循环单井地下换热系统及其应用.docx

2010年4月RefrigerationandAirConditioningApr.2010.45～49文章编号：1671-6612（2010）02-045-05循环单井地下换热系统及其应用王韬余跃进孟昭贤（南京师范大学南京210042)【摘要】介绍了循环单井地下换热系统的形式与运行，以及循环单井系统在国外的应用现状。分析了循环单井中井水与地下水的流动形式和换热。总结了循环单井系统的特点与优势，由于井内的水与地下含水层之间的原水交换其承担负荷能力显著增加，从而减少了钻井长度，减少了投资成本。以及循环单井系统存在的一些问题，其中最大的问题即热贯通。【关键词】循环单井系统；应用；流动形式；换热；优势；热贯通中图分类号TU831.1文献标识码BThesystemofstandingcolumnwellgroundheatexchangeandit’sApplicationWangTaoYuYuejinMengZhaoxian（NanJingNormalUniversity,Nanjing,210042）【Abstract】Thesystemtypeofstandingcolumnwellgroundheatexchangesystems(SCWGHES)isproposedinpresentstudy,andalsothisarticleintroducesasurveyofstandingcolumnwellsysteminbothhereandabroad.Thewaterinthewellandintheground’sflowpatternsandheattransferhavebeenanalyzed.ThecharacteristicsandadvantagesofSCWGHEShavebeensummarized,becauseof“bleed”theSCWGHEScanbearmoreload,hasshorterholelength,sothecostofinvestmentcanbeless.OfcoursetherearesomeproblemsinSCWGHES,themostseriousisthermaltransfixion.【Keywords】Sandingcolumnwellgroundheatexchangesystems；Application；Flowpatterns；Heattransfer；Advantage；Thermaltransfixion0引言国家统计局初步测算表明，2006年我国能源消费总量为24.6亿吨标准煤。其中建筑运行能耗约占全国总能耗的20%，采暖，通风和空调能耗在建筑运行能耗中所占的比例最大，超过60%[1]。由于不可再生能源如煤、石油价格的不断上涨，人们迫切需要研究和发展新的对可再生能源进行利用的建筑节能技术。地源热泵便是一种很好的可再生能源利用技术，其相对于传统的加热方式（电力设备，燃油，液化气，煤，石油）有着明显的经济优势[2]，如果每年利用的地热能可达到7800GWh，相对于使用效率只有30%的燃油发电供热设备，地源热泵每年能节省约1540万桶的石油[3]。因此很多国家在大力发展地源热泵，如韩国在2004年至2007年间，使用地源热泵占在其建筑所使用的新能源与可再生能源装置的60%[4]。而随着技术的不断改进，目前在北美出现了一种新型的从井中部分取出地下水的半开式地源热泵系统，即循环单井系统。该系统和以往的地源热泵系统相比有着更低的初投资和运行费用，更高的负荷承担能力，因此在北美正在被越来越多的关注与使用。1循环单井地下换热系统的形式目前由于地下水源热泵的回灌很难，而回灌又是解决水源热泵运行过程中热储压力随开采量和作者简介：王韬（1984-），男，在读硕士研究生。收稿日期：2009-10-09·46·制冷与空调2010年时间的增加而降低，以及地热尾水排放造成热污染和资源浪费等问题的有效方法[5]。于是一种新的地下水源热泵和地埋管地源热泵结合的热源井出现了，其称作单井循环地下换热系统,它的设计是利用一口水井同时进行抽水和回灌，取代传统地下水源热泵分别设置的抽水井和回灌井。单井循环地下换热系统目前共有3种热源井，分别是循环单井，抽灌同井和填砾抽灌同井。本文主要介绍的是循环单井。其工作示意图如下：表到基岩层为200mm的钢管护套，其目的是防止井孔坍塌，按照纽约矿产资源局的规定，循环单井的钢管护套应深入基岩21.5m，而对于非断裂岩层最少应深入11m[6]。在强岩层之下循环单井并不需要安装管套，井的直径为150mm。潜水泵的位置可根据井的深度放在井的上部或下部，对于住宅由于负荷较低循环单井较浅（井深小于150m），一般放在井的下部。对于商业和公共建筑，系统较大，循环单井