中深层地埋管换热器管径比对换热性能的影响研究

刘 铮，刘少勇，高 嵩

（1.中国能源建设集团科技发展有限公司，天津 300091；2.中国能源建设集团有限公司工程研究院，北京 100022）

0 引言

地埋管地源热泵系统最初应用于在浅层地热能开发利用中，但在实际的运行过程中，出现了土壤冷、热失衡、地埋管数量多、占地面积大等问题，尤其是在寒冷以及严寒地区因地下岩土体的热量回补不足导致了该技术的应用和推广受到限制。在此背景下，埋深1 000～3 000 m的中深层地埋管换热器技术应运而生。中深层地埋管换热器具有占地面积少、单井换热性能高等优势，近年来受到广泛关注，国内外学者也对其进行了不同方面的深入研究。

国外的Beier[1-2]等人提出了一种中深层地埋管换热器的瞬态传热模型，该数学模型可以同时模拟中深层地埋管换热器进、出水管以及换热器所在周边岩土（石）层温度场的瞬态演变规律。David Gordon[3-4]等在忽略地温梯度和地面轴向导热的前提下，提出了复合圆柱源半解析解模型来分析中深层地埋管换热器系统的短期性能。Templeton[5]等研究将废弃油井改造为中深层地埋管换热器进行取热供暖的可行性，分析了地温梯度、入口温度以及入口循环流量对系统进出口温差的影响。V.C.Mei[6]等在能量守恒的基础上，结合热传导能量方程，针对套管式地埋管换热器建立了瞬时传热模型。

国内的学者Luo Y[7-8]等在考虑地温梯度的条件下，建立了分段有限元圆柱源模型，并通过现场实验结果以及已存在的中深层地埋管换热器数值结果进行了比较分析，验证了所建模型的正确性和可行性。……