摘要：现有研究表明中深层地埋管换热器长期运行面临着土壤温度衰退导致的系统供热性能衰退的难题。本研究提出一种新发现，即气候变化对中深层U型地埋管换热器长期供热存在“反哺效应”：气候变化通过降低建筑供热负荷抑制土壤温度衰退，从而增强系统运行安全性和供热能力。气候变化对U型地埋管换热器“反哺效应”的鲁棒性在不同地质条件和气候区得到了验证，使得供热系统运行安全性提高100%、能耗降低14.31% - 26.59%。不同于气候变化的“反哺效应”对同轴地埋管换热器的线性作用机制，气候变化的“反哺效应”对U型地埋管换热器的作用机制是非对称“U”状，即土壤温度衰退的抑制作用效果为上行井＞下行井＞对接井。

关键词：中深层地热，气候变化，反哺效应，U型地埋管，同轴地埋管

背景介绍：

基于U型地埋管换热器的中深层地热供热系统是绿色可持续建筑供热技术，但其在长期运行过程中面临着土壤温度衰退导致的系统供热性能衰退难题。现有研究大多以典型气候为基础，忽略了气候变化对中深层地埋管换热器长期取热性能的影响。本研究提出气候变化对中深层U型地埋管换热器长期供热存在“反哺效应”，即气候变化通过降低建筑供暖负荷抑制土壤温度衰退，从而提升中深层地热供热性能。

核心内容：

由于中深层U型地埋管换热器持续从周围岩土提取热量，岩土温度衰退逐渐加剧。与典型气候相比，气候变化通过降低建筑供热负荷抑制土壤温度衰退（图1）。

图1. 典型气候与气候变化下中深层U型地埋管换热器岩土温度场分布

不同地质条件和气候区下，气候变化可将建筑热负荷不满足度降低至0时·℃，从而将中深层U型地埋管供热系统的安全性提升达100%（图2）。

图2. 典型气候TMY与气候变化CC下不同地质条件和气候区的热负荷累计不满足度

不同地质条件和气候区下，气候变化可将中深层U型地埋管供热系统的能耗降低14.31% - 26.59%（图3）。

图3. 典型气候TMY与气候变化CC下不同地质条件和气候区的累计能源消耗

气候变化“反哺效应”对不同中深层地埋管换热器呈现不同的作用机制：对同轴地埋管为线性作用，即对土壤温度衰退的抑制效果随深度增加而减弱；对U型地埋管为非对称“U”状作用，即对土壤温度衰退的抑制效果为上行井＞下行井＞对接井（图4）。

图4. 典型气候TMY与气候变化CC下U型和同轴地埋管的地温衰减

有关论文内容请参考Jiang, J., Zhang, X., Liu, J. et al. Mitigation of long-term heat extraction attenuation of U-type medium-deep borehole heat exchanger by climate change. Building Simulation. 17, 1971–1987 (2024). https://doi.org/10.1007/s12273-024-1177-7.

亮点：

（1）揭示气候变化对中深层地热供热系统长期供热的“反哺效应”，即抑制土壤温度衰退，提升长期供热性能；

（2）验证了气候变化的“反哺效应”在不同地质条件和气候区下的鲁棒性，使得供热系统运行安全性提高100%，能耗降低14.31% - 26.59%；

（3）气候变化的“反哺效应”对同轴地埋管换热器呈线性作用机制，对U型地埋管换热器呈现非对称“U”状作用机制。