淺層地?zé)崮艿母拍钍且詿崮艿馁x存狀態(tài)定義的，并沒有限定熱能的補(bǔ)給來源，類似于“地下水”的概念，沒有限定水的補(bǔ)給來源。對淺層地?zé)崮艿臒崮軄碓?，有不同的解釋，成為近來一些人爭論的焦點。把這個問題討論清楚，對于科學(xué)評價淺層地?zé)崮苁怯幸饬x的。
熱力學(xué)第二定律指出，能量的傳遞具有方向性，從高溫物體向低溫物體傳遞的熱量是自行的，而從低溫物體向高溫物體的熱量傳遞需要借助外力才可實現(xiàn)。這不僅是熱泵技術(shù)的基本原理，也是淺層地?zé)崮芊治龊陀嬎愕幕A(chǔ)。地下溫度場表征了熱能的分布和運(yùn)移。根據(jù)地溫梯度和介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)可以定量評價地?zé)崃髁?。這里僅根據(jù)地溫場的特征定性分析淺層地?zé)崮艿膩碓?。巖土體、地下水、地表水是開放的儲熱體，在其邊界上內(nèi)部的熱量與外部熱量不斷進(jìn)行著傳導(dǎo)或輻射。對于地表以下的淺部巖土體，其上界面是地面，與大氣和陽光接觸，依太陽輻射和氣溫的變化，吸收或散發(fā)熱量。下界面是深部巖土體，接受著產(chǎn)生于地球的內(nèi)部源源不斷的熱流。對于限定的區(qū)域，巖土體與周邊的介質(zhì)，包括地下水和地表水也存在熱交換。在沒有內(nèi)部熱源或熱匯的情況下，巖土體內(nèi)溫度的分布是由邊界溫度決定的。淺部巖土體中的熱量是不可能長時期積累的，地層溫度只反映了現(xiàn)代的環(huán)境特征，而地質(zhì)學(xué)家們正在根據(jù)巖石地層中保留的信息來分析當(dāng)時的環(huán)境溫度，研究幾十億年地質(zhì)時期各種時間尺度全球的氣候變化規(guī)律。
天然和人工干擾兩種不同的狀態(tài)下，淺層地下水、地表水和巖土體中溫度分布有著很大的差別，只有區(qū)分兩種不同狀態(tài)，才能深入分析其蘊(yùn)藏?zé)崮艿膩碓春瓦\(yùn)移。對于含水層中的地下水和地表水體，由于水是熱量的良好載體，熱容量大，熱的對流和傳導(dǎo)使得連續(xù)水體的溫度保持一致，其溫度的高低是由其與外界的熱交換決定的。在自然狀態(tài)下，地下水溫決定于其水源和周邊環(huán)境的溫度。地表水溫度的主要控制因素包括大氣降水、太陽輻射、空氣和水體基底溫度，地下水溫度的控制因素是入滲補(bǔ)給水源和含水層的溫度。在利用換熱器從地下水和地表水體中提取和排泄熱量的狀態(tài)下，熱源和熱匯的強(qiáng)度是水溫變化主要因素。地表水的溫度變化及其分布取決于水體的大小、水流的速度、流量。地下水的溫度變化及其分布取決于含水層的滲透性、地下水流速和含水層的特征。
巖土體的熱傳導(dǎo)性比水低很多。巖土體內(nèi)的溫度分布，在天然狀態(tài)下從地表到埋深200米范圍內(nèi)溫度就有很大的差別。從地表向下分別為變溫層、恒溫層和增溫層。變溫層的溫度受太陽輻射和大氣溫度的控制，隨季節(jié)變化，增溫層的溫度受地球深部熱量控制，隨深度增加，正常狀態(tài)為每100米增加3℃，經(jīng)過地?zé)岬刭|(zhì)工作數(shù)十年的研究，我國大地?zé)崃鞯姆植家?guī)律已經(jīng)基本查清。恒溫層是地球內(nèi)部熱量與大氣溫度的相對平衡的層位，厚度不大，溫度相對恒定。由于各地的氣溫、日照、大地?zé)崃髦档牟煌?，巖土體的溫度和恒溫層的厚度和埋藏深度差別很大，受當(dāng)?shù)卮蟮責(zé)崃?、太陽輻射和氣溫的控制，是天然熱源動態(tài)平衡的結(jié)果。
人類的工程活動已經(jīng)在很大程度上改變了天然環(huán)境，對地下溫度場也發(fā)生了同樣的事情。在利用地埋管換熱器提取和排泄熱量的狀態(tài)下，巖土體中溫度的分布發(fā)生了劇烈的變化，天然狀態(tài)下的“恒溫層”已經(jīng)不復(fù)存在。地埋管取熱區(qū)域及其影響范圍內(nèi)的巖土體的地溫場成為干擾下的“人工變溫層”。圖1是北京市一個地源熱泵工程地埋管換熱系統(tǒng)的實際監(jiān)測資料。
PageBreak
人工干擾狀態(tài)下巖土體中熱量的補(bǔ)給和排泄的關(guān)系與天然狀態(tài)完全不同。地埋管換熱器成為主要的“熱源”和“熱匯”，地溫梯度的改變誘發(fā)了熱流量的改變。在巖土體的上界面即地表面和下界面即與深部巖層上的熱交換量發(fā)生了數(shù)量級的變化，在平面上地埋管取熱區(qū)與周邊巖土體產(chǎn)生也了熱流交換，這是熱流方向和數(shù)量非穩(wěn)定的動態(tài)過程。如果照搬在天熱狀態(tài)下觀測到的大地?zé)崃髦岛吞柲茌椛錈崃縼矸治鰡栴}，必然得出錯誤的結(jié)論。定量計算這些熱流量是淺層地?zé)崮茉u價的主要內(nèi)容。近年來，歐洲、日本等國家的地?zé)岬刭|(zhì)學(xué)家對巖土體上、下界面熱交換量定量計算及其在數(shù)值模擬中的實現(xiàn)進(jìn)行了很多研究，并發(fā)表了一些成果。
歡迎一切與地源熱泵行業(yè)相關(guān)的新聞包括但不限于投標(biāo)中標(biāo)、技術(shù)研發(fā)、新品發(fā)布、從業(yè)經(jīng)驗、施工技巧、成功案例、創(chuàng)新思維的資訊或論文類投稿，本網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)部將擇優(yōu)在地源熱泵網(wǎng)微信公眾平臺（微信號：www-dyrbw-com，您也可掃描下面的二維碼）、新浪公眾平臺、地源熱泵網(wǎng)主站、《地源熱泵》雜志上刊登。投稿郵箱：dyrbw@dyrbw.com
