恒有源科技發(fā)展集團(tuán)（微信號(hào)：HYYESSTD）專注于淺層地能作為建筑物供暖的替代能源的科研、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(shí)現(xiàn)為建筑物無燃燒智慧供暖（冷），大力發(fā)展地能熱冷一體化新興產(chǎn)業(yè)。
煤炭等化石能源大規(guī)模利用導(dǎo)致的溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等一系列問題對(duì)人類可持續(xù)發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也使得開發(fā)綠色無污染的新能源提上重要日程。淺層地?zé)豳Y源作為一種廉價(jià)可再生能源具有廣闊的應(yīng)用前景，利用方式主要是采用地源熱泵技術(shù)，利用較少的高品位能源電能把淺層巖土體中的低品位能源地?zé)崮芗右岳?。具體過程是，冬季制冷劑在循環(huán)管路中通過壓縮機(jī)的壓縮后，在管路中冷凝，之后通過蒸發(fā)器的蒸發(fā)吸收淺層巖土體中的熱量，提供熱量加以利用；夏季循環(huán)方向則相反。
地源熱泵主要有土壤源熱泵、水源熱泵、同井抽灌熱泵。單井循環(huán)換熱地能采集井屬于同井抽灌類型，它是我國(guó)獨(dú)立開發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地能采集技術(shù)，由恒有源科技公司開發(fā)成功。它采取了多項(xiàng)自主開發(fā)的專利技術(shù)使得能效高出傳統(tǒng)地源熱泵幾十倍，實(shí)現(xiàn)了地下水的同質(zhì)、同層完全回灌技術(shù)。
含水層中的水的粘度系數(shù)是影響同井回灌水源熱泵的重要因素。地下水中廣泛存在膠體，水的溫度有時(shí)發(fā)生變化，以及油質(zhì)液體混入地下水等因素都會(huì)使水的粘度系數(shù)發(fā)生明顯變化。準(zhǔn)確分析水的粘度對(duì)其物理場(chǎng)的影響，對(duì)于研究同井回灌水源熱泵具有重要意義。本文以單井循環(huán)換熱地能采集井為例分析了水的粘度系數(shù)變化對(duì)同井回灌水源熱泵物理場(chǎng)影響，計(jì)算結(jié)果包括溫度場(chǎng)、水動(dòng)力場(chǎng)、水頭場(chǎng)。對(duì)于提高同井回灌水源熱泵運(yùn)行率，進(jìn)一步研究有關(guān)因素及井的結(jié)構(gòu)對(duì)同井回灌水源熱泵的影響都具有重要意義。
1同井回灌水源熱泵原理與模型
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)同井回灌水源熱泵理論分析及模擬較成果相對(duì)少，多是對(duì)實(shí)際工程的溫度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量得出變化規(guī)律，或?qū)?shí)際模型進(jìn)行一些假設(shè)后取得近似結(jié)果。本文以單井循環(huán)換熱地能采集井為例建立了同井回灌水源熱泵系統(tǒng)的水文地質(zhì)模型和數(shù)學(xué)模型，為實(shí)際工程分析奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
1.1運(yùn)行原理及水文地質(zhì)模型
本文的研究對(duì)象單井循環(huán)換熱地能采集井是我國(guó)原創(chuàng)性的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型淺層地能換熱井，其核心組成部分是上段的回灌井和下段抽水井，井管的抽水段與回水段之間為絕熱阻水隔斷。一定溫度的水和熱量在單井循環(huán)換熱地能采集井中的水熱交換物理過程為，含水層中的水經(jīng)過井管上部的回水井段井壁及井外填礫流出，再滲流進(jìn)入井外含水層中的土壤多孔介質(zhì)。其中下半部水流方向則沿水平徑向流入井管處或沿豎直方向流入抽水井，上半部水流沿井軸徑向流出換熱井或豎直向下流出井管最后完成水的循環(huán)流動(dòng)，其水文地質(zhì)模型見圖1。按照井管中是否有填充蓄能顆粒分為有蓄能顆粒和無蓄能顆粒兩種形式。有蓄能顆粒形式換熱井中水的流態(tài)為滲流形式，無蓄能顆粒形式在的換熱井井管中是自由流動(dòng)水而井管外為滲流水，這使得其水動(dòng)力場(chǎng)比有蓄能顆粒情形復(fù)雜的多。它實(shí)現(xiàn)了水的同層完全回灌，具有換熱效率高造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn)。
在換熱井工作時(shí)既有不同溫度水之間的熱量交換，也有不同溫度固體骨架間熱量交換、水和固體骨架間的熱量交換、水的對(duì)流擴(kuò)散傳熱等多種形式。總之通過水熱對(duì)流、擴(kuò)散進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)完成了換熱井從土壤含水層中的取熱過程，最后把含水層中的熱量輸入機(jī)房最后供用戶末端裝置使用。
