恒有源科技發展集團（微信號：HYYESSTD）專(zhuan)注於淺層地能作為建築物(wu)供熱的替(ti)代能源的科研、開發和推廣。致力於原創技術的產業化發展，實現為建築物(wu)無燃燒供熱，大力發展地能熱冷(ling)一體化新興產業。
淺層地熱能是一種新型可再生的能源，它來(lai)源於地球(qiu)內部的熱量和太(tai)陽輻(fu)射。淺層地熱能廣泛(fan)存在於岩(yan)石(shi)、土壤、水源等許多介質中，位於地表200米以內的恒溫帶內。它的開采是隨著全(quan)球(qiu)能源危(wei)機和環境(jing)問題(ti)的凸(tu)顯(xian)而逐步發展起(qi)來(lai)的一項能源及環境(jing)保護技術，它的研究對於嚴重(zhong)依(yi)賴化石(shi)能源經濟(ji)快(kuai)速發展的中國而言尤為重(zhong)要。
國內外許多學者及單(dan)位在淺層地熱能的研究中進行了(liao)不懈努(nu)力並取(qu)得(de)了(liao)豐碩(shuo)成果。當前(qian)淺層地熱能的主(zhu)要利用方式有地表水源為熱源的水源熱泵和以地表岩(yan)石(shi)、土壤介質為熱源的土壤源熱泵兩種。本文的研究對象是單(dan)井循(xun)環換(huan)熱地能采集井，它是原創性的適用於多種地質條件(jian)的新型淺層地熱能開發技術。這(zhe)種單(dan)井循(xun)環淺層地熱能開發方式結合了(liao)上述前(qian)兩種傳統(tong)地能采集方法的優(you)勢，實現了(liao)循(xun)環水在同一含水層的完(wan)全(quan)回(hui)灌(guan)，從而成功實現了(liao)單(dan)井循(xun)環淺層地熱能的開發。該設(she)備生產成本較低(di)，無水體汙染，檢修方便，便於在有淺層地下水的地區推廣，實現了(liao)真正(zheng)的綠色能源利用。由於我國淺層地熱能分布地域廣泛(fan)、資源豐富，開展此項研究並大力開發這(zhe)種單(dan)井循(xun)環淺層地熱能對於保障能源安全(quan)、降(jiang)低(di)環境(jing)汙染具有重(zhong)要意義(yi)。
本文完(wan)整建立(li)單(dan)井循(xun)環換(huan)熱地能采集井完(wan)整的概念(nian)模(mo)型和數學模(mo)型，對於深入(ru)理解(jie)其數學原理、水文地質及物(wu)理過(guo)程，高效開發利用這(zhe)種單(dan)井循(xun)環淺層地熱能具有重(zhong)要意義(yi)。
一、單(dan)井循(xun)環換(huan)熱地能采集井的物(wu)理概念(nian)模(mo)型和多孔介質特(te)征
1.1物(wu)理概念(nian)模(mo)型
本文的研究對象是單(dan)井循(xun)環換(huan)熱地能采集井，它以循(xun)環水作為介質采集地下溫度低(di)於25℃的熱能，實現了(liao)地下水的同層完(wan)全(quan)回(hui)灌(guan)。這(zhe)種井不消(xiao)耗也(ye)不汙染地下水，因(yin)此對於地下水體質量是安全(quan)的。
這(zhe)種地能采集井分為有蓄能顆粒類型和無蓄能顆粒類型兩種。以下以有蓄能顆粒型為例說明。
有蓄能顆粒的單(dan)井循(xun)環換(huan)熱地能采集井的物(wu)理過(guo)程為，循(xun)環水由絕(jue)熱井壁內部抽水區的潛(qian)水泵抽出排走(zou)送入(ru)熱泵機組經過(guo)放(fang)熱或者吸熱後，由熱泵機組返回(hui)進入(ru)地能采集井上部的加(jia)壓回(hui)水區內部。水流(liu)在絕(jue)熱井壁與隔離膜之間有蓄能顆粒的環形(xing)空(kong)間內流(liu)動，大部分進入(ru)下部抽水區，一小部分透過(guo)孔壁的隔離從加(jia)壓回(hui)水區通過(guo)滲透流(liu)到(dao)土壤介質中，最後從抽水區回(hui)流(liu)。地能采集井的所有回(hui)水透過(guo)絕(jue)熱井壁下部的花管(guan)由潛(qian)水泵抽走(zou)送回(hui)熱泵機組，見圖-1。
1.2多孔介質特(te)征
單(dan)井循(xun)環換(huan)熱地能采集井的多孔介質總共包(bao)括兩種，一種是絕(jue)熱井壁與隔離膜之間充(chong)滿蓄熱顆粒，其特(te)點是有良好(hao)的蓄熱性能。蓄熱顆粒的蓄熱係數很(hen)大，亦即熱流(liu)波動的振幅與溫度振幅的比值很(hen)大。另一種是隔離膜外側的飽和土壤多孔介質，其作用是通過(guo)水與蓄能顆粒之間交換(huan)熱量和水，亦即傳熱傳質。可見單(dan)井循(xun)環換(huan)熱地能采集井是含有兩種多孔介質的對流(liu)傳熱傳質的水熱耦合體，水在其中發揮最重(zhong)要作用。
二、單(dan)井循(xun)環換(huan)熱地能采集井的數學模(mo)型
單(dan)井循(xun)環地能采集井分為有蓄能顆粒采集井和無蓄能顆粒采集井兩種類型。有蓄能顆粒采集井的數學模(mo)型中僅有多孔介質一種計(ji)算區域,無蓄能顆粒采集井則(ze)包(bao)括多孔介質和充(chong)水兩種計(ji)算區域。其數學模(mo)型的選取(qu)較複雜，前(qian)者用考慮固(gu)體骨(gu)架(jia)的流(liu)體動力學模(mo)型即可,後者除(chu)此之外另增(zeng)加(jia)湍流(liu)模(mo)型用以計(ji)算隻充(chong)水的計(ji)算區域，當充(chong)滿的水為層流(liu)狀態時則(ze)湍流(liu)模(mo)型退化為層流(liu)模(mo)型計(ji)算。可見典型的單(dan)井循(xun)環換(huan)熱地能采集井中存在三種流(liu)態的區域，即水介質中的紊流(liu)與層流(liu)兩種流(liu)態和土壤（蓄能顆粒）中的層流(liu)流(liu)態。（作者：孫驥 李大秋）
選自_《中國地能》
