恒有源科技發(fā)展集團（微信號：HYYESSTD）專注于淺層地能作為建筑物供熱的替代能源的科研、開發(fā)和推廣。致力于原創(chuàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，實現(xiàn)為建筑物無燃燒供熱，大力發(fā)展地能熱冷一體化新興產(chǎn)業(yè)。
我們常說“地下一定深度對應(yīng)一定溫度”，說的就是地下各點與溫度的對應(yīng)關(guān)系。為了科學地描述地下的這種特性，我們可以引入溫度場的概念。圖1是某地冬季淺層地下溫度場的情況。
將地下溫度場里溫度相同的點連接起來我們就得到了“等溫線”，等溫線上的各點溫度是相同的。地表面上各點的溫度都等于大氣的溫度，例如是-15℃。因此地表面構(gòu)成了一條-15℃的等溫線。
如果我們向地下掘進，發(fā)現(xiàn)越深的地方溫度越高，當深度達到1米時，溫度可達0℃；深度到30米時，溫度可達15℃。于是我們又得到了地下0℃和15℃的等溫線，以此類推。假如地下的土壤砂石是均勻的，各方向的物理特性相同，那么對應(yīng)上述溫度的等溫線都是水平的，如圖1中的實線。圖1中的虛線是與等溫線垂直的另一組線，它表明了熱量流動的方向。
設(shè)想我們把一個取熱裝置埋在地下一定深度，通過取熱裝置不斷地從地下獲取熱量。在取熱過程中，取熱裝置的表面溫度始終不變且低于周圍土壤砂石的溫度。取熱裝置改變了地下溫度場，如圖2。等溫線不再是水平的了。在靠近取熱裝置的地方，等溫線與取熱裝置的外形相近；在遠離取熱裝置的地方，等溫線又接近水平。
監(jiān)測取熱裝置周圍地下溫度場的變化對正確設(shè)計取熱裝置和確定取熱裝置的間距是很重要的。
圖3是某取熱裝置周圍的某一溫度（例如15℃）的等溫線隨時間變化圖。在取熱裝置工作之前，地下各點的溫度都是15℃。取熱裝置從11月15日開始運行以后，靠近它的區(qū)域溫度會降低，形成了熱影響區(qū)。圖3的灰色區(qū)域就是在12月15日測得的熱影響區(qū)。隨著供熱時間增長，上述熱影響區(qū)會逐漸擴大。
熱影響區(qū)的大小和形狀與地質(zhì)條件有關(guān)，也與取熱裝置的工作方式和運行方式有關(guān)。
圖4是恒有源科技發(fā)展集團有限公司某單井循環(huán)換熱地能采集裝置的熱影響區(qū)圖。由于單井換熱以地下水為介質(zhì)進行換熱，換熱介質(zhì)直接浸潤地下的泥土，井內(nèi)外的換熱強度較大，使得熱影響區(qū)底部較平坦，形成近似“水桶”的形狀。
恒有源集團最近推出了一種叫“地能熱寶”的產(chǎn)品，它的取熱裝置是全封閉的，與巖土體的換熱只靠取熱裝置表面的傳熱，系統(tǒng)是間斷工作的，圖5是該裝置的熱影響區(qū)圖。我們看到，與單井循環(huán)相比，“地能熱寶”的熱影響區(qū)是靠近取熱裝置的“水瓶”狀。
根據(jù)熱影響區(qū)的形狀和區(qū)內(nèi)的溫度分布不僅可以較準確地計算取熱裝置的供熱量，還可以幫助我們科學地確定取熱裝置的間距。
兩個取熱裝置如果距離太近，同時工作時會互相影響，使取熱裝置周圍的溫度太低，取熱效率下降。相反地，假如設(shè)計取熱裝置的距離太大，又會占用過多的土地，使得技術(shù)經(jīng)濟性下降。所以，正確地確定取熱裝置之間的距離很必要。
在沒有進行地下溫度場監(jiān)測的情況下，我們只能憑經(jīng)驗值估算熱影響區(qū)的大小，在設(shè)計時避免兩個熱影響區(qū)重疊。有了地下溫度場監(jiān)測的數(shù)據(jù)，我們就可以更準確地確定它。
圖6是兩個“地能熱寶”同時工作的熱影響區(qū)圖，我們看到，雖然一個取熱裝置已經(jīng)進入了另一個取熱裝置的熱影響區(qū)內(nèi)，但由于“地能熱寶”的熱影響區(qū)的特殊的形狀，即使它們的熱影響區(qū)相互重疊，在兩上取熱裝置共同作用的地方，溫度仍然比較高。據(jù)此，我們可以確定，對于“地能熱寶”的取熱裝置，間距可以為2-3m。（作者：恒有源科技發(fā)展集團總工程師 孫驥）
來源_《中國地能》
