于明志李昊轩李凡

(1.山东建筑大学 热能工程学院，山东 济南250101；2.山东省绿色建筑协同创新中心，山东 济南250101)

0 引言

土壤深度越深温度越高，供热能力越强，因而中深层地热能供热能力远高于浅层[1-3]。DENG等[4]研究表明，中深层地源热泵系统运行超过10年，其全寿命期费用低于空气源热泵、浅层地源热泵和燃气锅炉等供热系统，运行时间越长，经济性越高。中深层地热能利用系统既有开式系统[5-6]，也有闭式系统[7]。闭式系统中循环水在地埋管内流动与岩土层换热，然后流入热泵机组提取热量，继而再次进入地埋管换热器内。循环水与岩土层并不直接接触，减少了地下水污染，因而越来越受到重视。套管式埋管换热器是闭式系统较为常用的地埋管换热器[8-10]，分为内管和内外管间环形区域两个流道。既有研究表明取热工况下，循环水从外管流入内管流出换热效果更好，蓄热工况时则相反[11-13]。

中深层地热能涉及土壤深度通常达1 500~3 000 m，沿深度方向上的地温梯度通常不可忽视[14]。对此，BEIER等[15-17]建立了考虑地温梯度的同心套管换热器传热模型，并通过拉普拉斯变换得到了解析解。LUO等[18]将埋管在无地温梯度土壤中的传热解和只考虑地温梯度的土壤传热解进行叠加，得到了考虑地温梯度的解析解。PAN等[19]基于已知钻孔壁温分布的情况下，建立了钻孔内传热解析模型。由于计算简单，上述解析模型可以快速计算分析地埋管换热情况，但现有解析模型均假设地下土壤热物性参数相同，且单位深度地埋管换热负荷相等，而这通常与实际情况有相当差距。……