能量采集系统

  大地土壤中蕴藏着丰富的低温热能，虽然与深层的高品位能量相比，浅层土壤热能品位要低，但是釆集利用价值很大。因为浅层地下能源是一个巨大的太阳能集热器，可吸收47%太阳照射在地球上的能量，同时它和地心热综合作用形成一个相对的恒温层，这个恒温层大约在地面以下30m?400m之间，它的温度接近全年的地表平均温度，温差波动在较深的地下消失。这个恒温层储存了取之不尽、用之不竭的低温可再生能源，通常把这种能源称为浅层低温地热能。

 

  土壤的物理特性

 

  釆取地耦管热器的地热泵系统就是充分利用了这种浅层低温地热能，把大地作为热源，通过热交换器来传递热量。土壤的性质随着地区和季节的变化而不同，不同的土壤作为热泵的低温热源，目前还难以作出优劣的评价。影响这个传热过程的因素主要有两个：一是传热面积；二是土壤的热力参数，包括土壤的热工特性、大地的平均温度、土壤的含水率、土壤的密度和地下渗流等。

 

  热工特性

 

  热工特性主要包括导热系数、容积热容量、热扩散率等。其中导热系数表示土壤传导热量能力的一个热物理特性指标，在数量上为kCal/m*h〃C，土壤的容积热容量表征土壤的蓄热能力，而热扩散率则表征土壤温度场的变化速度。导热系数、容积热容量、热扩散率因土壤成分、结构、密度、含水量的不同而不同，并随着地区不同和季节的变化而变化。在同一地区，土壤换热器对土壤的放热能力和对土壤的吸热能力是不同的。一般情况，土壤换热器对土壤的吸热能力小于放热能力，在数据上，吸热量是放热量的5-0.7倍。

 

  热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。

 

   在此过程中，介质溶液在埋管内宏观流动，冷热溶液相互掺混引起热量传递，形成对流换热，此过程中液体的粘滞力和流动速度影响其换热效果。溶液的热量通过导热传递到管壁时，热量从内管壁传到外管壁，热传递的效果受管材的导热系数影响。外管壁对土壤的传递效果取决于回填料和土壤的特性。