浅谈地热能利用技术.docx

1、浅谈地热能利用技术作者：杨东凯来源：商情2013 年第 20 期【摘要】对地热的现状及利用技术的发展作了分析研究。特别指出用热泵技术可对广泛存 在的低温地热加以利用，是一种新兴的低运行成本节能环保型低品位热能利用技术。介绍这项 技术的特点，分析其关键技术和发展前景。【关键词】浅层地热热泵换热器节能一、前言地热能是地球内部贮存的热能，它包括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。主要用于发电、供暖等生产生活目的，其技术已基本成 熟，欧美国家有很多用于发电我国浅层热能则多用来直接供热，且不受地理环境的影响，特别 适合于建筑物的供暖与制冷，因而受到了暖通空调及

2、节能行业越来越多的关注。实际上，温度受天气变化影响较大的部分主要集中在地表面至地下10m 之间的区域内， 从 10m 深度再往下，大地温度就稳定在当地全年的平均气温上了。我国大部分地区这个温度都在 15左右，如果把这样的温度搬运到地面上来稍做处理，就可成为很好的空调系统，这就是目前浅层地热能利用的主要方式。浅层地热能利用通常需借助于热泵，它是一项新兴绿色节能技术。在冬天它以大地为低温 位热源，从大地中提取热量，经过地面上热泵的转换，提高温位向房屋供暖；在夏天则以大地 为高温位热源，将房屋内的热量输送到大地土壤中。由于地下温度十分稳定且很接近房屋居住 所需的温度，因此，相对于以大气环境为热源的热

3、泵和燃煤、燃油的供暖供冷系统，以大地为 提取热量或排放热量的热源的热泵效率大大提高，同时还减少了燃烧产物的排放和制冷剂的用 量，对环保十分有利。二、浅层地热能利用系统及其特点浅层地热能属于低品位热能，直接使用达不到一般要求的温度，通常需设置一套热泵，组 成地热能热泵利用系统，将地下热能的温度进行一定的提高或降低。（一）地热能热泵地热能热泵的工作原理与通常的热泵相同，都是由压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置组 成。通过消耗一部分高品质能源即电能，吸收低温物体的热能排放给高温物体，实现供热和制 冷的目的。只不过，通常的热泵以大气环境为其吸热或放热的热源，大气温度的剧烈变化导致 常规的热泵效率低下，不

4、仅消耗大量高质能源，而且恶化了周围的环境温度，使得夏天更热，冬天更冷。与常规热泵不同，浅层地热能热泵以近地表层土壤为其吸收热量或排放热量的热源。在冬天，地热能热泵从土壤中吸取热量，供给热泵的蒸发器，经压缩机提高温度后，传到 热泵的冷凝器，向房屋供热；在夏天，地热能热泵通过其蒸发器从房屋内吸收热量，经压缩机、冷凝器而排放到土壤中。（二）地热换热器地热换热器的性能与当地土壤的性能密切相关，它设计得合理与否直接影响地热利用效率 和投资成本，是地热泵成功应用的前提，也是当前浅层地热利用技术推广的难点。地下管道埋设方式有水平式和垂直式两种形式。水平埋管式通常浅层埋设，工程量大而开 挖技术要求不高，初投资

5、低于竖直埋管式；缺点是占地面积大，温度稳定性也较差，现在已很 少采用。竖直埋管式工程量小，占地面积少，恒温效果好，维护费用少，适合于用地紧张的城 市；缺点是技术要求较高，初投资较大。竖直埋管式地热换热器目前应用较多，发展较快。它是在地面下竖直钻孔，在孔内埋入换 热管，换热管的形式又有两种：L 型管式和套管式，目前以U 型管应用较多。地下钻孔的孔径一般为 100150mm，孔间距和深度取决于土壤的热性质和气象条件并随地理位置而变。孔深一般为 100300m，孔间距为 410m，钻孔总长度由建筑面积的大小而定，一般是每平米建筑面积钻孔长度1m 左右。每一竖直钻孔内可放入一组或两组U 型塑料管，管径

6、 2535mm， 塑料管下端用U 型接头接好，形成一个U 型封闭管路。然后将钻孔与管道之间的空间填埋夯实，填埋材料可以采用当地土壤，也可以选用与当地土壤性质接近的混凝土。各钻孔内，管道 之间的连接方式有串联和并联两种形式。串联系统的优点是：单一流程和管径；管道的线性长度有较高的热性能；系统的空气和废 渣易于排除。缺点是：需要较大的流体体积和较多的抗冻剂；管道费用和安装费用较高；长度 压降特性限制了系统的能力。并联系统的优点是：管径较小因而管道费用较少；抗冻剂用量较少；安装费用较低。缺点 是：一定要保证系统的空气和废渣的排除；在保证等长度环路下，每个并联线路之间流量要保 持平衡。（三）经济性及环

7、保性地热能热泵的能源利用效率比通常的热泵提高45%70%，通常每消耗1kW 的功率可得到 4kW 的热量或冷量。地热能热泵的投资回收期依赖于热泵系统的大小、运行时间的长短和当地的能源价格，因设置地热能热泵而多投资的费用的回收期通常为5 年左右，总的投资回收期为 1014 年。由于以大地土壤中的低品位热能为低温热源，所以，在为住宅供暖制冷时，仅需驱动热泵 运行的电力供应，而不需要别的热能，不需要锅炉来燃烧燃料供应热能。同时，由于土壤温度基本恒定，因此热泵的运行效率较通常热泵的效率高，而且无论是C02 的排放还是制冷剂的使用都比常规的热泵为少，对环境的破坏和污染就相应减少。（四）面临的问题浅层地热能利用涉及土壤学、传热传质学、建筑材料学、钻井技术、热泵技术等多个学科，影响因素众多。其中的关键技术是地下换热器的优化设计、土壤热性能研究、回填材料的 研发和热泵系统的合理配置，我国政府需要加大对这一问题研究的支持力度，在开发与商业化 过程中，提供减免税收、低息贷款等优惠政策。三、结束语当前我国的能源利用效率仍明显低于世界平均水平，随着我国国民经济的继续快速发展， 能源的供需矛盾将会日益尖锐。现在，我国已超过日本成为继美国之后的世界第二大石油进口 国，而我国的GDP 总量只及日本的1/6，这说明很多能量都由低效使用而浪费掉了。