单井循环换热地能采集技术原理及典型应用——摘选自《中国地热能》42期杂志

来源：市场资讯

（来源：恒有源科技发展集团）

单井循环换热地能采集技术原理及典型应用

摘选自《中国地热能》42期杂志

作者：张卫、李大秋

本文介绍了北京中关村原创的地下水100% 回灌的单井循环换热地能采集技术，阐述其技术原理与特点，并通过“四博连工程师宿舍”示范项目水质监测数据及“承德医学院附属医院”改造项目及“中关村三小”项目案例，验证该技术在100% 回灌和地下水保护、系统稳定性及供热制冷效能方面的可行性与可靠性，为浅层地热能开发提供新路径。

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技术概述

地下水 100% 回灌单井循环换热地能采集技术

地下水 100% 回灌单井循环换热地能采集技术为北京中关村原创技术，以地下水为介质，通过系统封闭加压实现 100% 同井回灌，采集地下岩土体浅层低温热能，为建筑物供暖、制冷、提供生活热水，不受天气影响。

采集井内单井密封模块将井体分为加压回水区、密封区和抽水区。井水经电潜泵从抽水区抽出，通过热泵机组放热 / 吸热后，返回加压回水区与岩土体热交换，再经滤水管进入抽水区，完成单井循环换热。

这项技术相比传统的地能采集技术，有着三大核心优势：

• 高效回灌：实现 100% 同井回灌，不消耗、不污染地下水，彻底解决了传统井水回灌的老大难问题；

• 环境安全：从根源上避免塌陷、移砂等地质灾害，同时完整保护地下水水质；

• 适应性强：不管是卵砾石、岩石还是泥沙地层都能适用，单井换热功率最高可达 500kW，适配不同场景的需求。

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示范项目水质监测分析

“四博连工程师宿舍”示范项目单井循环换热地能采集井

1.监测方案

• 项目概况：监测对象为“四博连工程师宿舍”示范项目单井循环换热地能采集井，监测周期为 2001-2015 年。

• 监测指标：覆盖水温、pH 值、浑浊度等 30项指标，依据《地下水质量标准》(GB/T 14848-93，现行 GB/T 14848-2017) 评价。

• 监测频率：2001 年监测 22 次，2002 年 12 次，2004 年后每年 4 次 ( 供暖季、制冷季各 2 次 )。

2.监测结果

• 初始状态：2001 年水质基本符合地下水Ⅲ类或Ⅱ类标准，出水与回水温差 3.2℃。

• 长期趋势：2001-2015 年各监测指标 ( 如 pH值、浑浊度、总硬度等 ) 均未发生明显变化，符合地下水Ⅲ类或Ⅱ类标准，证明该技术未对地下水水质造成影响。

工程改造应用案例

1、中关村三小万柳校区项目

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中关村三小万柳校区位于北京市海淀区，属于寒冷地区，地层岩性以粗砂砾石为主，项目总建筑面积 45952 平方米。

项目采用 100% 回灌单井循环换热地能采集技术为核心的恒有源地能热泵环境系统，解决了项目采暖、制冷、生活热水的需求。项目位于北京市水源保护地，为促进北京市采用安全的采集技术开发利用浅层地热能，配合北京市水务局研究，为单井循环换热地能采集井审批及监管方法提供参考、规范工程实施和验收，恒有源科技发展集团有限公司与 2014 年 4 月向北京市水务局申请在此项目进行单井循环换热技术实验应用，并与同月获准批复。多年监测表明，系统对地下水质没有影响，有效的保护了水源保护地的地下水安全。

2016 年 7 月 20 日，北京节能环保促进会组织有关专家对 100% 单井循环换热地能采集技术在中关村三小万柳校区项目的应用情况进行了评审。经过与会专家的认真讨论和质询，形成了如下评审意见：

1、单井循环换热地能采集技术是我国拥有其全部核心技术与知识产权。其核心原理是以水为介质，利用地能换热采集系统的压差，实现循环水同层回灌，源汇同一的循环换热采集浅层地能。在动态平衡下，实现自然能源的循环利用。地能采集利用全过程，没有水量损失、污染和地质灾害。成果促进了新时期绿色能源供暖的实现。单井循环地能采集系统面对各种地质条件，可设计性强，适用范围广，其作为我国原创的可再生能源应用技术已经输出海外，并获得美国“能源之星奖”。

2、采用单井循环换热地能采集技术的中关村第三小学万柳北校区按照《北京市水务局关于单井循环换热地能采集井工程技术开展应用实验的批复》内容要求，2014 年 9 月 26 日，实验项目实施方案、监测方案通过专家评审。2014 年 11 月28 日，实验项目开始进场实施。在北京市节能环保促进会第三方机构及专家的全程监督、指导下，2015 年 11 月 11 日，按照审定的实施方案、监测方案，实验项目完成并投入冬季供暖试运行，相关监测数据向社会公开，并定期向北京市水务局报告实验项目运行情况结果表明不影响水源安全。

3、恒有源科技发展集团有限公司已委托“北京市水环境监测中心”专业机构对项目实施前后水质变化情况进行定期检测，结果表明单井循环换热地能采集井的水体质量各项指标在供暖运行时期内未发生明显变化，水质监测评价结果与初始水体质量一致，未对地下水质造成影响，与历次水务专家评审鉴定结果一致，单井循环换热地能采集井全过程没有水量损失、污染和地质灾害。

4、中关村三小万柳校区的单井循环地能热泵环境系统 ( 单井循环地源热泵环境系统 ) 项目的实施，符合《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》( 国发〔2012〕3 号 )、《中共北京市委北京市人民政府关于进一步加强水务改革发展的意见》( 京发〔2011〕9 号 ) 及《北京市人民政府关于实行最严格水资源管理制度的意见》( 京政发〔2012〕25 号 ) 等有关文件规定。中关村三小万柳校区的单井循环地能热泵环境系统项目的运行信息公开、公正，是北京市水务局严格水资源管理和保护有效作为的一个典范。该实验项目的实施，可为建立地能热泵供暖项目的后评估制度、确保浅层地能的科学利用、实现在传统能源供暖产业基础上升级换代为地热能冷一体化新兴的绿色产业提供科学依据。为政府加强运行监管，落实创新应用技术，助力北京市加快压减燃煤和清洁能源建设提供有意义的参考。

5、与会专家一致同意形成专家建议上报有关部门，以推动单井循环换热地能采集技术的利用和发展。市水务局继续深入落实《北京市人民政府关于实行最严格水资源管理制度的意见》，涉及浅层地能利用的项目，优先采用单井循环换热地能采集技术，市水务局审批备案后向社会公开，并转移第三方全过程跟踪、检查、验收。市水务局，随时抽查，发现问题及时处理。市发改委、市环保局等政府部门，应将推广单井循环地能热泵环境系统纳入治理雾霾、农村电高效替代工程。市政府借率先规模化示范：建议北京副中心优先采用单井循环地能热泵环境系统，成为新时期可再生能源供暖的绿色示范工程。单井循环换热地能采集系统是一种科学创新的换热技术，与传统的取水井有本质的区别，建议市水务局在管理中应从创新的角度给予大力支持。

2、承德医学院附属医院项目

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承德医学院附属医院位于河北省承德市，属于寒冷地区，地层岩性以岩石为主，供暖面积 19000 平方米，制冷面积 79000 平方米。医院原浅层地热能采集系统由 18 口一抽多灌式采集井组成。至2018 年初，18 口井已经有 8 口井因不能够回灌等原因报废，所以直接将换热后的地下水排入市政污水管道。

承德医学院附属医院针对上述问题对多种解决方案进行对比分析。最终决定采用恒有源 100%回灌单井循环换热地能采集技术替代原有抽水井一抽多灌方式，来解决采集系统存在的问题。由于恒有源科技发展集团有限公司是单井循环技术的专利发明者、持有者。经过相关部门批准，项目采用单一来源的招标采购方式。

改造方案

• 技术选型：采用恒有源 100% 回灌单井循环换热地能采集技术，改造原有 11 口井，新打 7 口井，设计井深 60 米，单井冬季换热功率200kW，夏季换热功率 300kW。

• 实施效果：2018 年改造完成后，系统运行稳定，总循环流量 540m³/h，供水温度 15.3℃，回水温度 13.1℃，室内温度 18-22℃，实现 100% 回灌，无地表塌陷等地质安全问题。解决了困扰浅层地热能行业发展的回灌难及渗透性差地层浅层地能采集的难题。

＜04.＞

结论与展望

100% 回灌单井循环换热地能采集技术实现了浅层地热能的环保高效开发利用，经工程实践与长期监测验证，其在水质保护、地质安全及能效保障方面表现优异，是开发利用浅层地热能保持地下水质的更新换代新技术。未来可进一步推广至不同地质条件区域，为清洁供暖与可再生能源利用提供技术支撑。

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