【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地源热泵，涉及一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法。
技术介绍
1、随着能源问题的日益突出，可再生能源利用在减少碳排放和碳强度方面发挥了重要作用，可助力实现“双碳”愿景。中深层地热能是一种极具开发潜力的可再生能源，利用中深层地埋管提取地热能得到广泛的利用。中深层地埋管中通常采用水作为载热流体，因为水具有便宜，易获取，无污染等优点。目前，学者和工程师们也研究了氟利昂类、氨水、co2等作为载热流体时中深层地埋管的热性能，得出氟利昂类、co2等载热流体也具有较高的热提取能力。根据《蒙特利尔议定书》的协定和”双碳“战略目标，由于氟利昂类载热流体具有造价高、不易获取、臭氧破坏指数高等缺点，因此天然工质(co2、水、氨水)是中深层地埋管换热器中载热流体的首选。co2载热流体和水一样易获取，无污染；当co2作为载热流体实现了co2封存在岩土中的另一种方式，助力“碳中和”，降低温室效应。同时，超临界co2载热流体具有较低粘度和较高浮力，有效节省循环泵耗。在同等长期用热条件下，选择长期循环泵耗缩减量大和载热流体自身的“碳中和”贡献率大的载热流体，有助于增大碳减排量，助力“双碳”愿景。
2、然而，在何种情况下选择何种载热流体才能达到最优化的综合应用效果，仍具有很强的不确定性。因此，需要一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，指导在不同情况下选择最适合现场的载热流体。
技术实现思路
1、本专利技术解决技术问题所采取的技术方案是：一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的
2、步骤s1：确定待选载热流体的类别，所述待选天然工质的载热流体包括：水、co2、氨水；根据《蒙特利尔议定书》和”双碳“战略目标，确定天然载热流体的类别；其中，水和co2必选，氨水根据实际情况选定或不选；
3、步骤s2：在任何工况下均考虑载热流体物性参数随其温度实时变化，在同等长期用热条件下，计算中深层同轴套管式地埋管的长期循环泵耗；
4、步骤s3：综合长期循环泵耗缩减量和载热流体自身的“碳中和”贡献，确定碳减排量；
5、步骤s4：判断采用氨水作为载热流体时的碳减排量是否大于采用co2或水作为载热流体时碳减排量的150％，若是，则确定氨水为载热流体；若否，判断采用水作为载热流体时的碳减排量是否大于采用co2作为载热流体时碳减排量的120％，若是，则确定水为载热流体；若否，则确定co2为载热流体。
6、优选的，所述步骤s2中，考虑载热流体物性参数随其温度实时变化时，载热流体物性参数包括：比热容、密度、粘度和导热系数；载热流体的比热容、密度和导热系数对地埋管的取热量影响显著；密度和粘度对循环泵耗的影响显著；考虑载热流体物性参数随其循环温度实时变化，可更准确地评估地埋管的取热性能的循环泵耗。
7、优选的，所述步骤s2中，计算中深层同轴套管式地埋管的长期循环泵耗的具体步骤如下：
8、步骤s2-1：确定所述中深层同轴套管式地埋管的管井参数、地质参数、载热流体物性参数和建筑热负荷；
9、步骤s2-2：对所述中深层同轴套管式地埋管和岩土体分别进行控制体的划分；
10、步骤s2-3：通过有限体积法对每个控制体的能量方程进行离散迭代，得到不同时刻下载热流体的温度和压力值；
11、步骤s2-4：根据载热流体的实时温度和压力值，实时调用并更新载热流体的密度和粘度，计算载热流体循环的摩擦力和浮力，积分计算所述中深层同轴套管式地埋管的长期循环泵耗。
12、更优的，所述步骤s2-2中，进行控制体的划分时，将中深层同轴套管式地埋管中载热流体的换热假设为一维换热问题，沿着流体的流动方向对控制体进行划分，确定控制体的长度；中深层同轴套管式地埋管四周回填材料和岩土层被简化为二维导热问题，沿着柱坐标系控制体进行划分。
13、更优的，所述步骤s2-2中,基于同轴套管式换热器基于轴线的对称性，将换热器内的流动换热简化为一维换热模型；中深层同轴套管式地埋管四周回填材料和岩土层被简化为二维导热模型；
14、内管中流体与环腔中流体发生热交换，其能量方程可以由下式表达：
15、
16、式中：表示内管中流体温度/℃；表示内管中流体流速/m·s-1；kff表示内管中流体与环腔中流体间的传热系数/w·m-1·k-1；表示环腔中流体温度/℃；ar表示内管横截面积/m2；
17、环腔中流体在流动过程中与内管中流体和回填材料同时发生热交换，其能量方程可以由下式表达：
18、
19、式中：表示环腔中流体流速/m·s-1；kfg表示环腔中流体与回填材料间的传热系数/w·m-1·k-1；tg表示回填材料温度/℃；aan表示环腔横截面积/m2；
20、回填材料与环腔中流体和钻井壁同时发生热交换，其能量方程为：
21、
22、式中：ρg表示回填材料密度/kg·m3；ag表示回填材料横截面积/m2；cpg表示回填材料比热容/j·kg-1·k-1；kgb表示回填材料与钻井壁间的传热系数/w·m-1·k-1；tb表示钻井壁温度/℃；
23、岩土体的能量方程如下：
24、
25、式中：ρs表示岩土体密度/kg·m3；cps表示岩土体比热容/j·kg-1·k-1；ts表示岩土温度/℃；λs表示岩土导热系数/w·m-1·k-1。
26、更优的，所述步骤s2-3中，具体包括以下步骤：
27、步骤a:确定埋管及载热流体换热区域和岩土换热区域的初始条件和边界条件；
28、步骤b:将所述载热流体、地埋管和岩土体换热区域的初始条件和边界条件赋予所划分的控制体中；
29、步骤c:采用三对角矩阵算法对控制体的能量方程进行联立求解，得到不同时刻下的载热流体温度和压力值。
30、更优的，所述步骤s2-4中，实时调用并更新载热流体的密度和粘度时，得到不同时刻下载热流体的温度和压力值，在refpropm中实时调用并更新载热流体的比热容、密度、导热系数和粘度，往复循环迭代调用。
31、优选的，所述步骤s3中，确定碳减排量包括以下步骤：
32、步骤s3-1：根据步骤s2中的长期循环泵耗，得出碳减排量；
33、步骤s3-2：根据中深层同轴套管式地埋管中载热流体co2的循环量，折算得出碳减排量。
34、本专利技术的有益效果是：
35、1.本专利技术将水、co2、氨水作为载热流体的选择，在不同情况下考虑载热流体物性参数，根据地埋管的长期循环泵耗确定碳减排量，再根据水、co2、氨水作为载热流体时的碳减排量的对比，选择最佳的载热流体，从而得出得出既绿色节能又经济的综合优化技术方案。
36、2.本专利技术将co2作为载热流体的选择，当co2作为载热流体时实现了co2封存在岩土中的另一种方式，助力“碳中和”，降低温室效应，同时，超临界c本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤S2中，考虑载热流体物性参数随其温度实时变化时，载热流体物性参数包括：比热容、密度、粘度和导热系数。
3.根据权利要求1所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤S2中，计算中深层同轴套管式地埋管的长期循环泵耗的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤S2-2中，进行控制体的划分时，将所述中深层同轴套管式地埋管中载热流体的换热假设为一维换热问题，沿着流体的流动方向对控制体进行划分，确定控制体的长度；中深层同轴套管式地埋管四周回填材料和岩土层被简化为二维导热问题，沿着柱坐标系控制体进行划分。
5.根据权利要求4所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤S2-2中,基于同轴套管式换热器基于轴线的对称性，将换热器内的流动换热简化为一维换热模型；中深层
6.根据权利要求3所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤S2-3中，具体包括以下步骤：
7.根据权利要求3所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤S2-4中，实时调用并更新载热流体的密度和粘度时，得到不同时刻下载热流体的温度和压力值，在Refpropm中实时调用并更新载热流体的比热容、密度、导热系数和粘度，往复循环迭代调用。
8.根据权利要求1所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤S3中，确定所述碳减排量包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤s2中，考虑载热流体物性参数随其温度实时变化时，载热流体物性参数包括：比热容、密度、粘度和导热系数。
3.根据权利要求1所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤s2中，计算中深层同轴套管式地埋管的长期循环泵耗的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的一种中深层同轴套管式地埋管载热流体的选择方法，其特征在于，所述步骤s2-2中，进行控制体的划分时，将所述中深层同轴套管式地埋管中载热流体的换热假设为一维换热问题，沿着流体的流动方向对控制体进行划分，确定控制体的长度；中深层同轴套管式地埋管四周回填材料和岩土层被简化为二维导热问题，沿着柱坐标系控制体进行划分。
【专利技术属性】
技术研发人员：白梦梦，王沣浩，刘俊，
申请(专利权)人：西安交通大学城市学院，
类型：发明
国别省市：
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