巖土地質(zhì)結(jié)構(gòu)熱物性對地下蓄能影響分析

馬純強，高 青，李 明

(吉林大學(xué) 熱能工程系，吉林 長春 130025)

地球作為能量庫，自身以年為周期實現(xiàn)能量循環(huán)平衡和冷、熱交替變化。地下冬暖夏涼的特點，使其成為熱泵的理想熱源。同時，地球是一個良好的蓄能體和清潔能源庫，為地下蓄能提供了有利保障。國內(nèi)外研究表明［1～2］，地下蓄能充分發(fā)揮地球的有利優(yōu)勢，利用地下空間，實施能量蓄存，達到能量補充和再利用的目的，為能源節(jié)約、循環(huán)利用提供有效途徑。地下蓄能具有季節(jié)性蓄能的顯著優(yōu)勢，倍受世界各國所關(guān)注。

瑞典比較早地開展地下蓄能工程實驗與應(yīng)用，在Emmaboda 工業(yè)園區(qū)實施地下蓄能，每年冬季供熱量補充約1 500 MW·h，由此顯著降低該地區(qū)的CO2、NOx、SOx 及CFC 排放量［3］;在Anneberg 地區(qū)的商業(yè)建筑中，開展太陽能季節(jié)性地下巖體蓄存，開鑿了100 個豎孔型換熱器，吸收2 400 m2太陽能集熱器的熱量與熱電聯(lián)合循環(huán)，彌補每年70% ～80%的供熱量［4］。土耳其Cukurova 大學(xué)研究人員利用冬季進行了自然冷量地下蓄冷的實驗研究［5］。美國Brookhaven 國家實驗室與Alabama 大學(xué)合作［6］，以及德國Justus Liebig 大學(xué)［7］等研究充填材料，強化地下?lián)Q熱器與土壤間傳熱，降低地下接觸熱阻。由于地下蓄能能力決定于地下巖土狀況，不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、不同的含濕程度都影響地下傳熱。地下巖土地質(zhì)構(gòu)造熱物性的不確定性和不可知性，使得地下?lián)Q熱器的準確設(shè)計受到影響，工程中，往往采用保守設(shè)計方案。Cane 和Forgas［8］曾經(jīng)指出，地下?lián)Q熱器的設(shè)計尺寸一般都要超出實際尺寸10% ～30%，這就大大增加了地下?lián)Q熱器的不確定性和初投資成本。……