地埋管地源熱泵技術(shù)的研究和應用
方肇洪1，2 刁乃仁1，2 于明志1 崔萍1
山東建筑大學熱能工程學院
山東方亞地源熱泵空調(diào)技術(shù)有限公司
摘要：本文綜述了作者近年來在豎直埋管式地源熱泵技術(shù)方面的研究：改進和深化了現(xiàn)有的地熱換熱器傳熱模型，在國際上首次求得有關(guān)地熱換熱器傳熱的三個重要問題的解析解，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了地熱換熱器設(shè)計和模擬計算軟件“地熱之星”；研制了測定深層巖土熱物性的方法和儀器；開發(fā)了鉆孔高性能回填材料和相關(guān)的施工技術(shù)、配件和設(shè)備；同時進行了地源熱泵供熱空調(diào)技術(shù)的工程應用和推廣。實踐表明，地源熱泵系統(tǒng)是實現(xiàn)建筑供熱和空調(diào)節(jié)能的有效和可行的技術(shù)。
關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能 供熱空調(diào) 地源熱泵 地熱換熱器
引言
節(jié)約能源與保護環(huán)境已成為當今世界科技與社會發(fā)展的兩大潮流。建筑能耗，其中特別是建筑供熱與空調(diào)的能耗，在社會總能耗中占有很大的份額，因此發(fā)展建筑節(jié)能已經(jīng)成為我國政府和社會公眾的共識和緊迫需要。在建筑供熱空調(diào)中采用熱泵技術(shù)可以合理利用環(huán)境中的低品位熱能，提高建筑供熱空調(diào)系統(tǒng)的一次能源利用率，減少溫室效應氣體CO2和其它燃燒產(chǎn)生的污染物的排放，是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術(shù)。
地埋管地源熱泵系統(tǒng)通過在地下埋管，構(gòu)成“地熱換熱器”，使大地成為熱泵系統(tǒng)的冷熱源。由于較深的地層中常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵系統(tǒng)的效率大大提高，具有節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點。地源熱泵技術(shù)在北美和歐洲的一些國家已應用了幾十年，是一種比較成熟的供熱空調(diào)系統(tǒng)[1,2]。近年來，隨著政府及社會公眾對建筑節(jié)能的認識不斷提高，地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)在我國的應用正在形成熱潮，并已有了一定的工程項目實踐和研究成果，積累了一定的經(jīng)驗。地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)難點在于地埋管換熱器的設(shè)計及施工，我國現(xiàn)有的設(shè)計和施工技術(shù)隊伍還不能適應推廣應用地源熱泵新技術(shù)的要求。因此，有必要通過系統(tǒng)的研究、示范和技術(shù)集成，在消化吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成適合我國國情的、系統(tǒng)的地源熱泵技術(shù)體系，以促進地源熱泵供熱空調(diào)技術(shù)在我國更加健康的發(fā)展，并得到更廣泛的應用。
作者在消化吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，堅持基礎(chǔ)理論的研究創(chuàng)新和工程技術(shù)的開發(fā)應用并舉的方針，在地源熱泵領(lǐng)域不斷探索，積累了一些經(jīng)驗[3,4]。本文簡要小結(jié)我們在這方面的主要創(chuàng)新和成果。
地熱換熱器傳熱理論及設(shè)計和模擬計算軟件
地熱換熱器設(shè)計是否合理決定著地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性和運行的可靠性。建立較為準確的地下傳熱模型是合理地設(shè)計地熱換熱器的前提。由于地下傳熱的復雜性，地熱換熱器傳熱模型的研究一直是地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)難點和應用基礎(chǔ)。
地熱換熱器設(shè)計的基本目標是要保證在系統(tǒng)整個運行期內(nèi)，循環(huán)液的溫度保持在限定的范圍內(nèi)，以保證系統(tǒng)的性能達到設(shè)計要求。地熱換熱器中的傳熱過程是一個復雜的、非穩(wěn)態(tài)的傳熱過程，所涉及的時間尺度很長，空間區(qū)域很大。因此在工程實際應用的模型中通常都以鉆孔壁為界，把所涉及的空間區(qū)域劃分為鉆孔以外的巖土部分和鉆孔內(nèi)部兩部分，采用不同的簡化假定分別進行分析?，F(xiàn)有的設(shè)計手冊和教科書中只能推薦以一維的線熱源或圓柱模型為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗公式[1, 2]。在我們近年來的研究中，突破了美國和歐洲研究者未能解決的障礙，導得了地熱換熱器的幾個重要環(huán)節(jié)的二維或準三維傳熱問題的解析解[3,4]。由于取消有關(guān)的簡化假設(shè)，提高了模型的精度；而且這些顯式的函數(shù)關(guān)系式可以直接應用于地熱換熱器設(shè)計和模擬計算，使計算工作量大大減少。立足于這些創(chuàng)新性的研究成果，我們開發(fā)了有自主知識產(chǎn)權(quán)的地熱換熱器設(shè)計和模擬計算軟件“地熱之星”，并已得到推廣應用。
（責編：zyl）
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中標、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
Email: direjia@126.com（投稿），direjia@163.com（合作）,
直線電話：18515158288（同微信）
