综述：浅层基岩中钻孔热交换器的特性：基于项目数据和岩体特征的见解与展望

这篇综述聚焦浅层基岩中钻孔热交换器（BHE）的热力学性能差异，通过对比热响应测试（TRT）数据，揭示岩体结构、水文地质（如地下水径流）和力学特性对BHE传热效率（λeff）及热平衡的动态调控作用，为基岩区地源热泵（GSHP）设计提供针对性优化方案。

　　

Abstract
全球建筑与工业制冷供热能耗占终端能源消费的40%以上，地源热泵（GSHP）因其高效性（COP达燃烧供暖的3-4倍）成为关键脱碳技术。其中，封闭式钻孔热交换器（BHE）系统多部署于浅层基岩（深度<150 m），但岩体与非固结层的热性能差异长期被低估。

TRT数据
28组热响应测试（TRT）显示，基岩中BHE的有效热导率（λ_eff）和单位深度传热率（Q_h）分布范围显著宽于非固结层。例如，白云岩与灰岩的λ_eff波动达1.5–3.5 W/(m?K)，归因于裂隙网络中地下水对流增强热交换。

Structure and hydrogeology
岩体由完整岩石与不连续面（如节理、断层）构成，其离散结构导致热导率空间异质性。地下水径流通过裂隙通道形成动态热补给，夏季冷却时高速径流提升传热，而冬季低流速可能引发局部热失衡。相比之下，土壤的均质结构使热传导更稳定但缺乏对流增益。

Phases and parameters of GCHP projects
基岩区GSHP项目需分阶段输入参数：区域调查阶段关注岩性、导水构造；场地评估需量化裂隙密度与地下水补给量；BHE设计阶段需结合钻探难度（如岩体硬度）优化井距。关键指标包括热导率λ_eff、裂隙渗透系数（K_f）及热扩散率（α）。

Favorable structures
优选地下水径流带（如断层破碎带）可显著提升BHE性能。但需注意季节性补给变化——雨季充沛的径流可能旱季枯竭，需通过长期监测数据修正设计负荷。

Conclusion
基岩中BHE性能核心受控于水文地质-力学-热学耦合机制。未来研究需开发裂隙网络建模工具，并修订现行标准（如增加基岩导水构造评估章节），以支撑全球密集人口区（如东亚、欧洲）的GSHP规模化应用。

CRediT authorship contribution statement
第一作者Peng Pei主导了方法论构建与资金获取，团队来自国内机构（如贵州科技计划项目支持），无利益冲突声明。

Acknowledgments
研究获中国国家自然科学基金（52066005）等资助，凸显国内团队在可再生能源地质应用领域的技术积累。