上海市淺層地熱能的開發(fā)的可行性和應用技術

1、1上海市淺層地熱能的開發(fā)的可行性和應用技術上海市淺層地熱能的開發(fā)的可行性和應用技術092712黃兵姚一、摘要：一、摘要：淺層地熱能是指地表以下一定深度范圍內（一般為恒溫帶至200m埋深）溫度低于25℃在當前技術經(jīng)濟條件下具備開發(fā)利用價值的地球熱能資源，是一種可持續(xù)開發(fā)的能源它的開發(fā)和利用在建筑供暖（冷）行業(yè)中具有舉足輕重的作用。上海市的能源緊缺為解決這個問題一個重要的方面就是要利用可再生、環(huán)保、經(jīng)濟型能源。淺層地熱能本土化不需運輸容易取

2、得可持續(xù)利用是上海地區(qū)重要的可再生資源。本文通過分析該領域的研究應用現(xiàn)狀指明了上海地區(qū)發(fā)展淺層地熱能的思路和方法。結合上海地區(qū)的地質構造、氣候特點以及地下水情況對該能源在上海地區(qū)的可行性和開發(fā)運用做出論證?！娟P鍵詞】淺層地熱能；節(jié)能；綠色能源二、引言：二、引言：我國能源生產的增長速度，遠低于國民經(jīng)濟發(fā)展的增長速度，能源的增長遠遠不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。加之上海市能源緊張。電能，天然氣不能滿足城市需求。而淺層地熱能恰恰是一種清潔、價廉

3、、豐富的新興能源，能夠彌補能源的不足。三、正文：三、正文：1上海市淺層地熱能的開發(fā)的可行性論證：上海市淺層地熱能的開發(fā)的可行性論證：淺層地熱能是一種可再生的新型環(huán)保能源，也是一種特殊礦產資源，利用前景廣闊。開發(fā)利用淺層地熱能對構建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會、保障國家能源安全、改善我國現(xiàn)有能源結構、促進國家節(jié)能減排戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)具有非常重要的意義。有助于改善上海市的能源緊張情況和促進上海市實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標。地熱能是地球內部貯存的熱能它包

4、括地球深層由地球本身放射性元素衰變產生的熱能及地球淺層由接收太陽能而產生的熱能。前者以地下熱水和水蒸氣的形式出現(xiàn)溫度較高主要用于發(fā)電、供暖等生產生活目的其技術已基本成熟歐美國家有很多用于發(fā)電我國則多用來直接供熱這種地熱能品位較高但受地理環(huán)境及開采技術與成本的影響因而受限較大后者由太陽能轉換而來蘊藏在地球表面淺層的土壤中溫度較低但開采成本和技術相對也低且不受地理環(huán)境的影響特別適合于建筑物的供暖與制冷因而受到了暖通空調及節(jié)能行業(yè)越來越多的關

5、注。地球表面是一座巨大的天然太陽能集熱器和儲熱庫。到達地球表面的太陽能相當于全世界能源消耗量的2000倍只是由于太陽能能流密度低地球表面的溫度變化大使得對這部分熱能的直接利用困難較多。但實際上溫度受天氣變化影響較大的部分主要集中在地表面至地下10m之間的區(qū)域內從10m深度再往下大地溫度就穩(wěn)定在當?shù)厝甑钠骄鶜鉁厣狭恕Ｎ覈蟛糠值貐^(qū)這個溫度都在15℃左右如果把這樣的溫度搬運到地面上來稍做處理就可成為很好的空調系統(tǒng)這就是目前淺層地熱能利用的

6、主要方式。淺層地熱能利用通常需借助于熱泵它是一項新興綠色節(jié)能技術。在冬天它以大地為低溫位熱源從大地中提取熱量經(jīng)過地面上熱泵的轉換提高溫位向房屋供暖在夏天則以大地為高溫位熱源將房屋內的熱量輸送到大地土壤中。由于地下溫度十分穩(wěn)定且很接近房屋居住所需的溫度因此相對于以大氣環(huán)境為熱源的熱泵和燃煤、燃油的供暖供冷系統(tǒng)以大地為提取熱量或排放熱量的熱源的熱泵效率大大提高同時還減少了燃燒產物的排放和制冷劑的用量對環(huán)保十分有利。3泵唯一的要求是需要足夠的

7、土地使熱交換能夠充分進行最節(jié)約的方式是在建筑施工的起始階段就安裝地熱能熱泵這樣房屋結構就不會阻礙熱泵與地下熱源的聯(lián)系。地熱能熱泵以大地為吸收或排放熱量的熱源在有地下水源的地方不需要專門的地下?lián)Q熱器可以直接抽取地下水經(jīng)過去除雜質的處理后根據(jù)供暖或制冷的目的送給熱泵的蒸發(fā)器或冷凝器完成熱量交換后回灌到地下或排放到別的地方。在沒有水源的地方熱泵要與土壤交換熱量就需要設置專門的地下?lián)Q熱器。所以在結構上它與常規(guī)熱泵最大的不同就是需要一套地熱換熱器

8、。2.2地熱換熱器地熱換熱器的性能與當?shù)赝寥赖男阅苊芮邢嚓P它設計得合理與否直接影響地熱利用效率和投資成本是地熱泵成功應用的前提也是當前淺層地熱利用技術推廣的難點。淺層地熱能熱泵所用地熱換熱器就是在地面下埋設的封閉管道回路這些管路通常由高密度聚氯乙烯或聚丁烯塑料管組成用泵將換熱介質送入這些地下管道與地下土壤進行熱量交換然后回到地面與熱泵進行換熱換熱介質通常為水的鹽溶液封閉在管路系統(tǒng)在地面上的熱泵與地下?lián)Q熱器之間循環(huán)流動完成換熱任務。地下管

9、道埋設方式有水平式和垂直式兩種形式。水平埋管式通常淺層埋設工程量大而開挖技術要求不高初投資低于豎直埋管式缺點是占地面積大溫度穩(wěn)定性也較差現(xiàn)在已很少采用。豎直埋管式工程量小占地面積少恒溫效果好維護費用少適合于用地緊張的城市缺點是技術要求較高初投資較大。豎直埋管式地熱換熱器目前應用較多發(fā)展較快。它是在地面下豎直鉆孔在孔內埋入換熱管換熱管的形式又有兩種:U型管式(見圖2)和套管式目前以U型管應用較多。地下鉆孔的孔徑一般為100～150mm孔間

10、距和深度取決于土壤的熱性質和氣象條件并隨地理位置而變?？咨钜话銥?00～300m孔間距為4～10m鉆孔總長度由建筑面積的大小而定一般是每平米建筑面積鉆孔長度1m左右。每一豎直鉆孔內可放入一組或兩組U型塑料管管徑25～35mm塑料管下端用U型接頭接好形成一個U型封閉管路。然后將鉆孔與管道之間的空間填埋夯實填埋材料可以采用當?shù)赝寥酪部梢赃x用與當?shù)赝寥佬再|接近的混凝土。各鉆孔內管道之間的連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。串聯(lián)形式就是換熱介質依次流

11、過每個鉆孔內的U型換熱管路之后再回到地面與熱泵的制冷劑進行熱量交換。并聯(lián)形式就是換熱介質同時分配到地下各個鉆孔內的換熱管路與土壤交換熱量后同時流回地面進入地面上的熱泵與制冷劑交換熱量這兩種方式各有利弊。串聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點是:單一流程和管徑管道的線性長度有較高的熱性能系統(tǒng)的空氣和廢渣易于排除。缺點是:需要較大的流體體積和較多的抗凍劑管道費用和安裝費用較高長度壓降特性限制了系統(tǒng)的能力。并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點是:管徑較小因而管道費用較少抗凍劑用量較少安裝

12、費用較低。缺點是:一定要保證系統(tǒng)的空氣和廢渣的排除在保證等長度環(huán)路下每個并聯(lián)線路之間流量要保持平衡。2.3經(jīng)濟性及環(huán)保性地熱能熱泵的能源利用效率比通常的熱泵提高45%～70%通常每消耗1kW的功率可得到4kW的熱量或冷量。地熱能熱泵的投資回收期依賴于熱泵系統(tǒng)的大小、運行時間的長短和當?shù)氐哪茉磧r格因設置地熱能熱泵而多投資的費用的回收期通常為5年左右總的投資回收期為10～14年。由于以大地土壤中的低品位熱能為低溫熱源所以在為住宅供暖制冷時僅