利用地下水填充钻孔的埋管换热器性能分析*

蒋坤卿，黄思浩，李华山，卜宪标

利用地下水填充钻孔的埋管换热器性能分析*

蒋坤卿1,4，黄思浩1,4，李华山1,2,3，卜宪标1,2,3†

（1. 中国科学院广州能源研究所，广州 510640；2. 中国科学院可再生能源重点实验室，广州 510640； 3. 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室，广州 510640；4. 中国科学院大学，北京 100049）

地下水填充的井下换热器（GFBHE）是一种不需要灌浆，利用地下水填充钻孔进行换热的地热换热器。针对GFBHE建立了瞬态三维数值模型进行模拟，并与利用普通灌浆材料进行回填的埋管换热器进行对比。数值模型通过将孔隙型岩层等效为饱和多孔介质的方法将钻孔外部的自然对流现象考虑在内。研究了包括渗透系数、地温、钻孔孔径在内的关键因素对GFBHE性能的影响。结果表明，当含水层渗透系数大于1×10−4m/s时，GFBHE性能明显优于利用灌浆填充钻孔的地热换热器，在富水区域利用GFBHE取代后者是可行的。GFBHE的换热性能随着钻孔孔径、含水层渗透性的增大以及地温的升高而提升。

地热能；埋管换热器；传热；数值模拟；多孔介质

0 引 言

随着世界经济的持续发展，人类对能源的消耗量日益增加。在过去的几十年里，人类的能源消耗量增加了一倍[1]。目前，化石能源依旧主导着世界能源结构，化石能源的大量消耗给环境带来了巨大压力，因此有必要进行节能以减少化石能源的消耗。目前普遍认为建筑节能是各种节能途径中最有效且潜力最大的方式[2]。地源热泵（ground source heat pump, GSHP）作为一种地热能利用形式，在世界范围内得到了广泛的应用，被应用于建筑的供暖以及提供生活热水等。……