巖溶地下水滲流-傳熱地埋管試驗平臺的研制及模型試驗

曾召田，劉兆強，徐云山，2，張炳暉，梁 珍

（1.桂林理工大學 廣西巖土力學與工程重點實驗室，廣西 桂林 541004；2.福建工程學院 土木工程學院，福建 福州 350118）

0 引言

土壤源熱泵系統（GSHP）利用地埋管換熱器中循環水與土壤中恒溫地層進行熱量交換，將淺層地熱能提取出來以供建筑物內部夏季制冷、冬季供暖，并提供生活熱水，具有清潔、節能、環保等優點，近年來在工程建設中得到了廣泛應用[1]。隨著GSHP技術的推廣應用，其設計、運行過程中出現了一系列問題，如巖土體的“冷熱堆積”[2]、地下水滲流對地埋管換熱效果的影響[3]等。一些學者針對上述問題進行了相關研究，但是目前GSHP技術在廣西巖溶地區的應用尚處于初步階段[4]，主要原因在于該地區具有復雜的巖溶地質條件和豐富的巖溶地下水滲流。以桂林巖溶區為例，紅黏土（特殊土）分布廣泛[5]，且該地巖溶地下水比較豐富，降雨時伴有明顯的地下水流動[4]。由于巖溶地下水主要流經石灰巖和砂礫層，賦存和運移于巖溶管道和巖溶裂隙內，因此不同類型地下水滲流速度的差異也比較明顯[6]。一般來說，GSHP豎埋管換熱器埋深較大，穿越地層較多，且大部分管段位于飽水帶[7]。在飽和滲流區內，土壤熱量傳遞是一個熱傳導和滲流換熱并存的復雜耦合過程，導致土壤源熱泵在巖溶地區實際工程中應用較為困難。因此，亟需開展巖溶地下水滲流對豎埋管換熱器傳熱性能影響的相關研究。

目前，國內外學者分別從模型試驗、原位試驗和數值模擬等方面對滲流條件下地埋管的傳熱效能進行大量研究。……