德国联合新能源创建人：基于同轴钻孔换热器的高效地源热泵系统

2016年11月17日至18日，第240场中国工程科技论坛——2016中国地热国际论坛在北京会议中心举行。德国联合新能源有限公司创建人兼主席克里斯托弗.施泰因斯做主旨发言，发言主题为《基于同轴钻孔换热器的高效地源热泵系统》。他表示热交换的影响状况主要是基于基础的模拟状况，在非常高热的范围，可以看到小的管道有时候温度下降是非常明显的。这说明管道的尺寸对于温度下降的影响很大。这就需要接下来投入更多的精力去研究管道的长短大小所带来的效果问题，这有助于帮助我们节省地层表面的地热钻井的成本。

以下为嘉宾发言实录：

女士们先生们大家好：今天非常荣幸来到这，我代表阿森技术大学给大家分享一下我们的认识，首先我想感谢一下主办方，感谢中石化的邀请。刚才我们听到很多专家谈到地热能，在这里，我想简单介绍一下地层表面的地热钻井系统，再简单介绍一下目前还没有引起大家关注的问题。

地热有很大的潜能，但有时候他不适合发电，却在供热方面比较好，比如供热方面，全球范围内占15%，都是用于暖水或者是取暖，供暖是地热利用非常重要的一部分，对我们来说拥有很大的动力去做。下面，我想简单介绍一下关于地热浅层系统，比如大楼供暖取暖，他不管天气条件怎么样，全天候的，而且不仅仅提供加热，甚至也提供制冷，这跟太阳能等是不一样的，我们可以用地热制冷，这事别的能源很难实现的，我们同时在地面上可以进行能源存储。接下来，我们所要做的僵尸如何节约成本，其实技术研发能够帮助我们去把过去的技术进行改进，使这项技术更加可行。

我们面临的问题主要有两个，一个是关于地表钻孔的问题，这关系到系统是否能够用几十年呢，至少能够用30年左右，这样才合算。第二个问题是热泵如何能更加的有效，这是一个不同的视角。如果说第一个是长期的视角，那第二个就是短期的视角。

现在想给大家从这两方面进行解释。第一个关于热泵，热泵有一个热交换周期，我们希望有更少的能源消耗去提供同样的热能，这也就是说热泵的效果是至关重要的，这个我们必须确保所有的能源流动都是能够更加有效的进行交换，尽量的提高室温等等。

现在有一个问题，是关于量是不是很重要呢？这样的问题很多人已经问过，我想今天介绍一下关于创新性热泵的改变而提高效率，如何在效率方面进行提高，进行一定的创新？应该说这是三个不同的侧面，从左面开始，一个是管，一个是小管，还有我们现在用的是同组管，他们都是地表的钻孔系统，到底有什么区别呢，实际上他是一个完全封闭的系统，在整个运营周期，我们这可以看到流动率。当然，如果是小的管道的话需要更长的周期时间，所以说改进之后交换的周期更短。

另外我们可以看一下这可以给大家展示另外一个，在左面是我们把热泵关掉了之后，他把这种流体提取出来，然后在左面可以看到AB，A是内部的温度效率，也就是热泵的内部温度效率，B是点线，他是温度，是包括这个管道热泵的温度改变，同时还包括他周围的地表的温度改变，我们把这个泵打开之后，他走的越来越深，流体越来越深，在这里可以看到，在管道外部的热交换不是特别的多，但是有时候可以考虑进去，所以说我们进一步研究这的流动可以往下走，然后可以看到在这的话周围的地面开始冷却下来进行热交换，然后再一次能够到冷气进一步往上升，所以说可以看到提交他的热交换效率，在一个周期之内流动体完成这样一个过程，所以说我们把整个热泵关掉之后可以看到地面将会仍然能够交互一定的热能，再一次进行加热，即便把他关掉。

所以说如果我们等的足够长的话，我们可以再一次运营周期启动，谈到量的话如果我们没有足够大的量，在一个运营周期大家知道热泵系统是如何运作的，热泵系统的周期行为，我们把他关掉我们开掉，他是一个一个周期进行轮流运作，现在我们要保持一个高效率的运营状况。

温度快速下降的问题，在这一块我们也进行研发，现在是要预测周期，而短期的模型仅仅是分析几天几个小时的模型，而我们需要预测几年的周期，看长时间之内地面的热交换到底是什么样的。

短期只是分析周期运营状况和可行性、经济可用性、热交换体系，这是已经做的事情，在去年的时候我们已经完成了。、而现在我们在做的模型，实际上是一个网络，他不仅仅包含管道，还有地表温度，考虑地面的情况，温度的分布，热度的能力，热度的传递量等。

现在的需求就是快速的计算，必须要有可适应性的计算，同时还要考虑周期的运营情况，也要进行计算。当然整个周期的情况是至关重要的，周期的运营状况也要进行研究。我想在这提一下，管道的容量比较大，因为他大的容量他也有弱点，如果作为非常有效的热交换必须要找到一个解决方案，这样将是会效率一个巨大的提升。

特别是从地表的温度走到我们所要的管道流体的温度，然后之间的交换效率进行进一步的控制，现在有一个项目正在进行，这是一个热交换器，这样可以防止热能交换系数的下降，这个是达到非常高的层面也是第二个创新点。

同时，必须具备有效的系统，一是量方面有效，另一是热交换的有效，从而避免热交换效率的下降。这是我们的两个创新点，所以说，分析整体热交换当中，我们是用秒作为衡量单位的。

那接下来让我们看一下我们怎么可以模拟的状况，去给大家展示一下对于热交换的影响状况，主要是基于基础的模拟状况。第一种是非常高热的范围，他们有同样的能源，可以看到温度的变化，在小的管道有时候温度下降是非常明显的。这说明，管道的尺寸对于温度下降的影响很大。接下来，还有更多的实验需要去进行，粗一点短一点比长一点瘦一点的效果可能更好，这个是通过模拟得出来的结果，这样可以节省成本。

总结一下，这些分析能够确保整个周期运营过程效率的提高，而巨大的容量也是必要的，这样可以提高交换效率以及外部的温度。