含水层热能传递何时最有效?

有这么多不同类型的地热交换器可供选择，这可能是一个挑战，以确定他们所有，然后选择一个或多个将是最适合您的应用程序。在本专栏中，我们将重点讨论含水层热能传递(ATET)。

基于含水层的热能传递系统使用非消耗性水井。Non-consumptive是这里的关键词。大多数司法管辖区对这种类型的系统相当友好。然而，对于在不同地点拥有管辖权的一些当局来说，这可能会令人困惑。您可以在标题图中看到几种类型的交换器的描述，并突出显示了含水层耦合系统。

场地地质和地下水(水文地质)对地热交换系统的可行性和成本效益有影响。必须了解地下的情况。本专栏涉及一些注意事项，并促进地下水资源的保护，同时确保ATET的最佳性能。设计团队中一定要有经验丰富的地质学家和水文地质学家，以及经验丰富的钻井承包商。

许多类型的地下机会可用于热传递。含水层通常是一个绝佳的机会，当它有足够的体积和良好的对流流。含水层是一层可渗透的岩石，可以容纳或输送地下水。有时含水层中的水在沙粒之间流动;在其他情况下，含水层看起来像瑞士奶酪，有足够大的洞，可以建一座房子。

大多数人认为含水层是地下湖泊、河流或其他水体。含水层可以是封闭的，也可以与其他含水层、湖泊、海洋等相通。所有这些因素都会影响ATET系统的性能和容量。

该系统采用基于含水层的交换系统，从丰富的含水层中抽水，并将地温水通过机械室内的交换器，从而为其所服务的加热和冷却设备提供热源和散热器。这项技术的一些名称还包括:

泵和注射;

泵和倾卸*;

V类空调井(V类);

含水层热能传递;

含水层热能储存(ATES)。

*“抽水和倾倒”的名字意味着水从含水层被抽水，然后倾倒到另一个地方，如地表水或雨水下水道。这在大多数司法管辖区都是非法的。通常，当有人使用这个术语时，他们说的是ATET，但不知道区分。大多数司法管辖区使用的术语是“非消耗性热泵和空调回井”。你可以在EPA关于同一主题的报告中看到:https://bit.ly/3iyltlq。

ATET通常在靠近或高于丰富含水层的大容量系统中最有利。设计合理的ATET系统可以在相对较少的生产井中提供出色的热交换能力。

在设计利用含水层进行热传递的系统时，遵循几个工程标准以保持良好的实践是很重要的。其中包括:

彻底的水文地质研究(通常需要进行测试钻孔);

热能传递研究(井点之间的热交叉);

热能影响研究(对相邻性质);

水质研究;

设计需求+ 1(冗余);

隔离交换器，将ATET井与建筑或热能网络分离;参见图2。

冷却塔淘汰

与许多受干旱影响的地区一样，拉斯维加斯谷水务局和南内华达水务局正开始从2024年开始在新建筑中取消蒸发冷却塔(http://bit.ly/3Cgr72D)。

随着这些类型的限制进入市场，我们需要真正的解决方案来取代冷却塔，同时保持相当好的能源效率。ATET系统多次填补了这一空白。

我们收到越来越多的报告，业主寻求拆除冷却塔，因为与化学处理和预防有关的成本和责任军团菌的爆发。对于有冷却塔的建筑来说，每年都需要进行化学修复以使冷却塔恢复到安全标准是很常见的。

越来越多的卫生保健机构认为他们已经受够了，他们继续设计一个解决方案，能够关闭冷却塔，把它作为需求+ 1。换句话说，如果需要，它们可以在对ATET系统进行服务时打开冷却塔(参见图3)。

到目前为止，我们已经谈到了使用井双极的ATET，也就是说必须钻两个孔才能完成电路。另外两种不需要井层的地热交换是:

1.立柱井(SCW)。

2.动态闭环(DCL)。

使用SCW，钻一个大直径的孔，水通过孔中间的一根叫做波特护罩的管道被吸入建筑物。交换完成后，同样的水被注入环空，也就是波特罩外的区域。

在DCL中，一个长管式换热器(称为井下换热器)被放置在平均水位以下，并与建筑物内的闭环设备相连。井下换热器与潜水泵相连，迫使地下水通过井下换热器。它在一个孔中创造了显着的传热能力，同时保护含水层和热泵设备不接触热泵设备。

地热交换配置

我们将分享地热交换的主要类型的描述，并建议您将这个专栏和图片放在附近，以便下次您有地热项目时可以考虑所有的选择。

有7种一般的地热交换配置，每一种都有其适当应用的目的和位置。其中五个需要司钻:

1.闭环垂直交换。可配置两管，四管，同心和更多的适应。

2.闭环水平交换。可以以多种不同的方式配置，以应用开槽式交换器。

3.闭环池塘湖/海洋。这些可以配置为使用预制板交换器或聚乙烯管布置在水体中。

4.闭环能源桩。与闭环垂直交换类似，它们可以以多种方式进行调整。

5.开式立柱井。主要是为了减少钻孔，从而减少占地面积。需要特定的地质条件(合格的基岩)。

6.井下动态闭环换热器。管状热交换器放置在井眼中，允许闭环和开环系统的复合效益。

7.开放的V类井双缝。主要是为了减少钻孔和减少占地面积。需要特殊的地质条件(丰富的含水层)。伟大的大规模应用在炎热和潮湿的气候(冷却为主)。

请注意，所有这些地热交换类型都可以消除对冷却塔的需求，每年节省数百万甚至数十亿加仑的饮用水。这些技术消除了锅炉和相关燃烧加热的需要，消除了现场温室气体(GHG)排放。

温室气体的排放

无论你的位置、建筑类型、预算或目标如何，地热供暖和制冷可能比其他任何技术都更有助于减少温室气体排放。地热与其他技术同步工作，减少了电力消耗，消除了燃烧加热，提高了弹性。当你首先使用地热时，其他的一切都会水到渠成。

地源热泵提供了唯一合理的不燃烧加热解决方案。大多数情况下，需要一名司钻来完成安装。许多人没有意识到的是，我们正在从地球中抽取的是清洁和可再生的太阳能。

想知道什么对你的申请有用吗?联系国际地源热泵协会(www.igshpa.okstate.edu)，地热交换组织(www.geoexchange.org)，或者发邮件给我jegg@egggeo.com。