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浅层地热能应用技巧

   日期:2017-09-06     来源:地大年夜热能    浏览:77    评论:0    

  地热能是地球外部贮存的热能,它包含地球深层由地球本身放射性元素衰变产生的热能及地球浅层由接收太阳能而产生的热能。前者以地下热水和水蒸气的情势出现,温度较高,重要用于发电、供暖等临盆生活目标,其技巧已根本成熟,欧美国度有很多用于发电,我国则多用来直接供热,这类地热能层次较高,但受地理情况及开采技巧与本钱的影响因此受限较大年夜;后者由太阳能转换而来,储藏在地球外面浅层的泥土中,温度较低,但开采本钱和技巧相对也低,且不受地理情况的影响,特别合适于修建物的供暖与制冷,因此遭到了暖通空调及 节能行业愈来愈多的存眷。

  地球外面是一座巨大年夜的天然太阳能集热器和储热库。达到地球外面的太阳能相当于全球动力消费量的2000倍,只是由于太阳能能流密度低,地球外面的温度变更大年夜,使得对这部分热能的直接应用艰苦较多。但实际上,温度受气象变更影响较大年夜的部分重要集中在地外面至地下10m之间的区域内,从10m深度再往下,大年夜地温度就稳定在本地全年的均匀气温上了。我国大年夜部分地区这个温度都在15℃阁下,假设把如许的温度搬运到空中下去稍做处理, 便可成为很好的空调体系,这就是今朝浅层地热能应用的重要方法。

  浅层地热能应用平日需借助于热泵,它是一项新兴绿色节能技巧。在冬季它以大年夜地为高温位热源,从大年夜地中提取热量,经过空中上热泵的转换,进步温位向房屋供暖;在夏天则以大年夜地为高温位热源,将房屋内的热量保送到大年夜地泥土中。由于地下温度非常稳定且很接近房屋栖息所需的温度,是以,相关于以大年夜气情况为热源的热泵和燃煤、燃油的供暖供冷体系,以大年夜地为提取热量或排放热量的热源的热泵效力大年夜大年夜进步,同时还增添了熄灭产品的排放和制 冷剂的用量,对环保非常有益。

  从大年夜地泥土中提取热量用于房屋的供暖早在20世纪30年代就已提出,只是由于经久以来石化燃料价格昂贵,供给充分,它才没有取得看重,招致其停顿迟缓。到20世纪80年代今后,由于全球机动力重要和情况污染日趋严格,这项技巧才逐步遭到喜爱,今朝已趋于成熟,正在欧洲、北美和日本取得推行应用。在我国则还处于实验研究阶段,今朝国际几家科研院所和高校订在展开这方面的研究,要进入贸易化的实际工程应用尚需停止经久不懈的尽力。

  2浅层地热能应用体系及其特点

  浅层地热能属于高层次热能,直接应用达不到普通请求的温度,平日需设置一套热泵,构成地热能热泵应用体系,将地下热能的温度停止必定的进步或降低。是以,地热能应用体系主 要由热泵、地热换热器及用户端构成,而个中地热换热器是关键。

  2.1地热能热泵

  地热能热泵的任务道理与平日的热泵雷同,都是由紧缩机、蒸发器、冷凝器、撙节装配构成。经过过程消费一部分高品德动力即电能,接收高温物体的热能排放给高温物体,完成供热和制冷的目标,其热泵表示图如图1所示。只不过,平日的热泵以大年夜气情况为其吸热或放热的热源,大年夜气温度的激烈变更招致惯例的热泵效力低下,不只消费大年夜量高质能 源,并且好转了四周的情况温度,使得夏天更热,冬季更冷。

  与惯例热泵不合,浅层地热能热泵以近地表层泥土为其接收热量或排放热量的热源。在冬季,地热能热泵从泥土中汲取热量,供给热泵的蒸发器,经紧缩机进步温度后,传到热泵的冷凝器,向房屋供热;在夏天,地热能热泵经过过程其蒸发器从房屋内接收热量,经紧缩机、冷凝器而排放到泥土中。由于泥土温度全年根本保持不变,热泵体系的操作可以设计得非常精 确,使得任务稳定而高效。

  地热能热泵可以很小,单个住户只需一套热泵;也能够很大年夜,贸易上可采取多套或多级热泵,唯一的请求是须要足够的地盘,使热交换可以或许充分停止,最节约的方法是在修建施工的肇端阶段就装置地热能热泵,如许,房屋构培养不会妨碍热泵与地下热源的接洽。  地热能热泵以大年夜地为接收或排放热量的热源,在有地下水源的处所,不须要专门的地下换热器,可以直接抽取地下水,经之前除杂质的处理后,根据供暖或制冷的目标,送给热泵的蒸发器或冷凝器,完成热量交换后回灌到地下或排放到其他处所。在没有水源的处所,热泵要与泥土交换热量,就须要设置专门的地下换热器。所以,在构造上它与惯例热泵最大年夜的不合就 是须要一套地热换热器。

  2.2地热换热器

  地热换热器的性能与本地泥土的性能密切相干,它设计得公道与否直接影响地热应用效力和投资本钱,是地热泵成功应用的条件,也是以后浅层地热应用技巧推行的难点。  浅层地热能热泵所用地热换热器就是在空中下埋设的封闭管道回路,这些管路平日由高密度聚氯乙烯或聚丁烯塑料管构成,用泵将换热介质送入这些地下管道与地下泥土停止热量交换,然后回到空中与热泵停止换热,换热介质平日为水的盐溶液,封闭在管路体系,在空中 上的热泵与地下换热器之间轮回活动,完成换热义务。

  地下管道埋设方法有程度式和垂直式两种情势。程度埋管式平日浅层埋设,工程量大年夜而开挖技巧请求不高,初投资低于竖直埋管式;缺点是占空中积大年夜,温度稳定性也较差,如今已很少采取。竖直埋管式工程量小,占空中积少,恒温后果好,保护费用少,合适于用地重要的 城市;缺点是技巧请求较高,初投资较大年夜。

  竖直埋管式地热换热器今朝应用较多,生长较快。它是在空中下竖直钻孔,在孔内埋入换热管,换热管的情势又有两种:U型管式(见图2)和套管式,今朝以U型管应用较多。地下钻孔的孔径普通为100~150mm,孔间距和深度取决于泥土的热性质和蔼象条件并随地理地位而变。孔深普通为100~300m,孔间距为4~10m,钻孔总长度由修建面积的大年夜小而定,普通 是每平米修建面积钻孔长度1m阁下。

  每竖直钻孔内可放入一组或两组U型塑料管,管径25~35mm,塑料管下端用U型接头接好,构成一个U型封闭管路。然后将钻孔与管道之间的空间填埋夯实,填埋材料可以采取本地泥土,也能够选用与本地泥土性质接近的混凝土。各钻孔内,管道之间的连接方法有串 联和并联两种情势。

  串连情势就是换热介质顺次流过每个钻孔内的U型换热管路以后再回到空中与热泵的制冷剂停止热量交换。并联情势就是换热介质同时分派到地下各个钻孔内的换热管路,与泥土交换热量后,同时流回空中进上天面上的热泵与制冷剂交换热量,这两种方法各有益害。

  串接洽统的长处是:单一流程和管径;管道的线性长度有较高的热性能;体系的空气和废渣易于清除。缺点是:须要较大年夜的流体体积和较多的抗冻剂;管道费用和装置费用较高;长度压 降特点限制了体系的才能。

  并接洽统的长处是:管径较小因此管道费用较少;抗冻剂用量较少;装置费用较低。缺点是:必定要包管体系的空气和废渣的清除;在包管等长度环路下,每个并联线路之间流量要 保持均衡。

  2.3经济性及环保性

  地热能热泵的动力应用效力比平日的热泵进步45%~70%,平日每消费1kW的功率可取得4kW的热量或冷量。地热能热泵的投资收受接收期依附于热泵体系的大年夜小、运转时间的长短和本地的动力价格,因设置地热能热泵而多投资的费用的收受接收期平日为5年 阁下,总的投资收受接收期为10~14年。

  由于以大年夜地泥土中的高层次热能为高温热源,所以,在为室庐供暖制冷时,仅需驱动热泵运转的电力供给,而不须要其他热能,不须要锅炉来熄灭燃料供给热能。同时,由于泥土温度根本恒定,是以热泵的运转效力较平日热泵的效力高,并且不管是CO2的排放照样制冷剂 的应用都比惯例的热泵为少,对情况的破坏和污染就照应增添。

  2.4面对的成绩

  今朝我国浅层地热能应用面对的成绩起首是这项技巧在我国还没有达到成熟,缺乏这方面的设计、装置、维修技巧人员,相干的临盆厂家也太少,大年夜多半人对它还比较陌生,欧美国度的泥土、气候条件与我国差别较大年夜,不克不及照搬他人的现成技巧;其次,我国当局须要加大年夜对这一成绩研究的支撑力度,在开辟与贸易化过程当中,供给减免税收、低息存款等优惠政策。

  浅层地热能应用触及泥土学、传热传质学、修建材料学、钻井技巧、热泵技巧等多个学科,影响身分浩大。个中的关键技巧是地下换热器的优化设计、泥土热性能研究、回填材料的研发和热泵体系的公道设备。每个方面都须要科技任务者停止经久而艰苦过细的任务。

  以后我国的动力应用效力仍明显低于世界均匀程度,随着我国公平易近经济的持续快速生长,动力的供需抵触将会日趋尖利。如今,我国已跨第二天本成为继美国以后的世界第二大年夜石油出口国,而我国的GDP总量只及日本的1/6,这解释很多能量都由低效应用而浪费掉落了。而我国的暖通空调工业基本又相对脆弱,随着人平易近生活程度的赓续进步,这方面的市场潜力也非常宏大年夜,选择何种技巧,会对我国的动力计谋和情况保护形成截然不合的成果。浅层地热能热泵兼具节能与环保两大年夜特点,我国地区广阔,近地表高温地热资本丰富,非常合适 采取这项新兴技巧,随着国度可持续生长计谋的实施,它将在我国取得很大年夜生长。

 
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