中深层地热能供暖地埋管换热器传热分析*

山东建筑大学 关春敏 山东中瑞新能源科技有限公司 赵树旺 山东建筑大学 张文科 孙炳岩 王建华 孙知晓 山东中瑞新能源科技有限公司 方肇洪

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在能源紧张及气候变暖、雾霾天气频频出现等环境问题的压力下，热泵清洁供暖技术成为业界关注和研究的热点[1]。地源热泵技术作为一种新能源技术，具有环保节能、能效比高等优势[2]。

浅层地源热泵技术主要利用地下深度范围在50～200 m的浅层地热能，但需要占据一定的土地面积布置地埋管，而且在冷热负荷不平衡地区或单供暖地区，地下介质的温度逐年变化会导致地下传热性能越来越差。

鉴于浅层地热能地源热泵技术的缺点，为提高地热能的利用效率，国内外的专家学者近些年开展了对中深层地热能的研究，把钻孔埋管的深度加大到1 500～3 000 m，称之为中深层地埋管换热器技术。一个钻孔地埋管换热器可满足几千甚至上万m2的建筑物供暖，不仅减少了占地面积，而且可利用的土壤温度显著提高，地下温度基本稳定，适合于单供暖的情况。相对于水热型的中深层地热系统，中深层地埋管换热器技术采用闭式埋管循环系统，故对地质条件的限制比较少，可以灵活应用于多种地质条件。避免了开式系统与地下水或岩层的直接接触或质传递，从而避免了对地下水生物化学方面的影响。

在从地下1 500～3 000 m深、温度在70～90 ℃甚至更高范围的岩石中提取地热能作为热泵系统低温热源的过程中，为了保证地下换热装置的结构稳定性，通常采用套管结构，即循环水在内外管嵌套的地埋管内流动，实现与地下介质的换热。……