担负荷进行查表和计算，确定常规模式下的钻井数和钻井占地面积的操作具体包括：在所述常规布置参数表选择常规模式下的钻井间距、钻井埋深和单位管长换热量的取值；根据常规模式下的单位管长换热量和所述地埋管承担负荷估算常规模式下的总埋深；根据常规模式下的总埋深与所述钻井埋深计算常规模式下的钻井数；根据常规模式下的钻井间距计算常规模式下的单井占地面积，并根据常规模式下的单井占地面积和常规模式下的钻井数计算常规模式下的地埋管占地面积作为常规模式下的钻井占地面积。6.根据权利要求1或5所述的地埋管优化方法，其中，所述根据多种设计模式下的单位井深钻井费用与常规模式下的单位井深钻井费用之间不高于1的费用比值，计算与多种设计模式下的不同单位井深钻井费用对应的多种钻井间距的操作具体包括：根据多种设计模式对应的费用比值和常规模式下的总埋深计算各所述费用比值对应的设计模式下的总埋深；根据由常规模式下的单井占地面积、钻井数和钻井埋深确定的蓄能体体积和各设计模式下的总埋深计算各设计模式下的单井占地面积；根据各设计模式下的单井占地面积计算各设计模式下的钻井间距。7.根据权利要求1或5所述的地埋管优化方法，其中，所述以常规模式下的钻井占地面积为比较基准，计算钻井占地面积不大于常规模式下的钻井占地面积的多种设计模式分别对应的钻井埋深的操作具体包括：根据土壤蓄存能量、土壤密度、比热容和多种要求的蓄能体温度单位变化值计算多种设计模式下的蓄能体体积；根据各设计模式下的蓄能体体积和常规模式下的钻井占地面积计算各设计模式下的钻井埋深。8.根据权利要求1或5所述的地埋管优化方法，其中，新型模式下的钻井数的计算步骤包括：根据所述新型模式对应的钻井间距计算所述新型模式下的单井占地面积；根据所述新型模式下的单井占地面积、钻井埋深和由常规模式下的单井占地面积、钻井数和钻井埋深确定的蓄能体体积计算所述新型模式下的钻井数。9.根据权利要求1或5所述的地埋管优化方法，其中，新型模式下的钻井占地面积能够通过以下的计算步骤计算得出：根据所述新型模式下的钻井埋深和由常规模式下的单井占地面积、钻井数和钻井埋深确定的蓄能体体积计算所述新型模式下的钻井占地面积。10.根据权利要求8所述的地埋管优化方法，其中，新型模式下的钻井占地面积的计算步骤包括：根据所述新型模式下的钻井数和单井占地面积计算所述新型模式下的钻井占地面积。11.根据权利要求8所述的地埋管优化方法，其中，新型模式下的总钻井费用比值的计算步骤包括：根据所述新型模式下的钻井数、钻井埋深、所述新型模式与常规模式下单位井深钻井费用之间的费用比值、常规模式下的钻井数和钻井埋深计算所述新型模式下的总钻井费用比值。12.根据权利要求1所述的地埋管优化方法，其中，所述分别对各备选模式进行土壤季节性蓄能模拟，并确定优选模式的钻井埋深和钻井间距的操作具体包括：对各个所述备选模式分别进行管群数值模拟，并根据模拟结果计算对应的土壤季节性蓄能效率；根据各个所述备选模式所对应的土壤季节性蓄能效率确定优选模式的钻井埋深和钻井间距。13.根据权利要求12所述的地埋管优化方法，其中，所述对各个所述备选模式分别进行管群数值模拟，并根据模拟结果计算对应的土壤季节性蓄能效率的操作具体包括：根据各个所述备选模式的钻井埋深和钻井间距建立对应的管群模型，设定模型边界条件和初始条件，并模拟管群在一年内的运行工况，以获得土壤及管群的换热性能，并计算出对应的土壤季节性蓄能效率。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧斌，余延顺，谢文利，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44