杜丁山，趙永哲，胡振陽(yáng)，汪啟龍，嚴(yán)迎新

(1.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013；2.中煤科工西安研究院(集團(tuán))有限公司，陜西 西安 710077)

近年來(lái)，中深層地?zé)豳Y源由于綠色環(huán)保、高效穩(wěn)定、可持續(xù)等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注[1-3]。同軸換熱型地?zé)峋侵猩顚拥責(zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用的主要方式之一，通過(guò)換熱器內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)與地下巖土體進(jìn)行熱交換來(lái)提取地下熱能。相對(duì)于鉆孔深度小于200m的淺層地源熱泵，中深層同軸換熱型地?zé)峋捎谌嵘疃却?，其單井取熱量大且占地面積小，同時(shí)對(duì)冷熱負(fù)荷平衡要求較低，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了“取熱不取水”，對(duì)地下含水層影響小[4，5]。

中深層地?zé)峋S換熱器的內(nèi)管隔熱性能是影響其換熱效率的重要因素之一[6-8]。循環(huán)水從外管環(huán)空向井底流動(dòng)的過(guò)程中，吸收周?chē)鷰r土體的熱量使得水溫上升，到達(dá)井底后通過(guò)內(nèi)管返回地面。在這個(gè)過(guò)程中由于內(nèi)管與外管之間存在溫差，熱量會(huì)自發(fā)向外管傳導(dǎo)，從而降低換熱器的性能。因此為提高同軸換熱器的取熱性能，內(nèi)管隔熱性能至關(guān)重要。早在2000年，T.Kohl等[9]研究發(fā)現(xiàn)位于瑞士的Weissbad深層同軸換熱系統(tǒng)在運(yùn)行期間，出水溫度比預(yù)期低了29.33%，原因是內(nèi)管熱阻小導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)外管之間出現(xiàn)了熱短路，使其取熱能力降低。鮑玲玲等[10]采用數(shù)值模擬對(duì)中深層地?zé)峋S換熱器的傳熱性能進(jìn)行了研究，認(rèn)為增大內(nèi)管熱阻能消除內(nèi)外管之間的熱短路現(xiàn)象，從而提高同軸換熱器的出水溫度和取熱量。李永強(qiáng)等[11]基于建立的中深層同軸換熱器模型對(duì)熱短路現(xiàn)象進(jìn)行了評(píng)估。

上述研究對(duì)中深層地?zé)峋S換熱器的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)，但大多集中于換熱器的理論研究，缺乏現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐論證。因此，本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究隔熱內(nèi)管與同軸換熱器換熱性能的關(guān)系。并基于建立的模型對(duì)換熱器進(jìn)行敏感性分析，研究了內(nèi)管隔熱長(zhǎng)度及隔熱方案對(duì)中深層地?zé)峋S換熱器換熱性能的影響。研究結(jié)果可為，為中深層地?zé)崮芨咝ч_(kāi)發(fā)利用提供參考和借鑒。

1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)依托陜西省供暖示范項(xiàng)目(總建筑供暖面積54598m2)，項(xiàng)目共有3口井深3500m的地?zé)峋謩e為DZ01、DZ02和DZ03。試驗(yàn)基于DZ02井進(jìn)行，測(cè)試原理如圖1所示，其中內(nèi)管使用綜合導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/(m·K)的真空氣凝膠隔熱鋼管。這種隔熱鋼管采用雙層管結(jié)構(gòu)，由內(nèi)管和外管組成，內(nèi)外管之間的環(huán)形空間進(jìn)行抽真空處理。為了降低環(huán)形空間干燥空氣由于熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流造成的熱損失，在環(huán)形空間中添加氣凝膠材料，管體連接處的接頭也采用氣凝膠填充，以確保良好的隔熱效果。試驗(yàn)采用開(kāi)式循環(huán)，低溫循環(huán)水從同軸換熱器的外管環(huán)形空間注入，向下流動(dòng)的過(guò)程中不斷與周?chē)鷰r土體進(jìn)行熱交換，直至環(huán)形空間底部變成高溫循環(huán)水，隨后通過(guò)內(nèi)管向上輸送到一次管網(wǎng)。

圖1 試驗(yàn)測(cè)試原理

1.2 試驗(yàn)儀器與測(cè)試方法

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)同軸換熱器的入井流量、進(jìn)/出水溫度和井口壓力均使用電子傳感器進(jìn)行測(cè)量并通過(guò)PLC系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。每5min記錄一次數(shù)據(jù)并對(duì)進(jìn)行匯總處理，從而對(duì)中深層同軸套管地埋管換熱器的取熱性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期間，為了測(cè)量同軸換熱器的入口水溫和出口水溫，將溫度傳感器放置于同軸換熱器的進(jìn)水管道和出水管道上，精度為±0.5%，測(cè)量范圍為0～200℃。將壓力表放置于同軸換熱器的進(jìn)水管道和出水管道上，精度為±0.5%，測(cè)量范圍為0～4MPa；將電磁流量計(jì)安裝在同軸換熱器的進(jìn)水管道上，用于監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的流量變化，精度為±0.5%。同時(shí)通過(guò)變頻控制柜調(diào)節(jié)頻率控制離心式循環(huán)泵，進(jìn)而對(duì)入井流量進(jìn)行調(diào)整控制。

同軸換熱器的換熱量Q：

式中，ρf為水的密度，kg/m3；Vf為井內(nèi)水的體積流量，m3/h；Cf為水的比定壓熱容，kJ/(kg·K)；Tin為單井的進(jìn)口平均溫度，℃；Tout為單井的出口平均溫度，℃。

2 同軸換熱器傳熱模型的建立

同軸換熱器的幾何形狀具有中心對(duì)稱(chēng)性，可通過(guò)二維軸對(duì)稱(chēng)模型(半徑r，深度z)進(jìn)行三維模擬。通過(guò)COMSOL多物理仿真平臺(tái)建立換熱器內(nèi)循環(huán)水和地下巖土體的非穩(wěn)態(tài)耦合傳熱模型，物理模型如圖2所示。

圖2 物理模型示意

2.1 模型假設(shè)

由于中深層地?zé)峋S換熱器與地層間的傳熱過(guò)程非常復(fù)雜，為方便傳熱過(guò)程的數(shù)值模擬，對(duì)模型做出以下假設(shè)：

1)以地層年代為劃分依據(jù)，將地下巖土體沿深度分為5層，每層巖土體為半無(wú)限大各向同性介質(zhì)，物性參數(shù)為定值。

2)不考慮同軸換熱器內(nèi)管和外管的垂向?qū)帷?/p>

3)同軸換熱器內(nèi)的流體在同一截面上水溫、流速保持均勻一致。

4)同軸換熱器內(nèi)管、外管、循環(huán)水和回填材料的熱物性參數(shù)不隨溫度變化。

5)忽略地下滲流場(chǎng)的影響，設(shè)定地表溫度為恒定值。

2.2 控制方程

同軸換熱器模型主要分為兩個(gè)部分：外管環(huán)形空間和內(nèi)管?？紤]兩部分之間的傳熱關(guān)系，內(nèi)管中的熱量傳遞到外管環(huán)形空間。內(nèi)管流體能量守恒方程：

2πr1h1(Tpi-Ti)

(2)

式中，Ti為內(nèi)管水溫度，K；Ai為內(nèi)管過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；λf為水的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；ui為內(nèi)管中水的流速，m/s；r1為內(nèi)管內(nèi)側(cè)半徑，m；h1為內(nèi)管內(nèi)壁對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；Tpi為內(nèi)管管壁溫度，K。

外管環(huán)形空間中的流體通常被內(nèi)管和地下巖土體加熱，其能量守恒方程為：

式中，To為外管水溫度，K；Ao為外管過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；uo為外管中水的流速，m/s；r2為內(nèi)管外側(cè)半徑，m；h2為內(nèi)管外壁對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；Ts為巖土體溫度，K；R為單位長(zhǎng)度熱阻，(m·K)/W。其中，單位長(zhǎng)度熱阻為：

式中，h3為外管壁對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；r3為外管內(nèi)側(cè)半徑，m；r4為外管外側(cè)半徑，m；λpo為外管導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

使用應(yīng)用范圍為Re=2.3×103～1.0×106的Gnielinski公式[12]計(jì)算管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，等式(8)用于計(jì)算流體雷諾數(shù)。

式中，Prf為以水溫計(jì)算的普朗特?cái)?shù)；Prw為以壁面溫度計(jì)算的普朗特?cái)?shù)；d為管道當(dāng)量直徑，m，其中內(nèi)管當(dāng)量直徑d=2r1，外管當(dāng)量直徑d=2(r3-r2)；Re為雷諾數(shù)；L為管道長(zhǎng)度，m；u為水的流速，m/s；uf為水的動(dòng)力黏度系數(shù)，Pa·s；f為管內(nèi)湍流流動(dòng)的阻力系數(shù)，使用Filonenko公式計(jì)算：

f=(1.82lgRe-1.64)-2

(8)

每層地下巖土體的傳熱由二維導(dǎo)熱控制方程[13]表示：

式中，ρs為巖土體密度，kg/m3；Cs表示巖土體比熱容，J/(kg·K)；λs為巖土體導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；r為距鉆孔軸線(xiàn)的距離，m；t為時(shí)間，s；z為距地表距離，m。

2.3 條件設(shè)置

2.3.1 初始條件

假設(shè)在沿鉆井深度上，內(nèi)外管中水的初始溫度與周?chē)鷰r土體的初始溫度相同，根據(jù)相鄰的DZ03井分布式光纖測(cè)溫結(jié)果，平均地溫梯度為32.69℃/km，地表平均溫度為288.15K。則巖土體的初始溫度為：

T=0.03269z+288.15

(10)

式中，z為巖土體距地面的距離，m。

2.3.2 邊界條件

由于地下巖土體受同軸深孔換熱器的影響有限，大概在70m范圍內(nèi)[14，15]。因此，將距離鉆孔軸線(xiàn)足夠遠(yuǎn)處設(shè)置為恒溫邊界。地下巖土體與同軸換熱器之間的傳熱滿(mǎn)足邊界條件為：

在中深層地?zé)峋畵Q熱器底部，假設(shè)內(nèi)外管水溫相同，即Ti=To，外管頂部進(jìn)水溫度為T(mén)in=283.15K。

2.4 參數(shù)設(shè)置

模型中使用的內(nèi)管、外管、循環(huán)水和回填材料的特性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 模型詳細(xì)參數(shù)

根據(jù)陜西省地礦局的地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[16]，該區(qū)域0～3500m深的地層按地質(zhì)年代劃分為5層：第一層為0～600m，由灰黃色粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、粗砂和細(xì)砂組成；第二層為600～750.8m，主要由黃褐色粘土與中粗砂組成；第三層為750.8～1662.3m，由泥巖、砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖組成；第四層為1662.3～2342m，主要由泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖和砂礫巖組成；第五層為2342～3500m，由泥巖和砂巖組成。不同地層的熱物性參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 巖土層性質(zhì)

3 換熱性能

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

為了分析使用真空氣凝膠隔熱鋼管的中深層地?zé)峋S換熱器的換熱性能，獲取了2022年3月21日20：30至2022年3月26日6：00期間的進(jìn)出口水溫、運(yùn)行水流量、井口壓力及室外溫度數(shù)據(jù)。試驗(yàn)期間平均室外溫度為9.0℃，中深層地?zé)峋S換熱器循環(huán)水平均水流量為28.84m3/h。

3.1.1 同軸換熱器進(jìn)出口水溫

試驗(yàn)期間深孔同軸換熱器的進(jìn)水和出水溫度變化如圖3所示。從圖3(a)中可以看出，整個(gè)試驗(yàn)期間進(jìn)水溫度和出水溫度均值分別為11.23℃和55.60℃。進(jìn)水溫度在前兩天試驗(yàn)開(kāi)始后半小時(shí)內(nèi)有波動(dòng)，但之后一直穩(wěn)定在10℃附近。從整體看，同軸換熱器的出水溫度隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，并且遞減程度逐漸減小，5d內(nèi)最高溫度分別為95.20、85.53、80.35、77.20、74.73℃，末期溫度分別穩(wěn)定在47.81、41.16、39.85、39.28、38.54℃，分別以前一天試驗(yàn)?zāi)┢诔鏊疁囟葹榛鶞?zhǔn)，第2～5d的試驗(yàn)?zāi)┢诔鏊疁囟仍诖嘶A(chǔ)上分別下降13.91%、3.18%、1.43%和1.88%，表明同軸換熱器的試驗(yàn)?zāi)┢诔鏊疁囟戎饾u穩(wěn)定。從圖3(b)中可以看出，每日試驗(yàn)?zāi)┢谶M(jìn)出水溫差保持在30 ℃左右，整個(gè)試驗(yàn)期間進(jìn)出水溫差均值為44.37℃。

圖3 試驗(yàn)過(guò)程換熱器水溫變化

3.1.2 同軸換熱器取熱功率

中深層地?zé)峋S換熱器試驗(yàn)過(guò)程中取熱功率隨時(shí)間的變化如圖4所示。在水流量均值為28.84m3/h的條件下，5d試驗(yàn)期間取熱功率平均值為1506.83kW，每日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的取熱功率分別為1249.87、997.97、944.31、918.44、889.97kW，說(shuō)明內(nèi)管使用真空氣凝膠隔熱鋼管(導(dǎo)熱系數(shù)0.06W/(m·K))的中深層地?zé)峋S換熱器取熱性能良好。分別以第1～4d的試驗(yàn)結(jié)束時(shí)取熱功率為基準(zhǔn)，第2 ～5d的試驗(yàn)結(jié)束時(shí)取熱功率在此基礎(chǔ)上分別下降20.15%、5.38%、2.74%和3.10%。第1d與第2d的試驗(yàn)結(jié)束時(shí)取熱功率下降幅度很大，經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為這是由于試驗(yàn)前中深層地?zé)峋?jīng)過(guò)了53d的熱恢復(fù)期，井壁周?chē)鷰r土體溫度場(chǎng)受干擾程度小，巖土體溫度較高，循環(huán)水初期從巖土體中提取熱量多。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，靠近井壁的巖土體溫度逐漸下降，而巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)較小，遠(yuǎn)處巖土體中的熱量不能及時(shí)傳遞過(guò)來(lái)，導(dǎo)致循環(huán)水提取的熱量減少，使得同軸換熱器出口溫度降低，取熱功率下降。

圖4 換熱器取熱功率變化

3.2 模型驗(yàn)證

在入口溫度11.23℃、流量28.84m3/h的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件下，模擬出水溫度隨時(shí)間變化如圖5所示，可見(jiàn)隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，出水溫度不斷降低。為了驗(yàn)證建立的數(shù)值模型的可靠性和合理性，將現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示。模擬的每日試驗(yàn)出水溫度平均值與試驗(yàn)結(jié)果相比，相對(duì)誤差分別為6.20%、13.96%、13.09%、11.73%、11.66%，相對(duì)誤差較小。說(shuō)明該數(shù)值模型與試驗(yàn)結(jié)果接近，理論可靠，可為后續(xù)中深層地?zé)峋S換熱器傳熱特性分析提供基礎(chǔ)。分析認(rèn)為誤差可能來(lái)源于兩個(gè)方面：①模型未考慮地?zé)峋畠?nèi)壓力因素的影響，實(shí)際中地?zé)峋母邏涵h(huán)境會(huì)提高循環(huán)水的沸點(diǎn)，使得水溫比模擬值更高；②模型中以地質(zhì)年代作為地層劃分的依據(jù)，使得因地層熱物性參數(shù)垂向異性所造成的地溫成層性表現(xiàn)程度有所欠缺，不夠貼近實(shí)際地層溫度變化。

圖5 模擬出水溫度變化

圖6 模擬值與測(cè)試值對(duì)比

3.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

本研究基于前文建立的COMSOL耦合模型，通過(guò)控制變量，研究?jī)?nèi)管隔熱段長(zhǎng)度和隔熱方案設(shè)置對(duì)中深層地?zé)峋S換熱器換熱性能的影響。

3.3.1 內(nèi)管隔熱長(zhǎng)度對(duì)換熱器性能的影響

全井段均采用隔熱內(nèi)管，雖然能夠在最大程度上緩解內(nèi)外管間由于熱短路造成的熱損失問(wèn)題，但對(duì)于整個(gè)地?zé)峋?，不同深度范圍的熱損失是不同的。中深層地?zé)峋S換熱器內(nèi)外管之間的溫差隨深度增加而減小，因此內(nèi)管隔熱處理的重點(diǎn)應(yīng)集中在上部。設(shè)置隔熱段長(zhǎng)度為0、700、1400、2100、2800、3500m，其導(dǎo)熱系數(shù)均為0.06W/(m·K)。在入口水溫10.67℃的條件下，設(shè)置水流量為15、20、25、30、35m3/h，經(jīng)過(guò)一個(gè)供暖季(120d)，不同隔熱長(zhǎng)度下中深層地?zé)峋畵Q熱器的取熱功率和沿程循環(huán)水溫度變化情況如圖7、圖8所示。

圖7 隔熱長(zhǎng)度對(duì)取熱功率的影響

圖8 不同隔熱長(zhǎng)度下內(nèi)外管沿程水溫隨流量的變化

從圖7中可看出，同一流量下，換熱器的取熱功率隨著隔熱長(zhǎng)度的增加而增大，但這種增加趨勢(shì)隨著流量的增大而變緩。以隔熱長(zhǎng)度2800m為界，當(dāng)隔熱長(zhǎng)度小于2800m時(shí)，不同流量條件下的換熱器取熱功率增長(zhǎng)幅度較大；隔熱長(zhǎng)度大于2800m，換熱器取熱功率增長(zhǎng)幅度逐漸放緩。說(shuō)明在地?zé)峋畈?，?nèi)管和外管環(huán)形空間中的循環(huán)水溫差較小，熱干擾強(qiáng)度弱，此時(shí)再增加隔熱長(zhǎng)度對(duì)換熱器的取熱功率提升較小。

從圖8的(a)—(e)中可看出，隨著隔熱長(zhǎng)度的增加，內(nèi)管和外管中循環(huán)水沿程溫度都降低，以井底位置的水溫變化最為明顯。隔熱長(zhǎng)度大于2100m時(shí)，這種井底溫度降低趨勢(shì)更加顯著。井底溫度的降低，說(shuō)明換熱器在運(yùn)行過(guò)程中與周?chē)鷰r土體換熱更充分，取得了更大的換熱量。同時(shí)內(nèi)管中循環(huán)水溫度沿程下降速度也越慢，以流量25m3/h工況為例，隔熱長(zhǎng)度為0、700、1400、2100、2800、3500m時(shí)，內(nèi)管循環(huán)水從地?zé)峋撞炕亓鞯巾敳康臏囟葥p失分別為94.09、90.40、82.24、65.26、30.60、0.10℃。顯然，隔熱長(zhǎng)度是影響內(nèi)管隔熱效果的一個(gè)重要因素。

從圖8中也可以看出，相同隔熱長(zhǎng)度，流量越大，循環(huán)水在換熱器中的沿程溫度越低，內(nèi)管中沿程溫度損失也越低。以隔熱長(zhǎng)度2800 m為例，流量為15、20、25、30、35m3/h時(shí)，溫度損失分別為44.49、36.94、30.60、25.54、21.54℃。這種結(jié)果是因?yàn)榱髁吭酱?，循環(huán)水在換熱器中的流動(dòng)時(shí)間越短，與巖土體的換熱不充分，循環(huán)水溫度越低，內(nèi)管和外管環(huán)形空間中的溫度差越小，散失的熱量越少，溫度損失也越小。

從上述分析中可知，在地?zé)峋疃却笥?800m段，內(nèi)管和外管環(huán)形空間中的熱干擾程度較低。內(nèi)管隔熱長(zhǎng)度與管內(nèi)流量也有關(guān)系，較大流量可降低內(nèi)管隔熱長(zhǎng)度。

3.3.2 隔熱方案對(duì)換熱器性能的影響

從上述研究結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，不同的深度對(duì)應(yīng)的內(nèi)管隔熱要求不同，越靠近換熱器上部其隔熱性能應(yīng)當(dāng)越強(qiáng)。越高的隔熱要求所需要的經(jīng)濟(jì)花費(fèi)越大，為了降低換熱器系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，同時(shí)保證較好的取熱能力，以?xún)?nèi)管常用的三種管材——真空氣凝膠隔熱鋼管(0.06W/(m·K))、高密度聚乙烯管(0.4W/(m·K))和普通鋼管(40W/(m·K))為例，提出了8種內(nèi)管隔熱方案進(jìn)行比較分析，方案見(jiàn)表3。

表3 不同內(nèi)管隔熱方案 W/(m·K)

一個(gè)供暖季(120d)連續(xù)運(yùn)行后，各方案出水溫度和取熱功率變化如圖9所示?？梢钥闯?，出口溫度與取熱功率的變化趨勢(shì)一致，方案5和方案8的取熱功率下降十分明顯。對(duì)比方案1與方案2，方案3與方案4，出水溫度和取熱功率差值分別為1.13℃、1.03℃和48.19kW、43.30kW，兩者區(qū)別僅在2800～3500m段內(nèi)管隔熱性能不同，說(shuō)明隨著井深的增大，對(duì)內(nèi)管隔熱性能的要求也逐漸降低。對(duì)比方案2、方案4與方案5，前兩者出水溫度和取熱功率的差值為0.56℃、24.01kW，后兩者則為8.44℃、333.05kW。兩者區(qū)別在于1400～2800m段內(nèi)管隔熱性能的差異，使用導(dǎo)熱系數(shù)0.06W/(m·K)的隔熱內(nèi)管與導(dǎo)熱系數(shù)0.4W/(m·K)的隔熱內(nèi)管之間隔熱性能差異很小，但使用導(dǎo)熱系數(shù)0.4W/(m·K)的隔熱內(nèi)管與導(dǎo)熱系數(shù)40W/(m·K)的隔熱內(nèi)管之間隔熱性能差異巨大，說(shuō)明在1400～2800m段應(yīng)選擇隔熱性能較好的內(nèi)管。對(duì)比方案1與方案4，兩者出水溫度相差1.69℃，取熱功率相差72.20kW，但導(dǎo)熱系數(shù)0.06W/(m·K)的隔熱內(nèi)管價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于另外兩種，因此方案4更具經(jīng)濟(jì)可行性。

圖9 不同隔熱方案出水溫度和取熱功率變化

4 結(jié) 論

1)使用導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/(m·K)的真空氣凝膠隔熱鋼管作為內(nèi)管的同軸換熱器在3500m深地?zé)峋卸唐谧罡叱鏊疁囟葹?5.20℃，平均取熱功率為1506.83kW。

2)換熱器不同深度處的對(duì)內(nèi)管隔熱性能要求不同，隔熱重點(diǎn)在井深較小處。井深大于2800m時(shí)，內(nèi)外管之間的熱干擾程度較低，對(duì)內(nèi)管隔熱性能要求較低。

3)內(nèi)管有效隔熱長(zhǎng)度與管內(nèi)流量有關(guān)，較大流量可降低內(nèi)管有效隔熱長(zhǎng)度。

4)同軸換熱器不同隔熱內(nèi)管組合，取熱效果差異較大。對(duì)比方案4與方案5，兩者區(qū)別在于1400～2800m段內(nèi)管隔熱性能的差異，使用導(dǎo)熱系數(shù)0.4W/(m·K)隔熱內(nèi)管的方案4與使用導(dǎo)熱系數(shù)40W/(m·K)隔熱內(nèi)管的方案5之間取熱功率相差333.05kW。綜合考慮隔熱內(nèi)管種類(lèi)和隔熱長(zhǎng)度，在井深0～1400m選用隔熱性能好的內(nèi)管，井深1400～3500m采用較經(jīng)濟(jì)的內(nèi)管；使用不同的隔熱內(nèi)管組合，不僅能保證同軸換熱器的取熱性能，同時(shí)還能節(jié)約成本。