[01453032]浅层地热能利用优化技术的研究与应用

本项目属可再生能源利用技术领域。　　本研究历时7年(2000-2007)。根据传热基本原理，采用理论研究与工程实践相结合的技术路线，系统深入地研究了地埋管浅层地热能利用中地热换热器的传热机理与优化设计方法、岩土热物性测试及地埋管传热强化等关键技术，揭示了深层岩土传热规律，开拓出大空间多维非稳态地下传热分析与工程应用的新途径，形成了系统的地埋管浅层地热能利用技术体系。　　该技术体系的核心是：首次求得地热换热器传热分析中钻孔内准三维传热模型、钻孔外有限长竖直和倾斜线热源模型以及有渗流时导热与对流复合作用的二维非稳态传热模型的解析解，创建了基于这些解析解和叠加原理的地热换热器传热分析方法；基于这些解析解和新模型，开发了地热换热器优化设计模拟软件，与简化模型相比计算精度提高10%～30%，计算时间仅为数值方法的0.1%～1%，便于设计优化；研发了能够用于现场确定深层岩土热物性的测试方法和测试仪；深入研究了地热换热器强化传热技术，探索了各种组成物对水泥砂浆回填材料导热系数的影响规律，开发了基于水泥砂浆、石英砂和改性添加剂的高性能回填材料，饱和状态下其导热系数达到2.34W/m.K。研制了用于地埋管设置的地热弹簧及管路配件，地热换热器效率提高10%～20%。　　建设了地埋管浅层地热能利用示范工程，研究成果在120余项工程中应用，并编入了国家标准《地源热泵系统工程技术规范》；申报了4项发明专利，取得2项实用新型专利。初步统计产生直接经济效益9.6亿元，每年节约能源折合标准煤约8万吨，减排二氧化碳21万吨，节约建筑供热空调运行费用6400万元。出版专著《地埋管地源热泵技术》；在International Journal of Heat and Mass Transfer 和International Journal of HVAC&R Research等学术刊物上发表论文80余篇，在国际上产生一定影响，理论和实践上有重要创新，为工程热物理学科的发展和地埋管浅层地热能利用这一节能减排新技术的推广应用做出重要贡献。