Estado actual y desarrollo de la investigación y utilización de energía geotérmica poco profunda en el país y en el extranjero.
1. Etapa de desarrollo inicial
Con la investigación y el desarrollo de la tecnología de bombas de calor, la investigación y el desarrollo de la energía geotérmica poco profunda. creciente. Hace ya 186 años (1824), el físico francés Carnot sentó las bases teóricas de las bombas de calor. Más tarde, el físico británico Joule demostró el principio de que cambiar la presión de un gas provoca cambios de temperatura. El profesor Thomson, Lord del Reino Unido, fue el primero en proponer la idea de que los "multiplicadores de calor" pueden proporcionar calor. En 1912, Zurich, Suiza, instaló con éxito un equipo de bomba de calor que utilizaba agua de río como fuente de calor de baja calidad para calefacción y solicitó una patente. Este es uno de los primeros sistemas de bomba de calor con fuente de agua y el primer sistema de bomba de calor con fuente de agua del mundo.
En las décadas siguientes, las bombas de calor de fuente terrestre se encontraban básicamente en la etapa de investigación experimental. Se introdujeron y desarrollaron sucesivamente las bombas de calor de fuente de agua superficial, las bombas de calor de fuente de agua subterránea y los sistemas de bomba de calor de fuente terrestre. El sistema de bomba de calor de fuente de agua superficial apareció en la década de 1930 y fue uno de los primeros sistemas de bomba de calor utilizados para bombas de calor de fuente terrestre. La primera instalación de bomba de calor a gran escala de Europa se puso en funcionamiento en el Ayuntamiento de Zurich, Suiza, de 1938 a 1939. Utiliza agua de río como fuente de calor y tiene una capacidad calorífica de 175 kW. En las décadas de 1940 y 1950, los sistemas de bombas de calor con fuentes de agua subterránea se utilizaban en Suiza y el Reino Unido no sólo para calentar edificios, sino también para calentar piscinas, calentar procesos en fábricas de rayón y aire acondicionado en fábricas de calzado. Posteriormente, algunos otros países europeos comenzaron a instalar sistemas de bombas de calor con fuentes de agua superficial. El suministro de calor del sistema de bomba de calor continuó aumentando y el coeficiente de rendimiento también mejoró considerablemente.
Las bombas de calor geotérmicas también nacieron en la década de 1930. En 1940, se habían instalado 15 grandes bombas de calor comerciales en los Estados Unidos, la mayoría de las cuales utilizaban agua de pozo como fuente de calor. En 1937, Japón instaló un sistema de bomba de calor de agua subterránea con dos compresores de 194 kW y tanques de almacenamiento de calor en un gran edificio de oficinas con un coeficiente de rendimiento de 4,4. Desde la década de 1940 hasta la de 1950, las bombas de calor geotérmicas se utilizaron principalmente en los Estados Unidos.
Tras el estallido de la Segunda Guerra Mundial en 1941, la investigación y el desarrollo de la tecnología de bombas de calor para aire acondicionado y calefacción se vio afectado e interrumpido. Tras el final de la Segunda Guerra Mundial, la investigación y aplicación de la tecnología de bombas de calor se reanudó gradualmente. En 1950, había 20 fabricantes y más de 10 unidades de investigación universitarias dedicadas al desarrollo y la investigación de bombas de calor en los Estados Unidos. De las 600 bombas de calor que se poseían en aquel momento, el 50% se utilizaba para calefacción residencial. La tecnología de bombas de calor geotérmicas se desarrolló originalmente en los Estados Unidos y el Reino Unido. Alrededor de 1950, ambos países comenzaron a utilizar tuberías subterráneas para absorber la energía geotérmica como fuente de calor para calentar las residencias domésticas. En 1952, se enviaron aproximadamente 1000 bombas de calor a los Estados Unidos y en 1954, aproximadamente 2000 bombas de calor. La madurez de las bombas de calor geotérmicas ha promovido efectivamente la aplicación generalizada de energía geotérmica poco profunda.
En 1957, un gran número de casas en las bases militares estadounidenses utilizaban calefacción por bomba de calor en lugar de calefacción por gas. La producción de bombas de calor alcanzó las 20.000 unidades, que aumentó a 76.000 unidades en 1963. A principios de la década de 1960, se habían instalado casi 80.000 unidades de bomba de calor en Estados Unidos. Sin embargo, en ese momento, la calidad del compresor no estaba a la altura y el alto costo del equipo afectó la popularización de la tecnología de calefacción por bomba de calor, que comenzó a estancarse.
En 1964, la fiabilidad de las bombas de calor se había convertido en un problema muy grave. En la década de 1960, los precios de la electricidad siguieron cayendo, lo que llevó a un uso cada vez mayor de calentadores eléctricos y limitó el desarrollo de las bombas de calor.
2. Etapa de desarrollo rápido
En la década de 1970, el surgimiento de la crisis mundial del petróleo despertó la atención y el interés de la gente en las bombas de calor de fuentes de agua subterránea. grandes cantidades. La industria ha entrado en una edad de oro. Durante este período, países de todo el mundo otorgaron gran importancia a la investigación sobre bombas de calor. Por ejemplo, la Agencia Internacional de Energía y los países europeos han formulado planes de desarrollo de bombas de calor a gran escala. Están surgiendo una tras otra nuevas tecnologías de bombas de calor y se exploran constantemente los usos de las bombas de calor. campos, desempeñando un papel importante en la conservación de energía y la protección del medio ambiente.
La aplicación comercial real de las bombas de calor sólo tiene una historia de casi 20 años. Desde la década de 1990, con la mejora adicional de los requisitos de protección ambiental, la aplicación de sistemas de bombas de calor con fuentes de agua subterránea ha ido en aumento en los Estados Unidos. Una encuesta realizada por el Departamento de Energía e Información de Estados Unidos mostró que la producción de bombas de calor geotérmicas en Estados Unidos aumentó de 5.924 unidades en 1994 a 9.724 unidades en 1997. Otro ejemplo es Estados Unidos. En 1985, había 14.000 bombas de calor de plataforma en el país y en 1997 se instalaron 45.000 unidades. Hasta ahora, se han instalado 400.000 unidades, con una tasa de crecimiento anual del 10%. En 1998, los sistemas de bombas de calor geotérmicos representaban el 19% del total de aire acondicionado en edificios comerciales en los Estados Unidos, el 30% de los cuales estaban en edificios nuevos. Actualmente, cada año se instalan unas 50.000 bombas de calor geotérmicas, de las cuales el 5% son sistemas abiertos. La industria de bombas de calor de EE. UU. ha establecido la Asociación Estadounidense de Bombas de Calor Geotérmicas, que está compuesta por el Departamento de Energía de EE. UU., la Agencia de Protección Ambiental, el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de Addison y numerosos fabricantes de bombas de calor geotérmicas. En los últimos años, la asociación ha invertido 654.380 millones de dólares en desarrollo, investigación y promoción.
Algunos países europeos han adoptado políticas de promoción activas (incluidos subsidios financieros, recortes de impuestos, precios preferenciales de electricidad y publicidad) y el mercado de bombas de calor se ha desarrollado rápidamente. En 1997, la Fundación Europea para el Desarrollo propuso una vez más un plan de desarrollo de bombas de calor. En el año 2000, el número total de bombas de calor utilizadas para calefacción y suministro de agua caliente en Europa era de aproximadamente 467.000, de las cuales las bombas de calor de fuentes de agua subterránea representaban aproximadamente el 11,75%.
A diferencia del desarrollo de bombas de calor en los Estados Unidos, los países del centro y norte de Europa, como Suecia, Suiza, Austria y Alemania, utilizan principalmente recursos geotérmicos poco profundos y bombas de calor geotérmicas en tuberías subterráneas para calefacción por suelo radiante en interiores y calefacción doméstica. suministro de agua. Según las estadísticas de 1999, la proporción de bombas de calor geotérmicas en las instalaciones de calefacción doméstica era del 96% en Suiza, del 38% en Austria y del 27% en Dinamarca.
3. Tendencia de desarrollo
En los últimos años, la escala y la velocidad del desarrollo y utilización de la energía geotérmica poco profunda en varios países han aumentado rápidamente. Algunas universidades e instituciones de investigación en los Estados Unidos y Canadá han realizado investigaciones experimentales en profundidad sobre bombas de calor geotérmicas y han obtenido algunos datos importantes. El Departamento de Energía de Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, el Instituto Eléctrico Edison (EEI), la Corporación Cooperativa Nacional de Electricidad Agrícola y otros consorcios formaron un grupo internacional de instalaciones industriales con participación gubernamental para promover los sistemas de calefacción con bombas de calor. En la actualidad, a juzgar por las tendencias de desarrollo extranjeras, el desarrollo y utilización de la energía geotérmica poco profunda será la corriente principal y la dirección del desarrollo y utilización de los recursos geotérmicos.
La energía geotérmica superficial es una nueva y valiosa fuente de energía. En comparación con los recursos naturales como la energía eólica y la energía solar que no están bajo control humano, la energía geotérmica poco profunda es una energía renovable que puede utilizarse artificialmente dentro del tiempo de explotación y utilización. Es una nueva energía limpia, barata y ampliamente utilizada que integra calor, minerales y agua. El desarrollo y utilización de energía geotérmica poco profunda puede reducir el consumo de energía convencional, reducir la contaminación ambiental, especialmente la contaminación del aire, y desempeñar un cierto papel en el desarrollo de algunas economías industriales relacionadas y mejorar la calidad de vida de las personas, y tiene un valor comercial significativo. Por tanto, su desarrollo y utilización han atraído la atención de varios países. Especialmente desde la crisis energética mundial de 1973, la exploración, el desarrollo y la utilización de la energía geotérmica poco profunda se están desarrollando rápidamente en profundidad y amplitud.
4. Avances de la investigación en simulación numérica de la transferencia de calor de aguas subterráneas
Tras el funcionamiento de la bomba de calor de fuente de agua subterránea, la energía fría y térmica inyectada al acuífero desde el pozo de recarga migra a El pozo de bombeo bajo la acción de la convección y la conducción de calor, lo que tiene un impacto en el campo de temperatura del agua subterránea. Por tanto, es necesario realizar investigaciones en profundidad sobre el proceso de migración térmica de las aguas subterráneas. Los métodos de simulación numérica se han convertido gradualmente en una herramienta eficaz para estudiar este problema debido a su eficiencia, conveniencia y flexibilidad. En vista de esto, esta sección revisa el progreso de la investigación en simulación numérica de la transferencia de calor del agua subterránea en el país y en el extranjero, proporcionando una base y referencia para investigaciones posteriores sobre este tema.
Desde finales de la década de 1970, se han propuesto en el extranjero muchos modelos matemáticos que describen la transferencia de calor en los acuíferos. Mercer et al (1985), Crawford et al (1982) y Mirza et al. 1985.P.Heijde y Y.Bachmat contaron 21 modelos matemáticos de migración térmica en ese momento. Estos modelos sólo consideran la convección y la conducción de calor, ignorando el impacto de la convección natural en la transferencia de calor. A excepción de dos modelos que son modelos de acoplamiento de flujo tridimensionales, el resto son unidimensionales y bidimensionales. Tsang et al. (1981) y Sykes et al. (1982) utilizaron el método de simulación numérica de diferencias finitas para simular las reglas de migración de agua y calor en la prueba de campo de almacenamiento de energía del acuífero subterráneo de la Universidad de Auburn, y los resultados de la simulación fueron básicamente consistentes con los de la Universidad de Auburn. observaciones experimentales. Buscheck et al. (1983) realizaron una simulación numérica bidimensional utilizando los datos de los dos primeros ciclos de la prueba de almacenamiento de energía en la Universidad de Orbum y consideraron la influencia de la convección natural durante el proceso de simulación. Rouve et al. (1988) utilizaron el método de simulación de elementos finitos para realizar una simulación numérica bidimensional de la prueba de almacenamiento de energía estacional de un acuífero artificial en la Universidad de Stuttgart, Alemania, y optimizaron la combinación espacial de permeabilidad de cada sublleno. -capa en el acuífero. Molson et al. (1992) utilizaron datos experimentales del almacenamiento de energía de acuíferos freáticos en Ontario, Canadá, y realizaron una simulación tridimensional de elementos finitos del proceso experimental, que consideró la influencia de la convección natural y el cambio de densidad con la temperatura. El modelo es relativamente completo, pero las condiciones de prueba son simples y la ecuación de continuidad es imperfecta. Forkeli et al. (1995) utilizaron un modelo axisimétrico bidimensional y un modelo de elementos finitos tridimensional para simular el efecto de almacenamiento de energía de un sistema de almacenamiento de energía de un acuífero artificial, y determinaron el sistema de almacenamiento de energía artificial óptimo mediante simulación comparativa. Travi et al. (1996) establecieron un modelo de flujo inestable bidimensional y dieron los cambios de temperatura en el perfil del acuífero mediante cálculos numéricos. Chevalier et al. (1999) utilizaron el método de disociación estocástica para simular el almacenamiento de energía en acuíferos de medios porosos y descubrieron que el flujo de agua subterránea regional puede acelerar la difusión de la energía térmica almacenada a los acuíferos aguas abajo, reduciendo así la tasa de recuperación de la energía térmica almacenada. Nagano (2002) concluyó a través de experimentos de laboratorio y simulación numérica de diferencias finitas que si la temperatura del agua de reinyección es relativamente alta (>50 ℃) durante el período de almacenamiento de calor, es probable que se produzca convección natural en el acuífero, lo que En gran medida Efectos de la recuperación de calor en el almacenamiento de energía de los acuíferos. Chounet et al. (1999) utilizaron el método híbrido de elementos finitos para simular el flujo de agua y la transferencia de calor en el suelo, lo que mejoró la precisión de la simulación, pero el modelo utilizado fue un modelo bidimensional con una sección transversal.
La investigación nacional sobre simulación numérica geotérmica comenzó a finales de los años 80. Zhang Juming et al. (1982) utilizaron el método de elementos finitos para simular el problema de la migración geotérmica bidimensional y dieron un programa de elementos finitos. , Wang, et al. Pingdingshan No. 8 Fuentes y condiciones de suministro de agua caliente de la mina. Informe de investigación de la Rama Xi del Instituto General de Ciencia y Tecnología del Carbón.
Los modelos matemáticos bidimensionales y tridimensionales del campo geotérmico de Pingdingshan se establecieron y resolvieron utilizando el método de elementos finitos. Sin embargo, este modelo era sólo un modelo estable y no estudiaba las leyes cambiantes de la energía. campo de flujo de agua.
Xue Yuqun et al. (1987) establecieron un modelo matemático tridimensional de la prueba de almacenamiento de energía de Shanghai, teniendo en cuenta la dispersión térmica. El modelo de flujo es un modelo estable que reemplaza el modelo de flujo con una expresión analítica simple y no considera los cambios en la densidad del agua y el coeficiente de viscosidad hidrodinámica con la temperatura. Zhang Juming (1994) estableció un modelo matemático tridimensional del campo geotérmico y propuso una solución de elementos finitos, pero no consideró la ecuación del flujo de agua. Hu Baigeng Hu Baigeng. 1995. Investigación sobre transferencia de calor y masa en campos geotérmicos. Beijing: Tesis doctoral, Universidad de Tsinghua.
Se utilizó el modelo bidimensional de medios porosos duales para simular el proceso de transferencia de calor y masa del campo geotérmico, y se simularon las reglas de transferencia de calor y masa del campo geotérmico de Nagqu y del campo geotérmico de Yangbajing en el Tíbet. respectivamente. Ren Li et al. (1998) utilizaron el método de diferencias finitas de dirección alterna para estudiar las reglas bidimensionales de transporte de agua y calor del suelo. He Manchao et al. (2002) estudiaron por primera vez las reglas cambiantes del coeficiente de permeabilidad durante la recarga de agua caliente subterránea y luego establecieron un modelo matemático del campo de filtración de la recarga geotérmica basado en los cambios dinámicos del campo de filtración durante un pozo simple y un pozo doble. recarga y derivadas Se desarrollan las fórmulas teóricas para la recarga de un solo pozo y de un pozo doble en condiciones de coeficiente de permeabilidad constante y variable.
Expertos nacionales y extranjeros también han realizado algunas investigaciones de simulación sobre la transferencia de calor de aguas subterráneas específicamente para bombas de calor de fuentes de agua. Gringarten et al. (1975) estudiaron teóricamente la captación de energía térmica de los acuíferos en condiciones uniformes de flujo de agua subterránea. Al simplificar las condiciones límite y los supuestos apropiados, se estableció un modelo matemático de transferencia de calor al sistema de pozos, y el modelo se utilizó para evaluar cuantitativamente los eventos de ruptura térmica en diferentes condiciones dadas, proporcionando una base para el diseño racional del pozo francés. Sistema de recuperación de energía. Orientación efectiva. Para evaluar cuantitativamente las características de transferencia de calor del sistema acuífero objetivo y guiar el diseño del sistema de recuperación de energía, Wiberg aplicó el método de elementos finitos para comparar las características de distribución del campo geotérmico del sistema acuífero ideal bajo dos supuestos diferentes de conducción de calor puro. y estudio de simulación de convección conductiva. Andrews (1978) aplicó un modelo bidimensional de elementos finitos para evaluar y predecir cuantitativamente el impacto de la utilización de bombas de calor con fuente de agua en el campo de temperatura subterránea basándose en los requisitos de carga de refrigeración y calefacción de Wisconsin, EE. UU. Los resultados de la simulación muestran que cuando el agua subterránea regional fluye a cierta velocidad, la caída de temperatura alrededor del pozo de riego de invierno es relativamente pequeña, pero el radio de influencia aumenta y la zona de perturbación de temperatura se mueve a lo largo de la dirección del flujo. Rahman (1984) estableció un modelo de simulación del sistema de recarga de pozos asumiendo condiciones del acuífero y realizó una investigación de simulación cuantitativa sobre las condiciones que influyen, como diferentes cantidades de recarga, espesor del acuífero, temperatura inicial del yacimiento y espaciamiento de los pozos. Los resultados muestran que, además de la recarga y el espaciamiento entre pares de pozos, el espesor del acuífero tiene un impacto significativo en el tiempo de ruptura térmica. Sin embargo, el impacto de la tasa de almacenamiento de agua del acuífero y el coeficiente de permeabilidad en los eventos de ruptura térmica no es significativo. Para determinar el diseño razonable entre los pozos de producción y los pozos de recarga, Paksoy (2000) utilizó el programa CONFLOW para simular cuantitativamente las características de migración de los frentes de calor durante el proceso de recuperación de energía del acuífero. Al limitar el rango de niveles de agua en los pozos de producción y los pozos de recarga y garantizar que no se produzca ninguna ruptura térmica, finalmente se determina la distancia mínima entre los pozos de producción y los pozos de recarga bajo las restricciones anteriores. Tianma estableció un modelo de disposición de pozo ideal y utilizó el software FEHM para comparar y simular cuantitativamente diferentes velocidades de extracción y reinyección, la longitud y posición de los tubos filtrantes de los pozos de agua y los ciclos de operación. Los resultados muestran que los dos primeros factores son los principales factores que controlan el rango de variación de temperatura del modelo. En China, Xin et al. (2002) utilizaron el programa HST3D compilado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos para simular los campos de velocidad y temperatura de un acuífero confinado típico de doble pozo a lo largo del año. Debido a limitaciones del programa, en la simulación se utilizó el método de flujo constante y temperatura constante durante todo el año. Zhou Jianwei et al. (2008) utilizaron el programa Flowheat basado en HST3D para simular un sistema de bomba de calor con fuente de agua subterránea en Wuhan y analizaron la racionalidad del diseño del pozo y las combinaciones de bombeo e irrigación. Zhang et al. (1998) simularon el funcionamiento de bombas de calor con fuente de agua de pozo de gran diámetro en invierno y los resultados mostraron que el caudal de agua de los pozos de gran diámetro disminuyó uniformemente.
2. Estado de la investigación nacional y tendencias de desarrollo
1. Aplicación temprana y etapa inicial de las bombas de calor (1949 ~ 1966)
En comparación con el desarrollo del calor. bombas de calor en el mundo, Los trabajos de investigación sobre bombas de calor en nuestro país tienen un retraso de entre 20 y 30 años. En la década de 1950, el profesor Lu Canren del Instituto de Investigación de Energía Térmica de la Universidad de Tianjin inició las primeras investigaciones sobre bombas de calor en China. El artículo "Bombas de calor y su aplicación en mi país", escrito por el profesor Lu en 1956, es el documento de investigación sobre bombas de calor más antiguo existente en mi país. En la década de 1960, mi país comenzó a aplicar y desarrollar bombas de calor en el campo de HVAC y logró muchos resultados. En 1960, el profesor Wu Shenyi de la Universidad de Tongji publicó "Introducción a la calefacción con bomba de calor y sugerencias para probar la calefacción con bomba de calor en Jinan"; en 1963, el antiguo Instituto de Diseño Arquitectónico del Este de China y la fábrica de aire acondicionado de Shanghai comenzaron a desarrollar aires acondicionados con bomba de calor. En 1965, Shanghai Refrigerador Factory desarrolló con éxito el primer aire acondicionado de ventana con bomba de calor doméstico CKT-3A con una capacidad de calefacción de 3720W. En 1965, la Universidad de Tianjin y la fábrica de aire acondicionado de Tianjin desarrollaron con éxito la primera unidad de aire acondicionado con bomba de calor de fuente de agua subterránea en China. En 1966, la Universidad de Tianjin cooperó con el Instituto de Investigación de Material Rodante Sifang del Ministerio de Ferrocarriles para llevar a cabo el calentamiento del aire. pruebas de bombas para autobuses de la línea principal en 1965, dirigidas por el profesor Xu Bangyu y el profesor Wu del Instituto de Ingeniería Arquitectónica de Harbin. Basado en la teoría de la bomba de calor, el equipo de investigación propuso por primera vez un nuevo proceso de uso del condensador auxiliar como calentador secundario de la unidad de aire acondicionado de temperatura y humedad constantes. Esta es la primera vez en el mundo. La Universidad Chongqing Jianshe, la Escuela de Negocios de Tianjin y otras unidades también han realizado investigaciones sobre bombas de calor subterráneas de bobina subterránea durante muchos años. El Instituto de Energía de Guangzhou, la Academia de Ciencias de China y otras unidades también han celebrado muchos seminarios nacionales sobre el desarrollo y la aplicación de la tecnología de bombas de calor.
La Universidad de Tsinghua y la Universidad de Tianjin han formado consorcios de investigación, universidad e industria con empresas relevantes para desarrollar sistemas de bombas de calor geotérmicas de marca china y han construido múltiples proyectos de demostración. Cada vez más usuarios chinos están familiarizados con las bombas de calor y están interesados en sus aplicaciones.
Las primeras bombas de calor de China experimentaron un proceso de desarrollo de 17 años y atravesaron una larga etapa de desarrollo inicial. Sus características se pueden resumir de la siguiente manera: ① Para la Nueva China, comenzó temprano y comenzó alto, y algunas investigaciones alcanzaron el nivel avanzado del mundo ② Debido a la débil base industrial en ese momento, la particularidad de la estructura y el precio de la energía; aplicación y desarrollo del aire acondicionado con bomba de calor en China Siempre lento (3) Tomar el camino de la innovación basado en el aprendizaje de países extranjeros señala la dirección para el desarrollo futuro de la investigación sobre bombas de calor en mi país.
2. El período de estancamiento en la aplicación y desarrollo de las bombas de calor (1966 ~ 1977)
Este período fue el de los "Diez años de agitación", durante el cual la aplicación y el desarrollo de las bombas de calor estaban prácticamente paralizados. Durante este período, no se publicó ningún artículo académico sobre bombas de calor ni se publicaron oficialmente traducciones ni libros sobre bombas de calor. China nunca ha celebrado un seminario académico sobre bombas de calor ni ha enviado a nadie a asistir a ninguna conferencia académica internacional sobre bombas de calor. Ha estado aislada del mundo durante más de 10 años. Sólo el equipo de investigación científica dirigido por Xu Bangyu y Wu del Instituto de Ingeniería Arquitectónica de Harbin completó el trabajo final de desarrollo de la unidad de bomba de calor LHR20 de 1966 a 1969, y aprobó la evaluación técnica en 1969. Esta fue la única investigación científica sobre bombas de calor. trabajar en mi país durante la Revolución Cultural. Luego, la fábrica de maquinaria de aire acondicionado de Harbin comenzó la producción en pequeños lotes y la primera unidad se instaló en el taller de acabado de la fábrica de reparación de maquinaria Anda en la provincia de Heilongjiang. El efecto operativo medido in situ cumple plenamente con los requisitos constantes de temperatura y humedad de (20 1) ℃ y (60 10) %. Este es el primer proyecto de temperatura y humedad constantes en China realizado mediante una unidad de bomba de calor.
3. El período de recuperación y prosperidad de la aplicación y desarrollo de las bombas de calor (1978 ~ 1999)
De 1978 a 1988, la aplicación y el desarrollo de las bombas de calor en mi país entraron en una fase integral. etapa de recuperación. Durante este período, para comprender completamente el estado actual y el progreso del desarrollo de bombas de calor extranjeras, se publicaron una gran cantidad de trabajos relacionados en revistas nacionales que publicaron activamente traducciones de bombas de calor, probaron y analizaron productos de bombas de calor extranjeras y participaron activamente en publicaciones internacionales. intercambios académicos. Al mismo tiempo, algunos fabricantes extranjeros de bombas de calor de renombre comenzaron a invertir y construir fábricas en China. Por ejemplo, la American Carrier Company fue una de las primeras empresas extranjeras en invertir en China y tomó la iniciativa de establecer una empresa conjunta en Shanghai en 1987.
Durante el período de 1989 a 1999, la bomba de calor de mi país marcó el comienzo de un nuevo proceso de desarrollo. Las formas de bombas de calor utilizadas en China han comenzado a diversificarse, incluidas bombas de calor aire-aire, bombas de calor aire-agua, bombas de calor agua-aire y bombas de calor agua-agua. Durante este período, hubo no menos de 300 fabricantes nacionales de aire acondicionado de propiedad estatal, privada, de propiedad total, empresas conjuntas y otros fabricantes de aire acondicionado, formando gradualmente un sistema industrial completo de aire acondicionado con bomba de calor en mi país, y calor de fuente de agua. Los sistemas de aire acondicionado con bomba se han utilizado ampliamente en mi país. Según las estadísticas, en 1999 había alrededor de 100 proyectos y 20.000 bombas de calor de agua subterránea en funcionamiento en todo el país. A principios de la década de 1990, se produjeron en masa unidades de agua fría y caliente con bomba de calor con fuente de aire; a mediados de la década de 1990, se desarrollaron unidades de agua fría y caliente con bomba de calor de agua subterránea y, a finales de la década de 1990, comenzaron a aparecer sistemas de bomba de calor con fuente de aguas residuales; . La investigación sobre bombas de calor acopladas al suelo se ha convertido en un foco de investigación en el campo de HVAC doméstico. Las direcciones y contenidos de la investigación nacional se centran principalmente en los intercambiadores de calor subterráneos, que son innovaciones basadas en tecnologías extranjeras.
1978-1999 El Segundo Comité Profesional de la Sociedad China de Refrigeración organizó la 9ª Conferencia Académica Nacional sobre Tecnología de Bombas de Calor y Refrigeración por Calor Residual. 1988 El Instituto de Energía de Guangzhou de la Academia de Ciencias de China organizó un seminario de expertos sobre la aplicación y el desarrollo de bombas de calor en China. Desde la década de 1990, la Sociedad de Arquitectura de China y el Comité Profesional de HVAC de la Sociedad de Refrigeración de China han agregado específicamente el elemento "bomba de calor" a la Conferencia Anual Nacional de Refrigeración y HVAC.
En 1988, China Building Industry Press publicó el libro de texto "Heat Pump" escrito por el profesor Xu Bangyu. "Principios y aplicaciones de bombas de calor", editado por el profesor Yu, fue publicado por Machinery Industry Press en 1993, "Tecnología y aplicaciones de bombas de calor para aire acondicionado", editado por el profesor Jiang Nengzhao, fue publicado en 1997, y "Aplicación de la tecnología de bombas de calor en el aire". Conditioning", editado por el Dr. Zheng Zuyi, se publicó en 1998. 1994 La editorial de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong publicó "Diseño e innovación del sistema de aire acondicionado con bomba de calor" de Zheng Zuyi. De 1989 a 1999, se publicaron oficialmente un total de 270 artículos relacionados con bombas de calor, 161 patentes de bombas de calor y 77 patentes de invención. La publicación de estos libros de texto, libros, traducciones y artículos, así como la aplicación de tecnologías patentadas, han promovido la popularización y promoción de la tecnología de bombas de calor en China.
4. Período de rápido desarrollo de la tecnología de bombas de calor
Después de entrar en el siglo XXI, debido a la aceleración de la urbanización y el crecimiento del PIB per cápita, el desarrollo del aire acondicionado en mi país. Se ha promovido el mercado. El ámbito de aplicación también es cada vez más amplio. Las bombas de calor se están desarrollando muy rápidamente y la investigación sobre la tecnología de las bombas de calor también está en constante innovación. La aplicación y la investigación de las bombas de calor son sin precedentes activas y fructíferas. De 2000 a 2003, el número total de patentes fue 287, lo que representó 4,9 veces el número promedio de patentes entre 1989 y 1999. De 2000 a 2003, hubo ***119 patentes de invención, lo que representó 4,25 veces el número promedio de patentes de invención de 1989 a 1999. De 2000 a 2003, la cantidad de literatura sobre bombas de calor aumentó dramáticamente. Por ejemplo, la cantidad de literatura en 2003 fue cinco veces mayor que en 1999. Casi todas las provincias y ciudades de China tienen ejemplos de ingeniería de aplicación de tecnología de bombas de calor. La investigación sobre la tecnología de bombas de calor se ha vuelto más activa y, uno tras otro, van surgiendo resultados innovadores.
En tan solo unos años, ha habido tres innovaciones líderes a nivel mundial, entre ellas: el mismo sistema de bomba de calor de recarga de pozo, el sistema integrado de bomba de calor de acoplamiento de suelo y almacenamiento en frío del suelo, y el sistema de bomba de calor de acoplamiento de dos etapas para zonas frías.
5. Aplicación e investigación de bombas de calor geotérmicas
La investigación de mi país sobre bombas de calor geotérmicas comenzó en la década de 1980. Inicialmente, algunas universidades e instituciones de investigación científica llevaron a cabo investigaciones especiales sobre tecnologías relacionadas con bombas de calor geotérmicas. Por ejemplo, la Universidad Tecnológica de Beijing ha realizado investigaciones sobre agua geotérmica profunda y ha diseñado múltiples sistemas de prueba de bombas de calor de fuente terrestre para tuberías enterradas verticales y tuberías enterradas horizontales. Investigación básica y evaluación sobre la aplicación del sistema de aire acondicionado con bomba de calor de circuito de agua en el Instituto de Tecnología de Harbin, simulación numérica e investigación experimental sobre el sistema integrado de almacenamiento en frío del suelo y bomba de calor acoplada al suelo, investigación sobre la teoría del acoplamiento y tecnologías clave de calor de tuberías subterráneas. y filtraciones en el sistema de bomba de calor de fuente terrestre. La Universidad de Hunan construyó un sistema de bomba de calor de fuente terrestre horizontal. Además, el Instituto de Ingeniería Arquitectónica de Qingdao, el Instituto de Ingeniería Arquitectónica de Shandong, la Universidad Tongji de Shanghai, la Escuela de Negocios de Tianjin, la Universidad Jianshe de Chongqing y otras universidades también han realizado investigaciones en esta área. En los últimos años, varias universidades de mi país han llevado a cabo investigaciones experimentales sobre sistemas de bombas de calor de fuente terrestre y sistemas de bombas de calor de fuente de agua, y han logrado algunos resultados importantes.
En la actualidad, la investigación sobre el desarrollo y utilización de energía geotérmica poco profunda en mi país se está desarrollando rápidamente. Después de casi 20 años de investigación y desarrollo, la tecnología de bombas de calor ha logrado grandes avances en nuestro país, especialmente la tecnología de bombas de calor geotérmicas se ha desarrollado rápidamente. Inicialmente se han establecido la tecnología y los requisitos técnicos de construcción de pozos de fuente de agua, los métodos de cálculo y diseño de grupos de pozos, los métodos de evaluación y tratamiento de la calidad del agua y los métodos de evaluación ambiental para varios sistemas de bombas de calor de fuente subterránea.
A finales de octubre de 2008, el área de aplicación de energía geotérmica poco profunda en mi país excedía 1×108 m2 (Ground Source Heat Pump, mayo de 2009). En todo Beijing, Shanghai, Tianjin, Hebei, Henan, Shanxi, Liaoning, Sichuan, Hunan, Tíbet, Xinjiang y otros lugares. Los tipos de edificios utilizados incluyen hoteles, residencias, centros comerciales, edificios de oficinas, escuelas, estadios (sedes), hospitales, salas de exposiciones, campamentos militares, villas, fábricas, etc. , tiene amplias perspectivas de aplicación.
6. Desarrollo y utilización de la energía geotérmica poco profunda y su tendencia de desarrollo
El desarrollo y utilización de la energía geotérmica poco profunda implica la estructura energética urbana, la protección del medio ambiente y la mejora de la calidad de vida de las personas. En particular, el sistema de recolección de energía renovable de las bombas de calor de fuentes de agua subterránea poco profundas y las bombas de calor de fuentes subterráneas es la clave para resolver los principales problemas mencionados anteriormente. Su recolección de energía básicamente no se ve afectada por el área de uso ni por el clima estacional. Como conjunto inicial de fuentes de frío y calor para los edificios, la energía geotérmica poco profunda tiene más valor de promoción.
El desarrollo y utilización de la energía geotérmica poco profunda no sólo ha atraído la atención de los círculos académicos y empresariales, sino que también ha recibido una atención cada vez mayor por parte del gobierno. La Ley de Energías Renovables de la República Popular China establece claramente que el país enumera la investigación científica y tecnológica y el desarrollo industrial de energías renovables como áreas prioritarias para el desarrollo científico y tecnológico y el desarrollo de alta tecnología. El Estado apoya financieramente la investigación y evaluación de recursos energéticos renovables y la construcción de sistemas de información relacionados. La implementación de esta ley proporciona una base sólida y garantía para la investigación, evaluación y desarrollo de la energía geotérmica somera. El Ministerio de Tierras y Recursos, el Servicio Geológico de China y otros departamentos han celebrado muchas reuniones de intercambio de experiencias y seminarios técnicos sobre exploración y desarrollo de energía geotérmica poco profunda, y han compilado y promulgado especificaciones de exploración y evaluación de energía geotérmica poco profunda, de modo que la exploración y el desarrollo de energía geotérmica poco profunda tener normas a seguir. En los últimos años, a medida que el país construye una sociedad "que ahorra recursos y es respetuosa con el medio ambiente" y logra objetivos de conservación de energía y reducción de emisiones, el estado ha asignado fondos especiales del gobierno central para apoyar la demostración y promoción de aplicaciones de construcción de energía renovable. El Ministerio de Finanzas y el Ministerio de Construcción han aprobado proyectos que incluyen tres lotes de proyectos de demostración y promoción de aplicaciones de construcción de energía renovable, incluida la utilización de energía geotérmica. Varias regiones también han lanzado proyectos para apoyar el desarrollo y utilización de energía geotérmica poco profunda. Por ejemplo, el 31 de mayo de 2006, la Comisión de Reforma y Desarrollo Municipal de Beijing emitió conjuntamente un documento con la Oficina Municipal de Conservación del Agua y la Oficina de Tierras y Recursos para subsidiar proyectos de calefacción y refrigeración que utilizan sistemas de bombas de calor geotérmicos a un estándar de 35 yuanes. por metro cuadrado los proyectos de sistemas de calefacción y refrigeración están subvencionados a un estándar de 50 yuanes por metro cuadrado en los "Opiniones de implementación sobre la construcción y aplicación de sistemas de bombas de calor terrestres" emitidos por la ciudad de Shenyang, se requiere que en el núcleo. área de 455 km2 dentro de la tercera carretera de circunvalación de la ciudad de Shenyang, en principio. El plan anterior estudia edificios dentro de 409 km2 que son adecuados para la aplicación de tecnología de bomba de calor de agua subterránea.
En el siglo XXI, con el rápido desarrollo de la economía de mi país, las necesidades de calidad de vida y comodidad de las personas han seguido aumentando, la estructura energética urbana ha cambiado y el enorme mercado de la construcción ha proporcionado la base. para el desarrollo y utilización de la tecnología de energía geotérmica poco profunda. El acceso universal crea oportunidades sin precedentes. Nuestro país ha logrado logros gratificantes en la investigación teórica, la investigación experimental, el desarrollo de productos y las aplicaciones de proyectos de ingeniería.
En la actualidad, mi país ha establecido tecnología de ingeniería, equipos mecánicos y sistemas de monitoreo relativamente completos para el desarrollo y utilización de energía geotérmica poco profunda. Sin embargo, el control de la calidad del agua y la evaluación del impacto de la recarga en los embalses y. tuberías de agua y tecnología de tratamiento para pozos bloqueados, el método de cálculo de simulación y el método de adquisición de parámetros del campo de temperatura, campo químico y campo de presión del sistema de riego y producción del grupo de pozos aún están en estudio.