单井循环换热地能采集井技术

（一）技术简介与适用范围

单井循环换热地能采集技术是一项我国原创的先进的适用于多种地质条件的浅层地能采集技术，可以在不同地区、不同地质条件下，以低成本的热能，利用浅层地能，无燃烧为建筑物供暖（冷）。根据不同规模，与行业内不同装机容量的热泵或换热设备匹配，用于不同规模建筑的整体系统。该技术以循环水为介质采集浅层地下（温度低于25°C）热能，可以实现地下水就地同层回灌。不消耗、不污染地下水。通过填充不同直径的蓄能颗粒来调整流量分配，在卵石、粗砂、粘土、岩石等适宜地质条件下可以安全、高效、省地、经济地采集浅层地能。

单井循环换热地能采集井，作为地能采集技术中一项核心技术，同与之匹配使用的冷热源设备（如地源、水源热泵设备等）、空调末端设备（如空调器、风机盘管、新风机等设备）共同组成建筑物（群）的供冷、供热系统。

适用范围：不同地区、多种地质条件下的城镇建筑物群区域供暖（冷）、民用建筑集中供暖（冷）、农宅自采暖。

（二）技术措施

1、性能指标

表1 有蓄能颗粒地能采集井参数表

表2 无蓄能颗粒地能采集井参数表

2、技术特点

（1）换热效率为传统地埋管20-100倍，占地面积为传统地埋管1/（20-100）。

（2）该技术可适用于不同地质情况，适用范围广。

（3）绿色环保，对地下水零消耗、零污染。实现水为介质，就地同层回灌。

（4） 工艺流程：单井循环换热地能采集井由低压腔、高压腔、平衡腔、密封腔组成，以水为介质，将从低压腔将采集到的热量送入换热器，换热以后的介质通过高压腔循环到低压腔，封闭循环换热。平衡腔的功能是保证在动态平衡之下自然能源的循环采集。

①有蓄能颗粒采集井，循环水由置于隔热管底部抽水区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，由热泵机组返回进入地能井的上部加压回水区内。水流在有蓄能颗粒的环形空间内向下流动至抽水区，透过隔热管下部的花管部分进入隔热管，再由潜水泵抽出。水流在有蓄能颗粒的环形空间由上向下的运动的过程中实现热交换。

②无蓄能颗粒地能采集井，井水由置于隔热管底部抽水区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，由热泵机组返回进入地能井的上部加压回水区内，通过花管流出地能采集井外，经与周围岩土体进行热交换后，通过隔热管下部的花管进入隔热管内再由潜水泵抽出。水流在由正压区流到负压区的过程中实现与井周围岩土体的热交换。

3、应用要点

（1）适用的地层为粗砂、砾石层；岩石层，粉砂、细沙层；黏土层等。由于循环水量不同，换热功率随之不同，应用时，根据实际功率进行井数设计，对地下出水量没有特别要求。

（2）成井后应结合地能采集井内装置和供热（冷）系统，对采集井的供热（冷）功率进行测试，得出采集井的实际供热（冷）功率。采集井的实际供热功率应不低于设计值；

（3）在选型使用时，应根据建筑物空调系统供冷供热量及单口地能采集井实测得出的功率，进行总体井数设计选定；

（4）地能采集井位与建（构）筑物应保持足够的距离，以保证采集井的正常工作；

（5）相邻两口有蓄能颗粒地能采集井的距离不宜小于8m，相邻两口无蓄能颗粒地能采集井的距离不宜小于10m；

（6）对于地能采集井群，应最大限度保持地能采集井的中心连线的方向与当地地下水流方向垂直。

（7）地能采集井可与行业内热泵、风机盘管、新风机、空调器等设备设施匹配成不同规模的供热（冷）系统，在设计过程中，应按照相关技术规范标准执行。

（三）推广原因

近几年来，全国各地雾霾比较严重，人民的生命健康受到了很大的威胁。为了治理雾霾情况，国家大力推广浅层地热能开发利用。本技术实质上是单井回灌水源热泵系统，它以水为介质全封闭循环采集浅层地热能，是浅层地热的重要应用方式之一。经过长期的技术积累、技术和施工工艺较成熟，示范效果良好，在公共建筑中具有一定的技术经济优势。

（四）标准、图集、工法或专利、获奖

《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366、《单井循环换热地能采集井工程技术规范》DB11/T935、《单井式集热设备》、《井用水胎密封装置和应用装置的集热井》、《水平回转式单井抽灌换热装置》等专利技术、《科学开发利用浅层地能作为建筑物供暖替代能源》科学进步奖一等奖（全国工商联项目）等。

（五）参考案例

北京海淀外国语实验学校、海淀区杏石口路溪山嘉园小区、全国工商联等。

表3  案例工程与应用情况

案例一			北京海淀外国语实验学校
应用情况	项目建设规模		总建筑面积92632㎡，其中一期北校区9栋楼建筑面积62283㎡，二期南校区7栋楼建筑面积30349㎡
	项目建设条件		寒冷地区学校建筑，建设区域内没有城市热力，没有天然气管道
	主要建设或改造内容		以单井循环换热地能采集技术为核心的冷热源系统，满足北京海淀外国语实验学校教学楼、图书馆、科技馆、宿舍、食堂、体育馆、游泳馆等诸多建筑的供暖、制冷、生活热水、泳池加热需求。
	主要设备		13口单井循环换热地能采集井，13套地能热泵环境系统。
	项目投资额		3242.12万元，
	项目节能量（tce）		年均节约3372吨标煤。
	项目碳减排量（折tCO2）		年均减排8902吨CO2。
	项目经济、环境及社会效益		采集浅层地能1kW初投资1200元。供暖直接能耗成本18.06元/㎡。年均节约3372吨标煤，减排8902吨CO2。系统运行过程无燃烧、不产生高温、高压气体或液体、安全可靠。
案例实景
案例二			全国工商联办公楼
应用情况		建设规模	总建筑面积23000㎡
		建设条件	寒冷地区办公建筑，热力管道穿越道路难度大，工期长。
		主要建设或改造内容	以单井循环换热地能采集技术为核心的地能热泵环境系统，满足全国工商联办公楼采暖、制冷、生活热水。
		主要设备	4口单井循环换热地能采集井，1套地能热泵环境系统。
		投资额	613万元
		建设期	2011年6月开工，2011年11月起投入使用。
		节能量（tce）	年均节约337吨标煤
		碳减排量（折tCO2）	年均减排890吨CO2
		项目经济、环境及社会效益	采集浅层地能1kW初投资1200元，供暖直接能耗成本15.28元/㎡。年均节约337吨标煤，减排890吨CO2。系统运行过程无燃烧，不产生高温、高压气体或液体，安全可靠。
案例实景

（六）技术服务信息