前言

面临化石类能源供应日趋紧张，开发新的能源及利用方式，成为当前国内外关注的焦点问题。太阳能和地热作为可再生能源，具有清洁环保、可以重复利用等优点，近年来，依托于热泵技术得到了大范围的应用和推广。但是围绕二者的高效耦合利用和地层储放能规律等基础问题的研究还很不完善，缺乏科学的指导和规范，一定程度上影响和制约了太阳能与地热耦合系统的普及应用。针对上述存在问题，本书围绕太阳能与地热能耦合系统进行了相关的论述和研究，主要内容如下。

（1）介绍了导热和太阳能方面的相关概念和基础理论。

（2）对不同含湿率的岩土传热特性进行了理论和实验研究，建立了地下含湿岩土非饱和传热计算模型。采用热源法分析研究了岩土含湿程度对其热传导特性的影响。分析表明，在岩土临界含湿量范围内，岩土的热传导特性随着岩土含湿量的增大而增强。岩土含湿率越大，温度响应越迅速，并且在热源的近端温度变化越剧烈，在热源的远端温度变化越缓慢。

（3）在能量平衡和传热方程的基础上，建立了地层蓄热与释热的非稳态计算模型。分析了地层在蓄热与释热过程中，地下温度场的变化规律；比较了距离埋管不同距离处，沿深度方向的温度分布。研究表明，实际运行中，地层蓄热比地层取热的影响区域大；蓄热时，深部地层的温度低于靠近地表处地层的温度；地层释热时，深部地层的温度高于接近地表处地层的温度。

（4）建立了能够反映地层蓄、放能的时空关系模型，明确了蓄、放能的数量、影响半径以及时间演化关系，揭示了地层蓄、放能的传播扩散规律。分析了地层储、放过程中能量与热作用半径和时间之间的变化，确定当回灌流体状态参数为T0，流量为G，地层中埋管管径为d，在某一时间τ内，半径为r∞，深度为z的岩土体的蓄热量或释热量。

（5）根据太阳能与地热耦合能量系统组成和工作原理，结合有限时间热力学理论，在提出太阳能与地热耦合动态比的基础上，建立了不同供能条件下太阳能与地热的动态耦合关系模型。分析了耦合系统输入功率、低温换热器循环流量、高低温侧流体入口温降比、高温热源温度以及低温热源温度对耦合系统性能的影响，为太阳能与地热耦合系统的运行提供了理论指导和参考。

（6）对不同供能条件下太阳能与地热耦合能量系统进行了相关的实验研究，同时对地热与太阳能耦合能量系统进行了技术经济性分析。其结果表明地热与太阳能耦合能量系统的投资回报要优于传统空气调节系统、传统集中供暖系统和电锅炉热水供应系统，具有较好的经济效益和生态效益。

随着太阳能和地热在供能方面的大力普及，相信本书将进一步促进该领域的向前发展，为探索新的能源利用途径和节能应用提供新的思路和方法。

本书在编写过程中得到了中国矿业大学力学与建筑工程学院周国庆教授的大力支持，黄建恩、张东海、冯伟、纪绍斌、王义江、万荣明等师生也对本书的编写提供了帮助。在此表示感谢！

限于水平，虽经努力，书中不足和错误仍在所难免，诚恳欢迎广大读者批评指正。

著者

2012年6月