地下岩土传热系数并不大,最大的只有2点多。外径32毫米PE管材每米长度换热面积0.1平方米,决定了制热工况每米管材换热量只能按照20多W来设计。一个100米深的单U换热井,一来一回200米管材按照每米换热量25W计算换热量只有5000W。埋管间距5米计算,一个断面岩土储能体只有25立方米,在只供暖不制冷,只取热不贮热的项目,因为岩土比热容有限,决定了矩阵排列的垂直埋管长期取热导致周围岩土温度越来越低,不能保证地下岩土热平衡,不能保证地源热泵机组长期高效稳定运行。为了保证供暖还要采用其它低能效热源多能互补,大幅度提高工程造价,大幅度降低系统能效比。
对于中深层来说,一个2000米深的中深层同轴套管换热器,从内管里面抽水取热,从内外管夹层里面回水从地下吸热,外径320毫米钢管换热面积只有1平方米,浅层岩土温度10℃计算,2000米深度岩土温度70℃计算,平均地温40℃,再减换热温差10℃,取水温度30℃。连续取热情况下每小时只能提取300kW热量,每米井深平均取热量150W。因为取热量受到岩土传热系数限制,要想提高换热量只能间断运行。
提水回灌井取热量是直埋管单井取热量的16倍
采用2口2000米深的水井一抽一灌,取水温度70℃,用到10℃回灌,可利用温差60℃、流量70立方计算取热量=60×70×1.163=4800kW,西莱克水地源热泵系统的提水回灌井取热量是直埋管单井换热器的16倍,加之同轴套管换热井造价远远高于取水井回灌井,一抽一灌地下工程造价只有垂直埋管1/10。同轴套管换热器取热量小造价高,一般供暖工程用不起,但是因为具有不取地下水和设计施工不受水文地质条件限制优点,在不能打井取水回灌的地方不同层低、中深层垂直埋管取热可以作为补充方案。