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IP屬地：湖北 上傳時(shí)間：2023-02-01 格式：PPT 頁數(shù)：230 大?。?.23MB 積分：28 舉報(bào) 版權(quán)申訴

第三章

地?zé)崮?/p>

GeothermalEnergy一、地?zé)崮艿厍騼?nèi)部的放射性元素不斷進(jìn)行著熱核反應(yīng)，具有非常高的溫度，估計(jì)地球中心的溫度達(dá)6900℃。高溫的熱量透過厚厚的地層，時(shí)時(shí)刻刻向太空釋放，這種“大地?zé)崃鳌碑a(chǎn)生的能量，稱地?zé)崮堋?/p>

地?zé)崮苁莵碜缘厍蛏钐幍目稍偕鸁崮?。它起源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。一般估計(jì)地核的溫度為4500-6900度。僅在10公里以內(nèi)的地球表層中，就含有1.2x1024kJ的熱量，這相當(dāng)于地球煤儲(chǔ)量的2000倍。按目前世界上所消耗的能量計(jì)算，完全依靠地?zé)崴那f年以后，地球的溫度只降低1度。地?zé)崮芗s為全球煤熱能的1.7億倍。地?zé)豳Y源有兩種形式：（1）地下蒸汽或地?zé)崴厝?）地下干熱巖體的熱能地?zé)崮苁且环N來自地球深處潔凈的可再生能源。地?zé)崮芗s為全球煤熱能的1.7億倍。地?zé)豳Y源有兩種形式：（1）地下蒸汽或地?zé)崴厝?）地下干熱巖體的熱能地?zé)崮苁且环N來自地球深處潔凈的可再生能源。西藏羊八井地?zé)犭娬荆?5MW）西藏羊八井地?zé)犭娬荆?5MW）地?zé)崮芫哂袩崃髅芏却?、容易收集和輸送、參?shù)穩(wěn)定（流量、溫度）、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，集中分布在構(gòu)造板塊邊緣一帶，該區(qū)域也是火山和地震多發(fā)區(qū)。地?zé)崮懿粌H是一種礦產(chǎn)資源，同時(shí)也是寶貴的旅游資源和水資源，已成為人們爭(zhēng)相開發(fā)利用的熱點(diǎn)。不過，地?zé)崮艿姆植枷鄬?duì)來說比較分散，開發(fā)難度大。按照地?zé)豳Y源的分布，世界著名的地?zé)釒в校涵h(huán)太平洋地?zé)釒?、大西洋中脊地?zé)釒?、地中海及喜馬拉雅地?zé)釒А⒅衼喌責(zé)釒?、紅海、亞丁灣與東非裂谷地?zé)釒У?。作為新能源大家族的一員，地?zé)崮芘c太陽能、風(fēng)能、生物能一樣，除個(gè)別國(guó)家之外，目前在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中的地位可以說是微乎其微。但新能源作為一種正在大力探索中的能源，若將太陽能、風(fēng)能、潮汐能與地?zé)崮芗右员容^，則不難看出，地?zé)崮苣壳叭允切履茉粗凶顬楝F(xiàn)實(shí)的能源。根據(jù)地?zé)崴疁囟鹊母叩?，地?zé)豳Y源可分為：高溫地?zé)崮?>150℃)中溫地?zé)崮?90～150℃)低溫地?zé)崮埽ā?0℃）用途：高溫地?zé)崮苤饕糜诎l(fā)電；中低溫地?zé)崮芤话憧芍苯永?供熱、溫室、旅游和療養(yǎng)等)。地?zé)豳Y源就其屬性可分為：水熱型地壓地?zé)崮苋N形式干熱巖型其中水熱型是目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的主要地?zé)崮埽梢杂米鞴┡?包括制冷)、生活用水、溫室以及工業(yè)等多種領(lǐng)域。目前地?zé)豳Y源的開發(fā)利用已經(jīng)形成了一定的規(guī)模與相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境效益。在人們?nèi)找骊P(guān)注全球氣候變暖和礦物燃料利用帶來的各種環(huán)境污染的今天，地?zé)崮芤騼r(jià)廉、清潔而被稱為是“21世紀(jì)能源”，今后的利用前景是十分廣闊的。二、地?zé)崮艿睦玫責(zé)豳Y源作為一種新能源，近年來已經(jīng)得到了世界上許多國(guó)家的普遍重視。地?zé)豳Y源不僅能夠提供熱能，同時(shí)還可以提供供水水源及礦物資源，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著極為重要的意義。1.地?zé)崮艿目碧介_發(fā)史地?zé)衢_發(fā)的早期歷史就已經(jīng)注意到了對(duì)溫泉的利用，如浴池及療養(yǎng)地，以及偶爾利用熱水供建筑物取暖等。古代人民早已利用從噴氣孔噴出的熱蒸汽煮熟食物，而且在干旱地區(qū)，已經(jīng)把蒸汽的凝結(jié)水作為飲用水由噴氣孔的蒸汽中積淀的硫磺，在噴氣地帶的高嶺土層及少量的汞和明礬，幾個(gè)世紀(jì)以來就已獲得利用。而在意大利拉德瑞羅由噴氣孔中提取硼酸，卻標(biāo)志著現(xiàn)代地?zé)衢_發(fā)的開端。這里自1812年開始，就將礦化的熱泉水引到用木材燒熱的大鍋中煮干，然后從殘?jiān)刑崛∨鹚帷?827年，噴氣孔的熱蒸汽取代了木材，被作為這一工藝的燃料，同時(shí)又增加了硼砂的物質(zhì)來源。1904年，在拉德瑞羅建立了第一座利用天然蒸汽的試驗(yàn)電站，1913年，一座250千瓦的地?zé)犭娬鹃_始運(yùn)行，標(biāo)志著連續(xù)利用地?zé)岚l(fā)電的開端。2.地?zé)崮艿睦梅绞降責(zé)崮艿睦梅绞娇煞譃榈責(zé)岚l(fā)電和直接利用兩大類。（1）地?zé)岚l(fā)電地?zé)岚l(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動(dòng)力源的一種新型發(fā)電技術(shù)，工作原理是通過打井找到正在上噴的天然熱水流。由于水是從1～4公里的地下深處上來的，所以水是處在高壓下。一眼底部直徑25厘米的井每小時(shí)可生產(chǎn)20～80萬公斤的地?zé)崴c蒸汽。由于水溫的不同，5～10眼井產(chǎn)出的蒸汽可使一個(gè)發(fā)電裝置生產(chǎn)出55兆瓦的電。因此可以看出其基本原理與火力發(fā)電類似，也是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，首先把地?zé)崮苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在熱能轉(zhuǎn)換為電能的地方，電能即刻可以并入整個(gè)輸電網(wǎng)路。由于地?zé)崽锍３Ｅc居民中心相隔很遠(yuǎn)，因此轉(zhuǎn)換為電能是輸送熱能的一種有效手段。2.地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)主要有四種：（1）地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)：利用地?zé)嵴羝苿?dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能。本系統(tǒng)技術(shù)成熟、運(yùn)行安全可靠，是地?zé)岚l(fā)電的主要形式。西藏羊八井地?zé)犭娬静捎玫谋闶沁@種形式。（2）雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)：也稱有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)。它以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)，使工質(zhì)在流動(dòng)系統(tǒng)中從地?zé)崃黧w中獲得熱量，并產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)蒸汽，進(jìn)而推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。（3）全流發(fā)電系統(tǒng)：本系統(tǒng)將地?zé)峋诘娜苛黧w，包括所有的蒸汽、熱水、不凝氣體及化學(xué)物質(zhì)等，不經(jīng)處理直接送進(jìn)全流動(dòng)力機(jī)械中膨脹做功，其后排放或收集到凝汽器中。這種形式可以充分利用地?zé)崃黧w的全部能量，但技術(shù)上有一定的難度，尚在攻關(guān)。（4）干熱巖發(fā)電系統(tǒng)：利用地下干熱巖體發(fā)電的設(shè)想，是美國(guó)人莫頓和史密斯于1970年提出的。1972年，他們?cè)谛履鞲缰荼辈看蛄藘煽诩s4000米的深斜井，從一口井中將冷水注入到干熱巖體，從另一口井取出自巖體加熱產(chǎn)生的蒸汽，功率達(dá)2300千瓦。進(jìn)行干熱巖發(fā)電研究的還有日本、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)和俄羅斯，但迄今尚無大規(guī)模應(yīng)用。迄今為止利用地?zé)岚l(fā)電的有美國(guó)、意大利、日本、俄羅斯、新西蘭以及冰島等國(guó)家。而根據(jù)美國(guó)地?zé)豳Y源委員會(huì)(GRC)1990年的調(diào)查，世界上18個(gè)國(guó)家的地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)容量為5827.55兆瓦，裝機(jī)容量在100兆瓦以上的國(guó)家有美國(guó)、菲律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。不過通過對(duì)能量實(shí)際損失的計(jì)算可以對(duì)能的轉(zhuǎn)換效率做出評(píng)價(jià)，許多的損失實(shí)際上是出現(xiàn)在輸送途中及隨后利用電能去做機(jī)械功或者熱處理的過程中。此外，電力不能那么容易或者有效地蓄存起來，這意味著電力系統(tǒng)的建設(shè)必須滿足峰值的需要，而幾乎不考慮基礎(chǔ)負(fù)荷。在投資方面，成本很高。基于這些不利因素，直接利用的方式(即不轉(zhuǎn)換為電能)可望有所增加，例如在建筑物取暖、農(nóng)業(yè)、工藝流程或者脫鹽方面，尤其在使用其他燃料時(shí)成本明顯增高的情況下。當(dāng)然，盡管所有這些過程的能量都可以由電力提供，但是能量轉(zhuǎn)換及再轉(zhuǎn)換是會(huì)造成浪費(fèi)的，特別是在將電能又轉(zhuǎn)換為熱能的情況下。2.地?zé)崮艿闹苯永脧闹苯永玫責(zé)岬囊?guī)模來說，最常用的是地?zé)崴茉?，占總利用量?/3以上，其次是地?zé)崴B(yǎng)殖和種植約占20%，地?zé)岵膳s占13%，地?zé)崮芄I(yè)利用約占2%。利用地?zé)崮?，占地很少，無廢渣、粉塵污染，用后的棄（尾）水既可綜合利用，又可回注到地下儲(chǔ)層，達(dá)到增加壓力、保護(hù)儲(chǔ)層、保護(hù)地?zé)豳Y源的雙重目的不過由于熱量的迅速散失，地下流體不能由產(chǎn)地輸送到很遠(yuǎn)的地方。最大的輸送距離，一般依流體最初的熱焓(熱容量)及所指定的流體的利用方式而定。對(duì)于發(fā)電利用的蒸汽，其最大可能的輸送距離約為2--3公里。利用于農(nóng)業(yè)或建筑物取暖的熱水，有可能輸送到較遠(yuǎn)的地方。據(jù)報(bào)導(dǎo)，冰島城鎮(zhèn)的熱供水，其最大輸送距離為20公里。人們期望增加對(duì)地下熱能的利用，當(dāng)然是指直接利用。雖然存在某些不利條件，如不能保持遠(yuǎn)距離輸送、基礎(chǔ)負(fù)荷發(fā)電應(yīng)用的限制、相對(duì)較低的效率及輸送途中的熱損失等，每7～12年成倍增長(zhǎng)的電力需求及全世界對(duì)其他形式的能的加速增長(zhǎng)的需求，都要求人們開發(fā)地下熱能?，F(xiàn)在的日本北部島嶼北海道、俄羅斯的勘察加半島以及美國(guó)大盆地的部分地區(qū)，都顯示了地?zé)崮芩鶕碛械木薮竽芰颗c潛力。三、地?zé)崮芾玫某杀緦?duì)比利用不同的能量形式發(fā)電的生產(chǎn)成本是十分困難的?？衫玫馁Y料不完全精確可靠。然而，匈牙利、冰島、新西蘭及俄羅斯的情況表明，工業(yè)、農(nóng)業(yè)及供熱方面對(duì)地下熱能的直接利用是值得重視的，其費(fèi)用低于用于同樣目的的天然石油、汽油或柴油機(jī)燃料。在有可能獲得天然氣的地方，雖然天然氣的價(jià)格仍然比用于供熱目的的熱水要高，但天然氣是可以與煤競(jìng)爭(zhēng)的。在發(fā)電方面，發(fā)現(xiàn)只有水力發(fā)電比較低廉，而且只是在某些地區(qū)。例如在冰島，水力發(fā)電的費(fèi)用在多數(shù)情況下要比地?zé)岚l(fā)電低廉。但是，最理想的水力發(fā)電站的建設(shè)已接近飽和，地?zé)岚l(fā)電就變?yōu)榻?jīng)濟(jì)上可競(jìng)爭(zhēng)的了。況且，在冰島，直接利用熱水為城市供熱要經(jīng)濟(jì)得多。美國(guó)蓋瑟爾斯地?zé)岚l(fā)電表明，無論其電站規(guī)模如何，都較利用其他燃料發(fā)電的電力低廉。四、地?zé)崮艿膽?yīng)用現(xiàn)狀從世界范圍看，利用溫泉洗浴己有數(shù)千年歷史，但是開始有規(guī)模的利用地?zé)崮茉窗l(fā)電、供暖及進(jìn)行工農(nóng)業(yè)利用則始于20世紀(jì)。世界上首次利用地?zé)崮馨l(fā)電是在1904年，其商業(yè)開發(fā)已經(jīng)走過了百年歷史。在20世紀(jì)70年代世界出現(xiàn)能源危機(jī)爆發(fā)以及八十年代以來人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)之后，許多國(guó)家為尋找可替代能源，掀起一個(gè)開發(fā)新能源和可再生能源的熱潮。就在此時(shí)，地?zé)崮懿砰_始真正受到重視。近年來，地?zé)豳Y源作為一種新興能源，已經(jīng)引起了世界上許多國(guó)家的重視。目前美國(guó)、意大利、日本、俄羅斯、冰島等西方幾十國(guó)家都在積極加強(qiáng)或正在著手進(jìn)行地?zé)豳Y源的勘探、開發(fā)與利用。地?zé)豳Y源作為一種十分珍貴的可再生礦產(chǎn)資源，其集熱、礦、水為一體，具有廣泛的用途。尤為重要的是，地?zé)峋哂星鍧嵞茉吹奶攸c(diǎn)和對(duì)人體有保健功能的作用，使其深受歡迎，發(fā)展迅速。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、并且易于建設(shè)等諸多原因，因此當(dāng)時(shí)了選用不凝式汽輪機(jī)。然而它們每度電所耗費(fèi)的蒸汽量為冷凝式汽輪機(jī)的兩倍，即2比1。在蒸汽豐富的地區(qū)，投資少、建設(shè)時(shí)間短的不凝式汽輪機(jī)看來是最合適的。但是隨著拉德瑞羅的擴(kuò)大，許多地質(zhì)人員確信，熱田的容量已經(jīng)達(dá)到或者已經(jīng)接近蒸汽的有效利用的臨界點(diǎn)。為了這個(gè)原因，現(xiàn)在意大利方面已逐步將大部分不凝式汽輪機(jī)更換為了冷凝式汽輪機(jī)。這樣的話，在蒸汽量不增長(zhǎng)的情況下，拉德瑞羅和蒙特阿米亞特的發(fā)電容量也可增加到4萬千瓦以上。而美國(guó)自加利福尼亞蓋瑟斯于1960年安裝第一臺(tái)1.25萬千瓦的汽輪機(jī)以來，迅速進(jìn)行了電力開發(fā)。在1972年末，生產(chǎn)電能已經(jīng)達(dá)到了302000千瓦。在上世紀(jì)70年代，根據(jù)對(duì)蓋瑟斯熱田的容量、井孔產(chǎn)量、井距以及熱儲(chǔ)流體總儲(chǔ)量的推測(cè)，最大可能的生產(chǎn)規(guī)模估計(jì)在120～480萬千瓦以上，甚至更大

而最新投入使用的在美國(guó)蓋瑟斯的地?zé)崽?，將生產(chǎn)1300兆瓦的電，足以滿足130萬加州人的家庭用電。而在美國(guó)加州的噴泉熱田，熱含量保守估計(jì)至少相當(dāng)于燃燒280億桶石油所得的能量。冰島由于地處亞歐板塊與美洲板塊交界處，兩大板塊的交界線從西南向東北斜穿全島?；钴S的地殼活動(dòng)，復(fù)雜的地貌造就了冰島豐富的水力和地?zé)豳Y源。冰島可開發(fā)的年水力發(fā)電量為650億千瓦時(shí)，可開發(fā)的地?zé)崮転?50億千瓦時(shí)，地?zé)崮苣臧l(fā)電量可達(dá)72億千瓦時(shí)，目前已開發(fā)的僅占其中的7%。冰島首都“雷克雅未克”，她的含意是“冒煙的港灣”，因其豐富的地?zé)豳Y源而得名。聰明的冰島人因地制宜，早在19世紀(jì)就開始研究利用地?zé)豳Y源取暖和發(fā)電。如今，雷克雅未克成為世界上最清潔的城市，其地?zé)峒夹g(shù)被聯(lián)合國(guó)作為典范推廣。冰島著名的奈斯亞威里爾地?zé)犭娬窘ǔ捎?0年代初，該電站位于首都東部的亨吉爾火山地?zé)釁^(qū)，是雷克雅未克能源公司建設(shè)的一座集發(fā)電和熱水生產(chǎn)于一體的地?zé)犭娬?。雷克雅未克能源公司在此處打?0眼地?zé)峋?，深度?100米到2000米不等，地下水溫度最高達(dá)380攝氏度。該電站目前擁有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量60兆瓦，熱水生產(chǎn)能力每秒1100升。電站的生產(chǎn)包括采熱、發(fā)電和冷水加熱，利用地?zé)峋胁杉臒釟馔苿?dòng)電機(jī)發(fā)電；采集地表水做冷卻用水；冷卻過程中水溫升到100攝氏度左右，然后通過管道把80多攝氏度的熱水輸送到35公里外的市區(qū)。由于冰島人口稀少，沒有必要建立大型地?zé)犭姀S，建立用于多種目的的小型電廠是最有效的方案，這一點(diǎn)充分說明了利用低廉的地?zé)岚l(fā)電具有廣闊的前景?，F(xiàn)在，雷克雅未克周圍的3座地?zé)犭娬緸?5萬冰島人提供熱水和電力，而整個(gè)冰島有85%的居民都通過地?zé)崛∨５責(zé)豳Y源干凈衛(wèi)生，大大減少了石油等能源進(jìn)口。自1975年后，冰島空氣質(zhì)量大為改善。冰島人還善于提高地?zé)豳Y源的使用效率，包括進(jìn)行溫室蔬菜花草種植、建立全天候室外游泳館、在人行道和停車場(chǎng)下鋪設(shè)熱水管道以加快冬雪融化等。目前世界上至少有64個(gè)國(guó)家以各種方式享用著地?zé)豳Y源，利用規(guī)模不相同，其中冰島、法國(guó)、美國(guó)、日本、新西蘭等國(guó)應(yīng)用技術(shù)都較為成熟。地?zé)崮芾米顝V泛的國(guó)家是冰島，其全國(guó)基礎(chǔ)能源的50%來自地?zé)?，其?8%來自電力，30%來自石油，2%來自煤炭，因此冰島大約68%的基礎(chǔ)能源來自可再生能源

至于中低溫地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，熱泵技術(shù)是目前世界上的一個(gè)熱點(diǎn)，近5年來，全世界地?zé)釤岜萌萘恳云骄?0％的年增長(zhǎng)量在發(fā)展。對(duì)低溫地?zé)峄虻責(zé)峁┡菜衫脽岜眉夹g(shù)提升其熱能品位，使地?zé)豳Y源可以得到充分利用。因此熱泵技術(shù)在不遠(yuǎn)的將來將會(huì)大大提高整個(gè)地?zé)豳Y源在能源系統(tǒng)中的地位。美國(guó)截止1997年底，己有30萬臺(tái)地?zé)釤岜迷谶\(yùn)轉(zhuǎn)，每年可提供8000～11000GWh功率于供暖和空調(diào)。瑞士是一個(gè)傳統(tǒng)意義上沒有地?zé)豳Y源的國(guó)家，但采用熱泵技術(shù)后1995年已可提供228GWh/a的熱功率于地?zé)岵膳？傊?，熱泵技術(shù)將給地?zé)嶂苯永瞄_辟一個(gè)新天地，在其整個(gè)能源系統(tǒng)中的地位也將與日俱增。地?zé)崮艿睦瞄_發(fā)無疑會(huì)產(chǎn)生很好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。目前許多地?zé)豳Y源豐富且開發(fā)利用好的國(guó)家，如美國(guó)、日本、意大利、冰島、新西蘭以及印尼、菲律賓等，地?zé)嵩谡麄€(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中也起到一定的作用。例如冰島，其首都雷克亞未克及其它幾個(gè)城市供暖全部靠地?zé)?，僅此一項(xiàng)每年可節(jié)省1.3億美元(與燃油供暖相比)。

又如1998年地?zé)嵩诜坡少e電力供應(yīng)中己占19%，且還在繼續(xù)增長(zhǎng)，效益可觀。目前，世界上有20多個(gè)國(guó)家建有地?zé)岚l(fā)電站，總裝機(jī)容量超過8438MW(百萬瓦)。此外，在菲律賓、印尼與新西蘭即將新增700兆瓦的地?zé)岚l(fā)電。許多國(guó)家還用地?zé)峒訜釡厥?。食品加工是另一個(gè)成熟的應(yīng)用?？梢赃@么說全世界地?zé)豳Y源直接應(yīng)用的巨大潛力幾乎尚未開發(fā)。國(guó)別發(fā)電直接使用裝機(jī)容量兆瓦(電)年產(chǎn)量千兆瓦時(shí)裝機(jī)容量兆瓦(電)年產(chǎn)量千兆瓦時(shí)中國(guó)289821435527法國(guó)4244562006格魯吉亞——2452136匈牙利——6382795愛爾蘭5026514435878印尼3091048——意大利62634173081008日本29917223191928表3.11994年部分國(guó)家熱能發(fā)電和使用國(guó)別發(fā)電直接使用裝機(jī)容量兆瓦(電)年產(chǎn)量千兆瓦時(shí)裝機(jī)容量兆瓦(電)年產(chǎn)量千兆瓦時(shí)肯尼亞45348——墨西哥75358772874新西蘭28621932641837菲律賓10515470——俄羅斯1125210673斯洛伐克——100502瑞士——110243表3.1（續(xù)）1994年部分國(guó)家熱能發(fā)電和使用情況國(guó)別發(fā)電直接使用裝機(jī)容量兆瓦(電)年產(chǎn)量千兆瓦時(shí)裝機(jī)容量兆瓦(電)年產(chǎn)量千兆瓦時(shí)瑞士——110243突尼斯2068140552美國(guó)28171649118743859其他7403291935表3.1（續(xù)）1994年部分國(guó)家熱能發(fā)電和使用情況我國(guó)開發(fā)利用地?zé)豳Y源已有上千年的歷史，但是較大規(guī)模的勘查開發(fā)利用則是近30年的事。目前已施工建成的地?zé)峋?500眼，深度從數(shù)百米延深到4000米，地?zé)崮艿睦眠_(dá)500余萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。我國(guó)著名的地質(zhì)學(xué)家李四光曾經(jīng)說過：“地?zé)崾桥c石油天然氣同等重要的能源?！比欢?，油田每年都在搞勘探開發(fā)，可是由于各種各樣的原因，至少有一半以上的擁有豐富地?zé)豳Y源的地?zé)峋茨鼙患右岳?，豐富的地?zé)豳Y源像一位巨人沉睡在地下深處。

我國(guó)的地?zé)豳Y源十分豐富，目前已發(fā)現(xiàn)的地?zé)崧额^點(diǎn)有3200余處，經(jīng)地質(zhì)勘查工作證實(shí)的有1000多處，其中以低于150攝氏度的中低溫地?zé)豳Y源為主，全年天然放熱資源量1.04X1017千焦，折合35.6億噸標(biāo)煤。由于我國(guó)的國(guó)土面積巨大，因此各種類型的地?zé)豳Y源比較豐富齊全。就地質(zhì)條件而論，我國(guó)地?zé)豳Y源主要分布于構(gòu)造活動(dòng)帶和大型盆地之中。前者資源相對(duì)集中，如云南、西藏、四川等西南高原地區(qū)和廣東、福建、臺(tái)灣、江西等東南沿海地帶，以及遼東和膠東地區(qū)。后者分布較為廣泛，主要分布于華北盆地京津塘地區(qū)的北京、天津、河北等省市以及南方的廣東、福建、海南、廣西等省市。然而，我國(guó)的地?zé)豳Y源分布極不均勻，儲(chǔ)量大的高溫地?zé)釒?，主要分布在西藏、云南等偏遠(yuǎn)的高原地區(qū)。西藏的高溫地?zé)釒в?20多個(gè)，熱儲(chǔ)的溫度在150攝氏度以上。其中，西藏羊八井硫磺礦曾打出一口水溫達(dá)329.8攝氏度的高溫地?zé)峋?，出來的熱蒸汽跟蘑菇云一樣。另外一個(gè)高溫地?zé)釒Ы?jīng)過我國(guó)臺(tái)灣，屬于環(huán)太平洋地?zé)釒?。臺(tái)灣那么小的一個(gè)地方就有92個(gè)溫泉，溫度達(dá)260攝氏度。從我國(guó)的地?zé)豳Y源情況看，85%是低于100℃的地?zé)崴蜔崽?。而且多年地質(zhì)工作結(jié)果證明，我國(guó)中低溫地?zé)豳Y源開發(fā)利用的潛力巨大。因此，這些因素都決定了我國(guó)地?zé)豳Y源的利用主要以直接利用為主。

進(jìn)入90年代，我國(guó)地?zé)崤d起了直接利用的新高潮，尤其在高緯度寒冷的三北(東北、華北、西北)地區(qū)，加大了以地?zé)峁?采暖和生活用水)為主的開發(fā)力度。僅地?zé)岵膳豁?xiàng)，1990年全國(guó)供暖面積僅190萬平方米，到2000年就增至1100萬平方米。

目前北京、天津、西安等大城市以及黑龍江、遼寧、寧夏、山東、河北、河南等省正在積極采用多種供熱形式(包括熱泵)進(jìn)行示范工程建設(shè)與推廣。西部的云南、西藏、四川、陜西等省正在著手開發(fā)地?zé)崧糜钨Y源，為發(fā)展當(dāng)?shù)氐穆糜萎a(chǎn)業(yè)增添新品種、新增長(zhǎng)點(diǎn)。全國(guó)各地的地?zé)嶂苯永?，正以?qiáng)勁勢(shì)頭向規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化方向健康發(fā)展。目前我國(guó)地?zé)嶂苯永昧亢艽?，?997年底直接利用的總裝機(jī)容量已達(dá)1.9GW，居世界第一位，但年產(chǎn)能值不高(僅為4717GWh/a)，低于日本(直接利用裝機(jī)容量1159MW，年產(chǎn)能值7500GWh/a)和冰島(直接利用裝機(jī)容量1443MW，年產(chǎn)能值5878GWh/a)。這主要是由于直接利用不同品質(zhì)的地?zé)豳Y源所產(chǎn)生的效益不同。因此，在地?zé)豳Y源的實(shí)際利用中，應(yīng)針對(duì)地?zé)岬奶攸c(diǎn)采用相應(yīng)的利用方法，提高能源的利用率與利用經(jīng)濟(jì)性。在地?zé)豳Y源開發(fā)利用方面，我國(guó)政府正在從政策、資金上加以扶持，從制度上加以引導(dǎo)，以免一哄而上，亂開亂采，造成資源的浪費(fèi)甚至污染環(huán)境。在技術(shù)上吸收了國(guó)外成功的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)（如開采與回灌技術(shù)、發(fā)電與熱利用技術(shù)），引進(jìn)用于中低溫地?zé)崂玫臒岜眉夹g(shù)，來實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的梯級(jí)綜合利用以及提高地?zé)崮茉吹睦寐省＿@使得中低溫地?zé)岬闹苯永萌缃裨谖覈?guó)也非常廣泛，已利用的地?zé)狳c(diǎn)有1300多處，地?zé)岵膳娣e達(dá)800多萬平方米，在天津地區(qū)單個(gè)地?zé)峁┡^(qū)面積已達(dá)8O～1OO萬平方米，與此同時(shí)地?zé)釡厥?、地?zé)狃B(yǎng)殖和溫泉浴療也有了很大的發(fā)展。地?zé)峁┡責(zé)峁┡壳爸饕性谖覈?guó)的北方城市，其基本形式有2種：直接供暖間接供暖直接供暖－就是以地?zé)崴疄楣べ|(zhì)供熱。間接供暖－利用地?zé)崴訜峁峤橘|(zhì)，再利用介質(zhì)循環(huán)供熱。地?zé)崴┡绞降倪x擇主要取決于地?zé)崴爻煞趾蜏囟龋婚g接供暖需要中間換熱器，初投資較大；中間熱交換增加了熱損失，會(huì)大大降低供暖的經(jīng)濟(jì)性。一般都采用直接供暖，間接供暖只用在地?zé)崴|(zhì)差而水溫較高之處。地?zé)豳Y源的利用過程中存在的問題及對(duì)策由于環(huán)保問題日益受到重視，同時(shí)能源的需求量日益增大，因此地?zé)豳Y源的研究、開發(fā)與利用在我國(guó)受到前所未有的重視，尤其在我國(guó)北方的供暖中越來越被關(guān)注。中低溫地?zé)豳Y源的利用如今在我國(guó)局部地區(qū)取得了良好的效果，如北京市和天津市利用地?zé)崴M(jìn)行冬季供暖，為減少化石燃料的使用，改善兩市的大氣環(huán)境產(chǎn)生了良好的效果。我國(guó)從20世紀(jì)70年代后期開始研究發(fā)展地?zé)岚l(fā)電，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)及其它歷史原因，建立的試驗(yàn)性地?zé)犭娬敬蟛糠钟捎谛侍投Ｖ惯\(yùn)行。目前我國(guó)內(nèi)地共有5座地?zé)犭娬救栽谶\(yùn)行，至1996年，全國(guó)地?zé)犭娬究傃b機(jī)容量為32MW(包括臺(tái)灣)。

其中最大的是西藏羊八井地?zé)犭娬?25MW)。西藏羊八井地?zé)犭娬臼且粋€(gè)很好的成功例子，年發(fā)電量超過1億千瓦時(shí)，對(duì)拉薩地區(qū)的供電起著舉足輕重的作用?，F(xiàn)今我國(guó)地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具有了一定的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)可以獨(dú)立建造3O兆瓦以上規(guī)模的地?zé)犭娬?，單機(jī)可以達(dá)到10兆瓦。電站可以進(jìn)行商業(yè)運(yùn)行。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，我國(guó)也已具備施工5000米深度的地?zé)徙@探工程條件和水平，在華北地區(qū)，從事地?zé)徙@探的3200米型鉆機(jī)就有15臺(tái)套，形成全國(guó)最大的地?zé)徙@探群體，具備了大規(guī)模開發(fā)地?zé)崮芰?，并開始朝著專業(yè)化、規(guī)范化方向發(fā)展。在開發(fā)溫泉旅游、療養(yǎng)、娛樂等方面這幾年也得到了迅速的發(fā)展?？梢哉f我國(guó)在地?zé)崮荛_發(fā)利用方面的技術(shù)水平以及在示范點(diǎn)、示范區(qū)所展現(xiàn)出來的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益可以達(dá)到國(guó)際上90年代的水平，目前正在由粗放轉(zhuǎn)入集約。

但是總體上與美國(guó)、日本、冰島等先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)的地?zé)衢_發(fā)利用不論從總量和利用水平上都存在一定的差距。除高溫資源用于發(fā)電外，大部分中低溫地?zé)豳Y源的利用仍停留在簡(jiǎn)單的、原始的利用方式，特別是許多地?zé)崧糜钨e館在利用70～90℃的地?zé)崴畷r(shí)，往往要靠自然冷卻將溫度降低到50℃以下用于洗浴和理療，使大量熱能白白浪費(fèi)掉。究其原因，主要是設(shè)計(jì)規(guī)劃落后，設(shè)備陳舊，設(shè)備的年使用率不高。在地?zé)峥碧健㈤_采、地?zé)崴毓唷⒎栏?、防垢等方面的技術(shù)和設(shè)備同國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比還存在較大的差距。由于我國(guó)長(zhǎng)期處于能源緊張、供應(yīng)短缺的狀態(tài)，而我國(guó)又是地?zé)豳Y源的大國(guó)，加強(qiáng)對(duì)地?zé)崮艿拈_發(fā)利用無疑是一個(gè)很好的解決方法。從節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，地?zé)峁┡谖覈?guó)(尤其在北京、天津、西安等一些大、中城市)已經(jīng)掀起了新一輪高潮。就目前能源短缺的形勢(shì)來看，開發(fā)和利用地?zé)豳Y源，對(duì)我國(guó)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略、保證可持續(xù)發(fā)展等具有重要的意義。五、地?zé)崮軕?yīng)用的前景隨著全世界對(duì)潔凈能源需求的增長(zhǎng)，將會(huì)更多地使用地?zé)帷Ｈ澜绲教幎加械責(zé)豳Y源，特別是在許多發(fā)展中國(guó)家尤其豐富，它們的使用可取代帶來污染的礦物燃料電站。這是非常重要的，因?yàn)橐坏?duì)礦物燃料電廠做出投資，在整個(gè)電廠的壽命期間，將會(huì)發(fā)出大氣污染流，其期限是幾十年的時(shí)間。據(jù)估計(jì)，全世界發(fā)展中國(guó)家從火山系統(tǒng)可取得80000兆瓦的地?zé)岚l(fā)電。印尼的地?zé)釢摿瓦_(dá)到19000兆瓦。地?zé)岚l(fā)電廠的規(guī)模大約為300千瓦～55兆瓦(凈電功率)。地?zé)岬闹苯討?yīng)用，全世界使用量在9000兆瓦(熱功率)以上。愛爾蘭幾乎全部家庭和大樓都用地?zé)?。美?guó)的幾個(gè)城市和新西蘭也在使用地?zé)徇M(jìn)行采暖。對(duì)地?zé)岬难芯亢烷_發(fā)最終將使人類能使用含在不同深度的巖石中而不單單是火山地區(qū)中的巨大地?zé)崮?。一旦進(jìn)入這一階段，地?zé)崮軐⒐?yīng)全世界所需用電與熱量的25%～50%。國(guó)際能源專家普遍認(rèn)為新能源和可再生能源是21世紀(jì)鼎盛發(fā)展的能源，預(yù)測(cè)到2100年它在世界能源總值中將占有30%～80%。因此在不久的將來，無論從保護(hù)環(huán)境還是從節(jié)約資源的角度來看，加速開發(fā)作為新能源的地?zé)崮軐?huì)成為世界各國(guó)重要的發(fā)展機(jī)遇，地?zé)崮芤矔?huì)成為各國(guó)的能源支柱之一。

六、地?zé)崮茉谇把仡I(lǐng)域的發(fā)展地?zé)崮艿拈_發(fā)利用己有較長(zhǎng)的時(shí)間，包括地?zé)岚l(fā)電、地?zé)嶂评涞燃夹g(shù)都己比較成熟。結(jié)合國(guó)內(nèi)地?zé)?源)能開發(fā)的特點(diǎn)和國(guó)外地?zé)?源)能利用的現(xiàn)狀，目前在地?zé)崮芾弥械那把仡I(lǐng)域大體為以下三個(gè)方面：地?zé)?源)熱泵技術(shù)地?zé)嶂评淇照{(diào)技術(shù)地?zé)崮芴菁?jí)綜合利用技術(shù)1.地(源)熱泵技術(shù)地?zé)岜?Geothermalheatpump)也稱為地源熱泵(Groundsourceheatpump)，它是以地源能(土壤、地下水、地表水和低溫地?zé)崴?或地?zé)嵛菜鳛闊岜孟募局评涞睦鋮s源、冬季采暖供熱的低溫?zé)嵩?，?shí)現(xiàn)采暖、制冷、供生活熱水，替代傳統(tǒng)的制冷機(jī)十鍋爐的建筑物主調(diào)、采暖、供熱模式，是改善城市大氣環(huán)境、節(jié)約能源的一種有效途徑，是地源能利用一個(gè)新的發(fā)展方向。2.地?zé)嶂评淇照{(diào)技術(shù)地?zé)嶂评淇照{(diào)技術(shù)的核心部分是熱水型溴化鋰吸收式制冷技術(shù)。國(guó)內(nèi)外在溴化鋰吸收式制冷技術(shù)方面的研究都己比較成熟，產(chǎn)品開發(fā)大都為蒸汽型和直燃型兩種機(jī)組。熱水型溴化鋰兩級(jí)吸收式制冷機(jī)的研制成功使得這項(xiàng)制冷技術(shù)有效地與我國(guó)中低溫地?zé)?70～90℃)相結(jié)合，成為地?zé)崮苤苯永靡粋€(gè)新的開發(fā)領(lǐng)域。3.地?zé)崮芴菁?jí)綜合利用技術(shù)地?zé)崮芴菁?jí)綜合利用技術(shù)是目前解決地?zé)崮艿膯我焕玫挠行Х椒?。結(jié)合國(guó)內(nèi)外地?zé)崮艿拈_發(fā)利用情況，可以發(fā)現(xiàn)，地?zé)崮艿睦寐瘦^低，過高的地?zé)崴欧艤囟炔粌H造成了地?zé)豳Y源的浪費(fèi)，還給環(huán)境帶來了負(fù)面影響。為此，國(guó)外一些國(guó)家開始提倡“梯級(jí)利用”，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，能量綜合利用效率達(dá)到70%以上。因此地?zé)崮芴菁?jí)綜合利用技術(shù)的廣泛采用將成為日后地?zé)崮軕?yīng)用的一個(gè)主旋律。七、國(guó)外地?zé)岜眉夹g(shù)應(yīng)用的歷史與發(fā)展最早的地?zé)岜谜Q生于美國(guó)，1954年美國(guó)人發(fā)明了世界上第一臺(tái)地?zé)岜?，其工作原理與今天的地?zé)岜孟嗤?，只是體積較大，機(jī)械功和熱效率要比現(xiàn)今的地?zé)岜孟到y(tǒng)低得多。上世紀(jì)70年代初期，北歐國(guó)家的科技工作者開始了地?zé)岜玫膶?shí)際利用研究與開發(fā)，并得到了國(guó)家政府的強(qiáng)大支持。1974年起，瑞士、荷蘭和瑞典等國(guó)家政府資助的示范工程逐步建立起來，地?zé)岜蒙a(chǎn)技術(shù)逐步完善。從系統(tǒng)技術(shù)上來說，這個(gè)時(shí)期的地下熱傳導(dǎo)體系大多采用的是地下水直接利用方式，要求有一定的水溫，而且技術(shù)相對(duì)粗糙，甚至沒有回灌井。1970年代后期，瑞典科學(xué)家開始研究地下開放式的循環(huán)采熱系統(tǒng)。1980年代是地?zé)岜眉夹g(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期。北美國(guó)家的政府機(jī)構(gòu)和科研單位大力開發(fā)地?zé)岜玫南到y(tǒng)技術(shù)，美國(guó)能源部接連資助了兩所大學(xué)、兩家公司的研究和開發(fā)機(jī)構(gòu)，在俄克拉荷馬州立大學(xué)成立了國(guó)際地?zé)岜寐?lián)合會(huì)。同時(shí)美國(guó)地調(diào)所也開展了地?zé)岜脩?yīng)用前景的調(diào)查，對(duì)美國(guó)中西部七個(gè)州的地下淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、大地?zé)崃鳌醾鲗?dǎo)、地下水位、水量以及地?zé)岜美贸潭茸龀鲈敿?xì)評(píng)價(jià)，提供相應(yīng)圖片。這一時(shí)期，美國(guó)的地?zé)岜蒙a(chǎn)廠家十分活躍，成立了全國(guó)地?zé)岜蒙a(chǎn)商聯(lián)合會(huì)并且逐步完善了安裝工程網(wǎng)絡(luò)。歐洲國(guó)家以瑞士、瑞典和奧地利等國(guó)家為代表，大力推廣地?zé)岜霉┡椭评浼夹g(shù)，國(guó)家政府采取了相應(yīng)的補(bǔ)助政策和保護(hù)政策，使得地?zé)岜蒙a(chǎn)和使用范圍迅速擴(kuò)大。1980年代后期，地?zé)岜眉夹g(shù)已臻于成熟，更多的科學(xué)家致力于地下系統(tǒng)的研究，努力提高熱吸收和熱傳導(dǎo)效率，同時(shí)越來越重視環(huán)境的影響問題。地?zé)岜蒙a(chǎn)呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，瑞士和瑞典的年遞增率超過10%。當(dāng)時(shí)美國(guó)的地?zé)岜蒙a(chǎn)和推廣速度很快，技術(shù)產(chǎn)生了飛躍性的發(fā)展，成為世界上地?zé)岜蒙a(chǎn)和使用的頭號(hào)大國(guó)。1990年代以來，歐美國(guó)家的科技工作者聯(lián)系更加密切，共同開發(fā)出地下封閉循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)和井中熱交換技術(shù)。這種技術(shù)不僅完全解決了抽取地下水造成的環(huán)境問題，而且也使地?zé)岜貌膳夹g(shù)應(yīng)用于缺少地下水的地區(qū)和地下水質(zhì)量惡劣的地區(qū)。

根據(jù)國(guó)際上1995至1999年的數(shù)字統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家地?zé)岜卯a(chǎn)品的發(fā)展勢(shì)頭十分可觀。美歐日等國(guó)家的地?zé)岜美们闆r如下：美國(guó)：封閉循環(huán)的地?zé)岜孟到y(tǒng)已經(jīng)安裝了20萬套以上(開放循環(huán)的地?zé)岜孟到y(tǒng)大約有35萬至40萬套)，每年遞增約20%，到2000年每年安裝5～6萬套地?zé)岜孟到y(tǒng)，其中有4萬套為封閉循環(huán)的地?zé)岜孟到y(tǒng)。加拿大：地?zé)岜眉夹g(shù)發(fā)展稍晚，其中封閉循環(huán)地?zé)岜孟到y(tǒng)在加拿大剛剛開始，至1994年，僅有7000～8000套封閉循環(huán)地?zé)岜孟到y(tǒng)投入使用，加上開放系統(tǒng)地?zé)岜每倲?shù)不超過萬臺(tái)。瑞典：在地?zé)岜脩?yīng)用初期，瑞典政府采取了一定的補(bǔ)貼政策，1990年代以來，政府補(bǔ)貼取消，但地?zé)岜冒惭b仍以1000套/年的速度遞增。瑞典全國(guó)已經(jīng)安裝了23萬套地?zé)岜?，其中約5萬套為封閉循環(huán)的地?zé)岜孟到y(tǒng)。瑞士：瑞士是世界上地?zé)岜脩?yīng)用人均比例最高的國(guó)家，其中封閉循環(huán)地?zé)岜孟到y(tǒng)所占比例越來越高，至1998年，總數(shù)達(dá)到20萬臺(tái)以上，號(hào)稱世界上封閉循環(huán)地?zé)岜孟到y(tǒng)密度最大的國(guó)家。奧地利：奧地利是一個(gè)獨(dú)立發(fā)展地?zé)岜眉夹g(shù)的國(guó)家，地?zé)岜蒙a(chǎn)技術(shù)和安裝技術(shù)自成體系。據(jù)1995年的資料統(tǒng)計(jì)，封閉循環(huán)地?zé)岜孟到y(tǒng)占地?zé)岜冒惭b總數(shù)的65%以上。日本：日本的地?zé)岜弥圃旒夹g(shù)水平也較高，年生產(chǎn)量達(dá)到400萬臺(tái)。

八、國(guó)內(nèi)地?zé)岜眉夹g(shù)的應(yīng)用歷史與現(xiàn)狀我國(guó)從1995年開始學(xué)習(xí)和引進(jìn)歐洲產(chǎn)品，并且開始研制地?zé)岜?。直?997年才出現(xiàn)有規(guī)模的地?zé)岜霉┡评湎到y(tǒng)，而且全部為開放循環(huán)體系。從1999年上半年起國(guó)家環(huán)?？偩?、國(guó)家建設(shè)部、科技部等單獨(dú)或聯(lián)合召開了兩次產(chǎn)品推銷會(huì)和地?zé)岜脩?yīng)用現(xiàn)場(chǎng)會(huì)，極大地促進(jìn)了地?zé)岜卯a(chǎn)品進(jìn)入供暖市場(chǎng)。作為環(huán)保科技新產(chǎn)品已經(jīng)受到了政府各部門的高度重視，從世界經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來看，中國(guó)是將來世界上最大的地?zé)岜媒?jīng)濟(jì)和技術(shù)市場(chǎng)。在中國(guó)，地?zé)岜眉夹g(shù)將會(huì)取得最大環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。瑞士學(xué)者Rybach(1999)指出：中國(guó)是世界上直接利用地?zé)釢摿ψ畲蟮膰?guó)家，在世界上名列第一。其主要原因在于：(1)中國(guó)幅員遼闊，近地表低溫地?zé)豳Y源豐富；(2)中國(guó)人口眾多，采暖和制冷工業(yè)的基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，將來的需求量無可比擬。但是到目前為止，中國(guó)地?zé)嶂苯永眉夹g(shù)尚沒有得到足夠重視。2000年6月在日本召開了第15屆國(guó)際地?zé)岽髸?huì)，Rybach擔(dān)任大會(huì)主席，他認(rèn)為在地?zé)嶂苯永妙I(lǐng)域，地?zé)岜脤⑹亲罨钴S的一項(xiàng)新技術(shù)產(chǎn)品，可能占我國(guó)地?zé)嶂苯永媚芰靠偤偷?0%以上。我國(guó)科技工作者對(duì)地?zé)岜眉夹g(shù)研究甚少，產(chǎn)品單一，缺乏完善的市場(chǎng)體系，因而在地?zé)岜猛茝V過程中存在很大困難，但是隨著國(guó)際交流的擴(kuò)展和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的完善，地?zé)岜眉夹g(shù)和產(chǎn)品必將在中國(guó)得到發(fā)展。1.地?zé)岜眉夹g(shù)簡(jiǎn)述地?zé)岜檬且环N有益環(huán)境、節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)可行的建筑物供暖及制冷的新技術(shù)，它利用地下相對(duì)穩(wěn)定的土壤溫度，通過深藏于建筑物下面的管路系統(tǒng)與地表建筑物進(jìn)行熱交換，可一年四季方便地調(diào)節(jié)建筑物內(nèi)的溫度。由于該制冷供熱方式不存在能量形式的轉(zhuǎn)換，完全是一種能量的“搬運(yùn)”過程，因而其能量轉(zhuǎn)換效率高，運(yùn)行成本低，是目前各國(guó)政府及科研部門均十分關(guān)注的一門新技術(shù)。2.地?zé)岜眉夹g(shù)的工作原理地?zé)岜眉夹g(shù)是一種利用淺層常溫土壤中的能量作為能源的先進(jìn)的新型空調(diào)技術(shù)，其具有高效節(jié)能、無污染、運(yùn)行成本低、既可供暖又可制冷等優(yōu)點(diǎn)。在地?zé)岜孟到y(tǒng)中，它總是從低溫?zé)嵩次諢崃浚蚋邷責(zé)嵩捶艧?。所以，一個(gè)溫度相對(duì)穩(wěn)定低溫?zé)嵩磳?duì)這個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要。而地?zé)岜镁褪抢玫叵鲁赝寥阑虻叵滤疁囟认鄬?duì)穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水與建筑內(nèi)部完成熱量交換的裝置。根據(jù)卡諾循環(huán)的原理，地?zé)岜眉瓤晒嵊挚芍评?。?duì)于地下的循環(huán)系統(tǒng)來說，供熱時(shí)是低溫?zé)嵩?，制冷時(shí)是高溫?zé)嵩础Ｋ耆恍枰魏蔚娜斯嵩?，徹底取代了鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的集中供暖方式。冬季供暖，夏季制冷，一舉兩得。在供暖時(shí)地?zé)岜眉夹g(shù)可吸收土壤中的熱能，再將其轉(zhuǎn)移到室內(nèi)，制熱系數(shù)高達(dá)3.5到4.5，而鍋爐僅為0.7到0.9，可節(jié)省70%以上的能源和40%到60%的運(yùn)行成本；制冷時(shí)比普通空調(diào)節(jié)能40%到50%，運(yùn)行費(fèi)用降低40%以上。能量利用效率高、節(jié)能能力強(qiáng)、運(yùn)行成本低，這都為地?zé)岜眉夹g(shù)的商業(yè)推廣創(chuàng)造了條件。3.地?zé)岜眉夹g(shù)的主要分類：地?zé)岜眉夹g(shù)主要分為：（1）以美國(guó)技術(shù)為代表的土-氣型地?zé)岜眉夹g(shù)（2）以北歐技術(shù)為代表的水-水型地?zé)岜眉夹g(shù)（1）土-氣型地?zé)岜眉夹g(shù)從淺層土壤或地下水中吸收熱量或向其放熱，通過分布于各處的地?zé)岜脵C(jī)組直接轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)或冷風(fēng)為用戶供暖或制冷。（2）水-水型地?zé)岜眉夹g(shù)從地下水中吸熱或放熱，經(jīng)過地?zé)岜脵C(jī)組轉(zhuǎn)換成熱水或冷水，然后再經(jīng)過分布于各處的風(fēng)機(jī)管網(wǎng)轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)或者冷風(fēng)給用戶供暖或制冷。從技術(shù)原理來看:土-氣型地?zé)岜眉夹g(shù)由于受到的限制較少，使用范圍更大，更靈活。而且由于減少了能量轉(zhuǎn)換的過程，使能量損失降至最低。能量利用的效率得到了提高，運(yùn)行成本也降低了，所以應(yīng)該更加提倡使用土-氣型地?zé)岜眉夹g(shù)。4.地?zé)岜玫幕窘Y(jié)構(gòu)地?zé)岜弥饕形鍌€(gè)部件組成:壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹器、調(diào)節(jié)閥和制冷劑。（1）壓縮機(jī)主要是將膨脹器中產(chǎn)生的制冷劑蒸汽加壓，使之體積縮小，溫度升高，不斷流向冷凝器。它可以被視為地?zé)岜玫男呐K。（2）膨脹器是將低溫?zé)嵩粗械臒崃课盏降責(zé)岜玫闹评鋭┲?，使之汽化，并?jīng)過壓縮機(jī)加壓成為高溫高壓氣體流。（3）冷凝器能將膨脹器中產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至高溫?zé)嵩粗校瑫r(shí)使氣態(tài)制冷劑還原成液態(tài)（4）調(diào)節(jié)閥是制冷劑的節(jié)流裝置，主要功能有兩個(gè)：首先是對(duì)高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流降壓，保證冷凝器和膨脹器之間的壓力差；其次調(diào)整進(jìn)入膨脹器中的制冷劑流量，以適應(yīng)膨脹器的熱負(fù)荷變化，保證制冷裝置正常運(yùn)行。（5）制冷劑是制冷循環(huán)的工作介質(zhì)，在膨脹器中液化時(shí)吸收熱，在冷凝器中凝結(jié)時(shí)放熱。目前常用的有氟立昂類、氨水和少數(shù)碳?xì)浠衔锏?。圖3-1地?zé)岜脙?nèi)部熱轉(zhuǎn)換示意圖八、地?zé)崮芴菁?jí)利用供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介所謂的地?zé)崮芴菁?jí)利用供暖系統(tǒng)就是利用多臺(tái)或多組供暖設(shè)備及熱泵通過換熱器采用串聯(lián)的方式，使地?zé)崴疁囟戎鸺?jí)降低，以達(dá)到充分利用地?zé)崮転槟康牡牡責(zé)崮芄┡到y(tǒng)。1.地?zé)崮芴菁?jí)利用供暖系統(tǒng)基本原理：由于目前單臺(tái)或單組供暖設(shè)備所能產(chǎn)生的溫降是有限的，為了能充分地利用地?zé)崮埽枰捎脦着_(tái)或幾組供暖設(shè)備串聯(lián)的方式，使地?zé)崴档嚼硐氲臏囟?，再予以回灌。同時(shí)地?zé)崴话愫写罅康牡V物質(zhì)以及腐蝕性物質(zhì)，工程上常常通過使用耐腐蝕的鈦板換熱器把地?zé)崴凸┡O(shè)備隔離。與常用的供暖空調(diào)系統(tǒng)相比，地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)工程模式的設(shè)計(jì)要復(fù)雜的多。這主要是因?yàn)榇嬖诩?jí)數(shù)的確定問題。級(jí)數(shù)確定的影響因素非常多，包括地?zé)峋膮?shù)，建筑物的使用功能，供暖設(shè)備的選擇等等。因此，合理的地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地?zé)峋那闆r以及使用地?zé)岬慕ㄖ锞唧w情況決定。（1）地?zé)岜孟到y(tǒng)簡(jiǎn)介地?zé)岜孟到y(tǒng)可以分為三個(gè)部分，地上熱傳導(dǎo)部分、地?zé)岜貌糠趾偷叵聼峤粨Q部分。地上部分可以與傳統(tǒng)的鍋爐采暖系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，原理相對(duì)簡(jiǎn)單，而地下部分則是地?zé)岜霉ぷ餍阅艿年P(guān)鍵。目前國(guó)際上流行的地下循環(huán)系統(tǒng)有兩種：1）開放循環(huán)系統(tǒng)開放循環(huán)系統(tǒng)是利用地下水作為直接熱媒，所以此種系統(tǒng)常常被稱為“地下水源熱泵”。系統(tǒng)基本由抽水井、回灌井或地表水系組成(見下圖3-2)圖3-2開放循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，比封閉系統(tǒng)少鉆井費(fèi)用，如果地下水用過后被用于灌溉等其他用途，運(yùn)行費(fèi)用將會(huì)更低。缺點(diǎn)：需水量大，可用的水源可能受到限制，熱泵的傳熱效率受到懸浮物、腐蝕性物質(zhì)、水垢和細(xì)菌微生物等的影響，泵的能耗會(huì)非常大。如果需回灌井，費(fèi)用將很高。2）封閉循環(huán)系統(tǒng)封閉循環(huán)系統(tǒng)主要用在地下水不足的地區(qū)。它是利用低溫地?zé)峒訙厝斯ぷ⑷氲牟蔁崦襟w，一般為水和防凍液的混合物，經(jīng)過地?zé)岜冕尫懦鰺崃吭傺h(huán)至地下。由于我國(guó)大部分地區(qū)特別是冬季寒冷地區(qū)屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)，故開放式地下循環(huán)系統(tǒng)研究?jī)r(jià)值不大，而封閉循環(huán)系統(tǒng)則顯示出其優(yōu)越的開發(fā)前景。目前國(guó)際上流行的封閉循環(huán)系統(tǒng)有如下幾種不同的設(shè)計(jì)：(1)水平環(huán)路：一般用在面積充裕的場(chǎng)合。管子埋在溝里，位于地下1.2～3m。每個(gè)溝里埋有1到6根管子。盡管這樣管子的長(zhǎng)度增加了，但是節(jié)省了土地使用面積，管溝的數(shù)量減少了，成本也降下來了。管溝的長(zhǎng)度是在8.7～34.6m/kW，取決于土壤條件和管溝中敷設(shè)的管道數(shù)量。該系統(tǒng)由于使用面積大，常用于住宅建筑(見圖3-3)。優(yōu)點(diǎn):管溝的造價(jià)低于打井費(fèi)用，可以靈活安裝；缺點(diǎn):使用土地面積大，淺層地表的溫度受氣候影響較大。土壤傳熱特性隨著氣候、雨水、埋設(shè)深度而波動(dòng)。圖3-3水平環(huán)路(2)螺旋形環(huán)路螺旋形環(huán)路是水平環(huán)路的一個(gè)變種，如圖3-4所示，在管溝內(nèi)螺旋狀擺放。還有一種類型是將管子螺旋狀放入豎直管溝內(nèi)。螺旋狀環(huán)路所需要的管子更長(zhǎng)，一般約為43.3~86.6m/kW，但是所需管溝比水平環(huán)路要少。它同樣適用于土地面積較大的場(chǎng)所。優(yōu)點(diǎn):螺旋形環(huán)路具有比其他形式的水平環(huán)路占地少，安裝費(fèi)用相對(duì)較少的。缺點(diǎn):所需管子較長(zhǎng)，受天氣影響較大，泵功率要求較大，管路系統(tǒng)容易在填埋時(shí)受損害。

圖3-4螺旋形環(huán)路(3)垂直環(huán)路垂直環(huán)路如圖3-5所示，其主要適用于土地面積受到限制的場(chǎng)所。一般井深大約為22.9～91.4米。閉式管路插入垂直井中，一般是17.4~52.2米/千瓦，具體數(shù)值取決于土壤和溫度條件。一般要打多個(gè)井，間距是3.0～4.9米。管子可以串聯(lián)也可以并聯(lián)。垂直環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)：在所有閉式系統(tǒng)中所需管長(zhǎng)最小，所需泵的功率最小，所占土地面積最小，土壤溫度不受天氣影響。缺點(diǎn)：需要鉆井設(shè)備，而且鉆井費(fèi)用較水平管溝高。圖3-5垂直環(huán)路(4)閉式潛入式系統(tǒng)：如果附近有適宜的水塘或者湖泊，就可以采用閉式潛入式系統(tǒng)，如圖3-6所示。這種類型需要足夠大的水面積和足夠深的深度來滿足供冷或供熱需求，一般需26.0米/千瓦和79.2平方米/千瓦。水池最好有1.5英畝的總面積。優(yōu)點(diǎn):主要包括所需管長(zhǎng)最短，如果條件許可，費(fèi)用較少。缺點(diǎn):附近需要有水塘。圖3-6閉式潛入式系統(tǒng)2.垂直鉆孔埋設(shè)法設(shè)計(jì)原理基本原理為在垂直鉆孔中埋入地下采熱系統(tǒng)，在系統(tǒng)中注入采熱媒體，采熱系統(tǒng)與地?zé)岜孟噙B。采熱媒體在地下循環(huán)的過程中吸取低溫地?zé)岫患訙?，在流?jīng)地?zé)岜玫呐蛎浧鲿r(shí)，制冷劑被蒸發(fā)而吸取熱量，所吸取的熱量最終被傳導(dǎo)至建筑物中。3.地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)級(jí)數(shù)的影響因素地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)主要由地?zé)峁┡苯永煤烷g接利用兩部分組成,因此，籠統(tǒng)的說，地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)可以分為兩級(jí)。如果地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)的級(jí)數(shù)是指地?zé)崴畟?cè)板換串聯(lián)或供暖設(shè)備串聯(lián)的級(jí)數(shù)，其級(jí)數(shù)的確定則比較復(fù)雜。地?zé)崮芴菁?jí)利用系統(tǒng)的級(jí)數(shù)主要與三個(gè)因素有關(guān)：熱能的用途地?zé)崴毓鄿囟鹊責(zé)崴┧疁囟?1)地?zé)崮艿挠猛局饕侵覆煌瑹崮苡猛镜墓┧疁囟?、回水溫度以及所產(chǎn)生的溫降對(duì)級(jí)數(shù)的影響。對(duì)于低溫地?zé)崴?，用途主要有供暖、游泳池、洗浴、養(yǎng)殖等。對(duì)于不同的供暖方式(見表3.1)以及用途，其供水溫度與回水溫度也是不同的。熱用戶終端設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)℃實(shí)際運(yùn)行溫度℃供水溫度回水溫度供水溫度回水溫度暖氣片957075～6060～50風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組605060～4550～38地板供暖60～4550～3560～4050～35表3.1不同供熱終端設(shè)備要求的設(shè)計(jì)溫度和運(yùn)行溫度熱用戶終端設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)℃實(shí)際運(yùn)行溫度℃供水溫度回水溫度供水溫度回水溫度淋浴用水42———游泳池28～2626～2428～2626～4水源熱泵水源側(cè)深井地?zé)崴?蒸發(fā)器側(cè))35～3030～1535～20—表3.1(續(xù))不同供熱終端設(shè)備要求的設(shè)計(jì)溫度和運(yùn)行溫度從表3.1中可以看出，從上至下的不同地?zé)嵊脩艄⒒厮疁囟然旧闲纬梢粋€(gè)逐漸梯級(jí)降低的趨勢(shì)，這就為地?zé)崮艿奶菁?jí)利用提供了可能。只要根據(jù)建筑的需要選用合適的熱能利用方式，使它們的供、回水溫度形成梯級(jí)降低。也就是說，上一級(jí)的回水溫度和下一級(jí)的供水溫度相匹配，這樣就可以對(duì)地?zé)徇M(jìn)行適當(dāng)?shù)奶菁?jí)利用。而不同熱能利用方式所產(chǎn)生的溫降則直接影響到梯級(jí)利用的級(jí)數(shù)。較大的溫降可以減少級(jí)數(shù)，使系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，便于控制。（2）地?zé)崴┧疁囟葘?duì)于某一確定建筑物，其熱能用途和供暖形式一旦確定，供暖設(shè)備產(chǎn)生的溫降也己相對(duì)確定。此時(shí)，地?zé)崴┧疁囟鹊母叩蛣t會(huì)影響到級(jí)數(shù)的數(shù)量。地?zé)崴疁囟仍礁?，可能需要的?jí)數(shù)越多。（3）地?zé)崴毓鄿囟扰c地?zé)崴┧疁囟认喾?，一旦其它條件已經(jīng)確定，地?zé)崴毓鄿囟仍降?，系統(tǒng)需要的級(jí)數(shù)則會(huì)越多。目前，地?zé)崴毓鄿囟炔]有一個(gè)明確的數(shù)值限制，最終還是基本上由使用者自己確定。不過一般認(rèn)為地?zé)崴毓鄿囟鹊拇_定應(yīng)考慮下面三個(gè)因素：1)對(duì)地?zé)峁┡到y(tǒng)性能的影響：地?zé)崴幕毓鄿囟葧?huì)影響系統(tǒng)的性能。溫度越高，熱泵的水源側(cè)入口溫度就越高，熱泵的效率也越高，從而導(dǎo)致地?zé)峁┡到y(tǒng)的總效率越高，而地?zé)崮芾眯蕜t會(huì)有所降低。因此，應(yīng)在地?zé)峁┡到y(tǒng)的總效率和地?zé)崮芾眯手g找到一個(gè)相對(duì)平衡點(diǎn)。2)政府相關(guān)政策的規(guī)定：在《北京市地?zé)豳Y源管理辦法》中規(guī)定：熱水型地?zé)崾侵笢囟仍?5℃以上(含25℃)的基巖水和天然露出的溫泉。目前尚無法預(yù)測(cè)低溫地?zé)崴毓嘀镣瑢拥叵滤畬訒r(shí)，對(duì)地質(zhì)的影響。因此，地質(zhì)學(xué)專家以及政府的相關(guān)主管部門建議地?zé)崴幕毓鄿囟炔坏陀?0℃。但根據(jù)與地質(zhì)部門的探討，短時(shí)間的低于20℃的回水溫度應(yīng)該不引起對(duì)熱儲(chǔ)的重大影響，所以短時(shí)間更低溫度的回灌也是允許的。3)運(yùn)行實(shí)踐：從實(shí)際運(yùn)行過程中分析運(yùn)行記錄，再根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定合適的地?zé)崴毓鄿囟取？傊C合考慮熱能的用途、地?zé)崴毓鄿囟?、地?zé)崴臏囟冗@三個(gè)因素的影響，才能設(shè)計(jì)出合理的地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)。4.地?zé)崮芴菁?jí)利用供暖系統(tǒng)級(jí)數(shù)的確定在目前我國(guó)常用的供暖方式中，可以利用地?zé)崴M(jìn)行供暖的方式主要有暖氣片供暖、風(fēng)機(jī)盤管、地板供暖。通常采用氟利昂或替代工質(zhì)的熱泵作為采暖設(shè)備現(xiàn)在也普遍使用。因此，下面就使用這幾種供暖方式，討論不同溫度的地?zé)崴糜诠┡奶菁?jí)利用系統(tǒng)級(jí)數(shù)的確定。主要由直接利用和間接利用兩部分組成。（1）對(duì)于60℃以上(即可以直接采用暖氣片供暖的水溫)的地?zé)崴?)直接利用部分級(jí)數(shù)的確定：一般可以分為2級(jí)，級(jí)數(shù)的劃定不是依據(jù)串聯(lián)的級(jí)數(shù)，而主要是根據(jù)不同的供暖形式。即第一級(jí)采用暖氣片供暖，地?zé)崴?jīng)板換換熱為暖氣片提供熱源，地?zé)崴疁囟缺唤抵?5℃左右；第二級(jí)采用風(fēng)機(jī)盤管或地板供暖，地?zé)崴?jīng)板換換熱為風(fēng)機(jī)盤管或地板供暖系統(tǒng)提供熱源，地?zé)崴疁囟缺唤抵?0℃左右。2)間接利用部分級(jí)數(shù)的確定：40℃以下的地?zé)崴翰贿m用于目前常用的供暖末端設(shè)備。因此，需要選用熱泵提升水溫。一般的系統(tǒng)形式如下：利用板式換熱器，熱泵的蒸發(fā)器側(cè)(水源側(cè))循環(huán)水與地?zé)崴粨Q熱量后，使循環(huán)水的溫度升高但不超過采用的熱泵設(shè)備蒸發(fā)器側(cè)入口水溫的上限，通過熱泵提升熱泵冷凝器側(cè)(負(fù)荷側(cè))水的溫度，供給用戶。當(dāng)?shù)責(zé)崴毓鄿囟却_定為20℃時(shí)，對(duì)級(jí)數(shù)產(chǎn)生影響的主要因素就是熱泵設(shè)備的冬季水源側(cè)(蒸發(fā)器)入口水溫的上限及其溫降。據(jù)調(diào)研，目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的熱泵(高溫?zé)岜贸?，冬季水源側(cè)入口水溫的上限最大為35℃；而熱泵的蒸發(fā)器側(cè)額定溫降一般為5℃。此時(shí)間接利用部分的級(jí)數(shù)為3級(jí)。但是，由于系統(tǒng)串聯(lián)的級(jí)數(shù)越多，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)越復(fù)雜，對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的控制、調(diào)試以及穩(wěn)定性都會(huì)產(chǎn)生影響，因此，可以通過減小蒸發(fā)器側(cè)水量的方法，使蒸發(fā)器側(cè)的溫降加大。一般確定熱泵的蒸發(fā)器側(cè)溫降為7℃左右，這樣間接利用部分的級(jí)數(shù)為2級(jí)。因此，間接利用部分的級(jí)數(shù)一般為2～3級(jí)。而對(duì)于60℃以上的地?zé)崴?，其系統(tǒng)級(jí)數(shù)一般為4～5級(jí)。（2）對(duì)于45～60℃之間的地?zé)崴褐苯永貌糠?級(jí)，即采用風(fēng)機(jī)盤管或地板供暖，地?zé)崴山抵?0℃左右。間接利用的級(jí)數(shù)同60℃以上的地?zé)崴到y(tǒng)。因此，對(duì)于45～60℃之間的地?zé)崴?，其系統(tǒng)級(jí)數(shù)一般為3～4級(jí)。（3）對(duì)于20～45℃之間的地?zé)崴河捎谝训陀谥苯永玫墓┧疁囟纫?，只能間接利用，因此對(duì)于45℃以下的地?zé)崴?，也?yīng)根據(jù)地?zé)崴疁囟却_定級(jí)數(shù)：當(dāng)?shù)責(zé)崴疁囟葹?5～45℃，其系統(tǒng)級(jí)數(shù)一般為2～3級(jí)；當(dāng)?shù)責(zé)崴疁囟葹?0～35℃，其系統(tǒng)級(jí)數(shù)一般為1～2級(jí)；當(dāng)?shù)責(zé)崴疁囟葹?0～30℃，其系統(tǒng)級(jí)數(shù)一般僅有1級(jí)。5.采用地?zé)崮芴菁?jí)利用供暖系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響（1）技術(shù)性能采用梯級(jí)利用方案后，將會(huì)使系統(tǒng)的技術(shù)性能得到極大的提升，而且地?zé)嵯到y(tǒng)總效率將會(huì)維持在一個(gè)很高的水平。但同時(shí)也存在一個(gè)缺點(diǎn)，即對(duì)于地?zé)崴康男枨髮⒁黾?。?）經(jīng)濟(jì)性能采用梯級(jí)利用系統(tǒng)，將會(huì)使前期投資減少，而且運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他類型的供暖系統(tǒng)。因此，無論是從系統(tǒng)的技術(shù)性能還是從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能分析，采用地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他類型的供暖系統(tǒng)。這就是推廣采用地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)的主要原因。九、地?zé)峁┡痉豆こ虒ｎ}研究北京工業(yè)大學(xué)地?zé)岣艣r：1999年底，北京市發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)給“北京工業(yè)大學(xué)地?zé)峁┡痉豆こ獭绷㈨?xiàng)，同時(shí)北京工業(yè)大學(xué)地?zé)峁┡痉豆こ陶n題組成立，并且在北京工業(yè)大學(xué)校園內(nèi)開鑿了兩口地?zé)崴a(chǎn)井、一口地?zé)崴毓嗑?，開始了地?zé)崴玫难芯俊?000年初，在地?zé)峋形赐瓿砷_鑿時(shí)，即投資建設(shè)500平方米的小型“地?zé)崽菁?jí)利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”，并進(jìn)行前期測(cè)試，系統(tǒng)包含:低溫暖氣片組，低溫地板供暖，水-水熱泵，水-氣熱泵。為各項(xiàng)工程進(jìn)行了準(zhǔn)備工作。2000年6月第一口地?zé)峋?京熱95井在大學(xué)校園內(nèi)開鑿成功，水溫52℃，水量70m3/h。通過對(duì)北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院辦公樓地?zé)峁┡脑旃こ痰难芯浚瑢?duì)其改造后的系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試，包含水-水熱泵的利用效率等，以此來了解地?zé)岜玫膶?shí)際工作狀況與性能。井編號(hào)京熱-95京熱-115京熱灌-6驗(yàn)收日期2000年6月7日2001年4月28號(hào)2002年2月20日井深1580米1623米1859米出水溫度51.5℃52℃42℃出水量1700m3/day2084m3/day1008m3/day表3.2北京工業(yè)大學(xué)地?zé)峋艣r1.負(fù)荷的確定（1）設(shè)計(jì)指標(biāo)北京市室外計(jì)算干球溫度：冬季為-9℃，夏季為33.4℃。室內(nèi)計(jì)算溫度見下表3.3。序號(hào)房間名稱計(jì)算溫度℃冬季夏季1辦公室18272大廳16無表3.3室內(nèi)計(jì)算溫度

2.水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前的供暖方式對(duì)供水溫度都有一定的水溫要求，如暖氣片供暖系統(tǒng)，設(shè)計(jì)供水溫度要求為95℃，在實(shí)際運(yùn)行中，供水溫度一般也在60℃以上；以風(fēng)機(jī)盤管作為末端的供暖系統(tǒng)，供水溫度設(shè)計(jì)要求為60℃；即使是水溫要求較低的地板輻射供暖系統(tǒng)，一般也要求供水溫度不低于40℃。當(dāng)采用這些常用的供暖方式利用低溫地?zé)嶂苯庸┡瘯r(shí)，地?zé)崴幕厮疁囟热詴?huì)在30℃以上。因此，如果要對(duì)地?zé)崴M(jìn)一步梯級(jí)利用，必須采用熱泵，使地?zé)崴疁囟仍俅谓档?。但這里存在一個(gè)問題，目前常用的低溫?zé)岜?，其制熱工況下的水源側(cè)(蒸發(fā)器側(cè))供水溫度額定參數(shù)為21℃，一般要求水溫不超過此溫度。而直接利用后的熱水溫度一般均超過此溫度，如果要滿足溫度要求，還需要通過板式換熱器將水溫降低，這樣做的代價(jià)就是降低了地?zé)崮艿哪芗?jí)，使系統(tǒng)的性能降低。而在不影響機(jī)組使用壽命的條件下，使用美國(guó)ClimateMaster生產(chǎn)的WE系列熱泵水源側(cè)(蒸發(fā)器側(cè))入口溫度可以達(dá)到30～35℃。因?yàn)槊绹?guó)ClimateMaster生產(chǎn)的WE系列熱泵是小型機(jī)組，適用于大樓的改造過程。因此在這次地?zé)峁┡桨冈O(shè)計(jì)中，熱泵的參數(shù)是以WE系列熱泵參數(shù)為基準(zhǔn)的。WE120型水-水熱泵實(shí)物見圖3-7。圖3-7WE120型水-水熱泵實(shí)物

由于大樓供暖系統(tǒng)是一個(gè)改造工程，由于建筑物條件和實(shí)際情況的限制，可以采用風(fēng)機(jī)盤管作為供暖末端。按照大樓布局，選定大廳內(nèi)使用的風(fēng)機(jī)盤管為新晃SL低矮式，其它為新晃SF立式明裝型。圖3-8為新晃SL低矮式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組實(shí)物，圖3-9為新晃SF立式明裝型風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組實(shí)物。圖3-8新晃SL低矮式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組實(shí)物圖3-9新晃SF立式明裝型風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組實(shí)物

在設(shè)計(jì)過程中，所有供暖設(shè)備的參數(shù)均以WE系列熱泵和新晃風(fēng)機(jī)盤管提供的參數(shù)為準(zhǔn)。下面就是設(shè)備的相關(guān)參數(shù)(供暖工況)：WE熱泵：水源側(cè)最高入口溫度為35℃；風(fēng)機(jī)盤管：水源側(cè)溫降為2～7℃；供水溫度為40～60℃；水側(cè)溫降為4～8℃(在送風(fēng)速度中速的條件下)。由于地?zé)崴墓┧疁囟葹?7～52℃，當(dāng)?shù)責(zé)崴盟枯^小時(shí)，地?zé)崴诰埠蛢?chǔ)水箱中會(huì)降溫，在水處理過程中也會(huì)降溫，因此實(shí)際供水水溫T0約為(45～50)℃；在鈦板換熱器的兩側(cè)水流量相同的條件下，其對(duì)數(shù)換熱溫差為0.5～2.5℃；因此鈦板換熱器循環(huán)水出口溫度T1為(43～48)℃。所以第一級(jí)直接利用的風(fēng)機(jī)盤管供水溫度為(43～48)℃風(fēng)機(jī)盤管在額定流量條件下，供水溫度為40～45℃時(shí)的溫降在5℃左右，并且熱泵的水源側(cè)最高入口溫度為35℃，因此，可初步確定風(fēng)機(jī)盤管直接利用供暖部分為兩級(jí)。以WE120型熱泵為例，在負(fù)荷側(cè)回水溫度為43.3℃的條件下，熱泵的水源側(cè)溫降是隨著水源側(cè)入口水溫的降低而減小的。當(dāng)水源側(cè)入口水溫為35℃時(shí)的溫降為5.2℃。同時(shí)要求WE120樣本提供的制熱量與經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院大樓辦公區(qū)的熱負(fù)荷匹配，應(yīng)選用四臺(tái)WE120熱泵機(jī)組，串聯(lián)運(yùn)行。由上分析，可初步確定系統(tǒng)共分為六級(jí)，其中，風(fēng)機(jī)盤管直接利用為兩級(jí)，熱泵間接利用為四級(jí)。水系統(tǒng)共有三個(gè)循環(huán)水路組成：地?zé)崴到y(tǒng)：地?zé)崴畯纳a(chǎn)井取出，經(jīng)水處理設(shè)備、板式換熱器回灌至回灌井。水源側(cè)水系統(tǒng)：水源側(cè)水經(jīng)板式換熱器與地?zé)崴粨Q熱量后，經(jīng)過直接利用一、二級(jí)后，然后依次進(jìn)入3～6級(jí)的熱泵水源側(cè)，最后回到板式換熱器，形成一個(gè)閉式水循環(huán)。負(fù)荷側(cè)水系統(tǒng)：3～6級(jí)四臺(tái)熱泵的負(fù)荷側(cè)水系統(tǒng)并聯(lián)，負(fù)荷側(cè)水匯合后送往供暖末端，然后回到熱泵負(fù)荷側(cè)，形成閉式水循環(huán)。負(fù)荷側(cè)水系統(tǒng)為二級(jí)泵系統(tǒng)：第一級(jí)為變頻泵，一用一備；第二級(jí)為五臺(tái)水泵，其中四臺(tái)水泵與熱泵機(jī)組一一對(duì)應(yīng)，另一臺(tái)為備用泵。圖3-10系統(tǒng)供暖原理圖

2.夏季制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于熱泵具有制冷功能，因此在方案設(shè)計(jì)過程中，也可以考慮充分發(fā)揮熱泵的作用，提高該系統(tǒng)的性能，在夏季為辦公樓制冷。由于熱泵自身的特性決定了它的制冷量小于制熱量。但是在北京，夏季的冷負(fù)荷大于冬季的熱負(fù)荷，這與熱泵的特性正好相反。為了不增加冷水機(jī)組，節(jié)約資金，就只能為部分房間提供制冷，而對(duì)于一些已經(jīng)安裝空調(diào)的辦公區(qū)則不用提供制冷了。夏季制冷的冷源為校內(nèi)建造的兩臺(tái)冷卻塔，同時(shí)在系統(tǒng)上應(yīng)該做一定的改動(dòng)。在冬季供暖的工況下，四臺(tái)熱泵的水源側(cè)是串聯(lián)運(yùn)行；而在夏季的制冷工況下，應(yīng)該將四臺(tái)熱泵的水源側(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒙?lián)運(yùn)行，同時(shí)應(yīng)關(guān)斷地?zé)崴?，開啟冷卻塔及其水系統(tǒng)。圖3-11經(jīng)管樓地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)的冬夏季總原理圖3.測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)的性能及系統(tǒng)控制、運(yùn)行的需要，應(yīng)該安裝許多測(cè)試儀器。測(cè)試的主要參數(shù)包括：溫度、流量、電量、壓力。(1)溫度T(℃)：溫度傳感器：鉑電阻式，測(cè)量水系統(tǒng)的溫度；棒式精密水銀溫度計(jì)：標(biāo)準(zhǔn)玻璃管水銀溫度計(jì)，精度℃。作為溫度傳感器的標(biāo)定溫度計(jì)使用。溫度傳感器主要用于測(cè)量工程水系統(tǒng)的每個(gè)水循環(huán)、各級(jí)以及主要設(shè)備的供回水溫度。同時(shí)，為了檢驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行的效果，在辦公樓大廳、部分房間都應(yīng)該放置溫度傳感器。(2)水流量L(m3/h):插入式切向渦輪流量傳感器：?jiǎn)挝籱3/h，適用于測(cè)定流速為0.1～6m/s的水流量。主要測(cè)量地?zé)崴髁縒1、水源側(cè)水流量W2和負(fù)荷側(cè)水流量W3、W4。旋翼濕式遠(yuǎn)傳熱水表：測(cè)試?yán)鄯e水量，通過自動(dòng)檢測(cè)程序轉(zhuǎn)換為瞬時(shí)流量單位t/h。主要用于測(cè)量主要設(shè)備的旁通管水流量。(3)電量E(kWH)及電功率N(kW)：遠(yuǎn)傳式電子式三相四線有功電度表：精度在以內(nèi)。主要測(cè)量辦公樓地?zé)崽菁?jí)利用系統(tǒng)的所有設(shè)備耗電量及電功率。4.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)主要分為兩部分：室溫控制部分和機(jī)房控制部分。由于冬、夏季系統(tǒng)均采用風(fēng)機(jī)盤管作為末端，所以其室溫控制手段是相同的。而對(duì)于機(jī)房控制部分，由于四臺(tái)熱泵的運(yùn)行方式會(huì)因?yàn)榧竟?jié)的轉(zhuǎn)變而改變，部分控制參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，這樣會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)有較大的變化。因此，對(duì)于機(jī)房控制部分應(yīng)將冬季和夏季分開說明。(1)室溫控制部分：控制要求：調(diào)節(jié)、控制室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？刂茍?zhí)行機(jī)構(gòu)分為－風(fēng)機(jī)盤管三速手動(dòng)開關(guān)：風(fēng)機(jī)盤管的送風(fēng)風(fēng)速共分為高、中、低三檔，用戶通過風(fēng)機(jī)盤管三速手動(dòng)開關(guān)調(diào)節(jié)送風(fēng)量，控制制熱量，從而達(dá)到控制室溫的目的；自動(dòng)關(guān)斷閥：在風(fēng)機(jī)盤管回水管上安裝了自動(dòng)關(guān)斷閥。由用戶使用溫度控制器設(shè)定室內(nèi)溫度，溫度控制器可以根據(jù)室溫的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)盤管供水支管上的自動(dòng)關(guān)斷閥開度，調(diào)節(jié)水量，從而達(dá)到控制室溫的目的。(2)機(jī)房控制部分(冬季)：負(fù)荷側(cè)供水溫度的控制：負(fù)荷側(cè)供水溫度的控制主要是通過控制熱泵的加/卸載達(dá)到目的。熱泵的加/卸載要求如下：在供暖季，不同室外氣溫要求的負(fù)荷側(cè)供水溫度不同，因此必須把室外氣溫分為幾個(gè)范圍，針對(duì)不同范圍的室外氣溫，給對(duì)應(yīng)的負(fù)荷側(cè)供水溫度設(shè)定上限值和下限值。當(dāng)控制熱泵的加/卸載時(shí)，首先判斷室外氣溫所處的溫度范圍，然后判斷負(fù)荷側(cè)供水溫度，當(dāng)其大于等于對(duì)應(yīng)設(shè)定的上限值時(shí)，卸載一臺(tái)熱泵；當(dāng)其小于等于對(duì)應(yīng)設(shè)定的下限值時(shí)，加載熱泵一臺(tái)。因?yàn)闅鉁厥遣粩嘣谧兓?，所以以上條件由計(jì)算機(jī)控制程序每隔一段時(shí)間自動(dòng)判斷一次。時(shí)間間隔設(shè)為兩小時(shí)。加/卸載熱泵的順序：在開啟熱泵前，應(yīng)先啟動(dòng)地?zé)崴疂撍谩⒌責(zé)崴艿辣?、水源?cè)循環(huán)水泵。同時(shí)在程序中設(shè)定了不同的熱泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷側(cè)二級(jí)變頻泵開啟率。啟動(dòng)相應(yīng)的負(fù)荷側(cè)一級(jí)水泵，開啟負(fù)荷測(cè)二級(jí)變頻水泵至設(shè)定的開啟率，一分鐘后啟動(dòng)熱泵4。然后開啟負(fù)荷側(cè)相應(yīng)的電磁閥M6、M5、M4，三分鐘后，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷側(cè)一級(jí)水泵，改變負(fù)荷側(cè)二級(jí)變頻水泵開啟率至相應(yīng)值，最后啟動(dòng)熱泵3、2、1。而卸載時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉熱泵1、2、3，再關(guān)閉對(duì)應(yīng)的負(fù)荷側(cè)一級(jí)水泵，改變負(fù)荷側(cè)二級(jí)變頻水泵的開啟率至相應(yīng)值，關(guān)閉對(duì)應(yīng)的負(fù)荷側(cè)電磁閥M4、M5、M6。然后關(guān)閉熱泵4，再關(guān)閉相應(yīng)的負(fù)荷側(cè)一級(jí)水泵、負(fù)荷側(cè)二級(jí)變頻水泵。地?zé)崴菜疁囟瓤刂疲涸诘責(zé)崴┧苌习惭b了電動(dòng)閥M1，通過溫度的設(shè)置，可以調(diào)節(jié)電動(dòng)閥M1的開度，調(diào)節(jié)地?zé)崴?，最終達(dá)到控制地?zé)崴菜疁囟鹊哪康摹Ｓ捎谕瑫r(shí)開啟地?zé)岜门_(tái)數(shù)不同，對(duì)地?zé)嵛菜疁囟鹊挠绊戄^大。因此應(yīng)根據(jù)同時(shí)開啟熱泵臺(tái)數(shù)的不同給定不同地?zé)崴菜疁囟仍O(shè)定值。熱泵冬季水源側(cè)入口溫度：由于熱泵冬季水源側(cè)入口溫度要求小于35℃，否則機(jī)組會(huì)停機(jī)保護(hù)。因此必須控制熱泵冬季水源側(cè)入口溫度。在熱泵1冬季水源側(cè)入口和熱泵4冬季水源側(cè)出口之間設(shè)置一旁通管，然后在旁通管上安裝電動(dòng)閥M3和一臺(tái)管道泵，通過管道泵將熱泵4冬季水源側(cè)回水與熱泵1冬季水源側(cè)供水混合，達(dá)到降低熱泵冬季水源側(cè)入口溫度的目的。當(dāng)熱泵冬季水源側(cè)入口溫度大于等于35℃時(shí)，開啟電動(dòng)閥M3和旁通管水泵，將尾水混入熱泵1冬季水源側(cè)供水管，使供水溫度降低。當(dāng)熱泵冬季水源側(cè)入口溫度小于等于33℃時(shí)，關(guān)閉旁通管水泵和電動(dòng)閥M3。(3)機(jī)房控制部分(夏季)：負(fù)荷側(cè)的供水溫度：負(fù)荷側(cè)供水溫度的控制是通過控制熱泵的加/卸載達(dá)到目的。給定負(fù)荷側(cè)供水溫度夏季運(yùn)行的上限與下限值，當(dāng)其大于等于上限值時(shí)，加載熱泵一臺(tái)；當(dāng)其小于等于下限值時(shí)，卸載熱泵一臺(tái)。熱泵加/卸載的順序與冬季控制要求相同。熱泵水源側(cè)供水溫度：熱泵水源側(cè)供水溫度的控制是通過對(duì)冷卻塔的加/卸載達(dá)到目的。同樣給定熱泵供水溫度設(shè)定的上限值與下限值。當(dāng)熱泵水源側(cè)供水溫度大于等于上限值時(shí)，加載冷卻塔一臺(tái)；當(dāng)熱泵水源側(cè)供水溫度小于等于下限值時(shí)，卸載冷卻塔一臺(tái)。以上條件同樣由計(jì)算機(jī)控制程序每隔兩小時(shí)自動(dòng)判斷一次。地?zé)岜迷O(shè)備性能分析對(duì)于地?zé)崴糜诠┡牡責(zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管和熱泵是最常用的兩種供暖設(shè)備。但由于地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)的特殊性，這兩種供暖設(shè)備的運(yùn)行工況與設(shè)備額定工況并不一致，與一般的供暖、空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行工況也不完全一樣。在這種特殊工況下，設(shè)備的性能與梯級(jí)利用供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，尤其是級(jí)數(shù)的確定密切相關(guān)。在經(jīng)管樓地?zé)峁┡こ讨惺褂玫臒岜迷O(shè)備是美國(guó)ClimateMaster生產(chǎn)的WE120型水-水熱泵。對(duì)于用戶來說，熱泵最重要的性能參數(shù)便是COP值。其定義公式如下：

(3-1)上式中Q為熱泵的制熱量(KW)；

N為熱泵的輸入功率(KW)；

T為熱泵放出熱量時(shí)的溫度(℃)；

T為熱泵在吸收熱量后再排出熱量時(shí)的溫度之差(℃)。對(duì)于地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，熱泵的水源側(cè)溫降也是一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)。水源側(cè)溫降的大小會(huì)直接影響到系統(tǒng)的級(jí)數(shù)。COP值和水源側(cè)溫降與水源熱泵本身的設(shè)計(jì)特性和運(yùn)行參數(shù)有關(guān)。熱泵的制熱量是隨著制冷劑蒸發(fā)溫度的升高而升高，隨著制冷劑冷凝溫度的降低也升高，但是制冷劑蒸發(fā)溫度對(duì)制熱量的影響遠(yuǎn)大于制冷劑冷凝溫度對(duì)制熱量的影響。這點(diǎn)充分說明了蒸發(fā)器側(cè)(水源側(cè))供回水溫度對(duì)制熱量的影響遠(yuǎn)大于冷凝器側(cè)(負(fù)荷側(cè))供回水溫度對(duì)制熱量的影響地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)的技術(shù)性能在推廣地?zé)崽菁?jí)利用系統(tǒng)的過程中，必須解決兩個(gè)問題:第一就是系統(tǒng)的技術(shù)性能；第二就是系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。技術(shù)性能的優(yōu)勢(shì)一方面說明了地?zé)崽菁?jí)利用系統(tǒng)的可行性，讓人們接受，另一方面可以為提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性提供良好的技術(shù)依據(jù)；而在目前的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)，經(jīng)濟(jì)性也是決定一種新事物能否得到推廣的關(guān)鍵性因素。5.系統(tǒng)的技術(shù)性能分析為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)性能分析，就必須在地?zé)嶂性嚈C(jī)房進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此研究人員在開啟一臺(tái)熱泵的條件下對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)性能的分析。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程概述如下：（1）

實(shí)驗(yàn)是在水源側(cè)水量和負(fù)荷側(cè)水量均恒定的條件下，僅通過手動(dòng)調(diào)節(jié)地?zé)崴畟?cè)調(diào)節(jié)閥，測(cè)量不同地?zé)崴繉?duì)應(yīng)的系統(tǒng)性能參數(shù)；（2）數(shù)據(jù)采集是通過計(jì)算機(jī)采集和人工采集相結(jié)合完成的；（3）采集數(shù)據(jù)時(shí)間間隔為5分鐘，且數(shù)據(jù)是讓各個(gè)工況穩(wěn)定后測(cè)得的。測(cè)試的穩(wěn)定時(shí)間為2--3個(gè)小時(shí)，每個(gè)工況測(cè)試的時(shí)間是20分鐘；（4）復(fù)測(cè)是在初測(cè)的工況基礎(chǔ)上，再次降低地?zé)崴浚沟責(zé)嵛菜疁囟冗M(jìn)一步降低，測(cè)試系統(tǒng)的與初測(cè)時(shí)工況相近的3個(gè)點(diǎn)；6.地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性主要包括兩個(gè)方面：前期投資運(yùn)行費(fèi)用下面主要通過與其他常用系統(tǒng)這兩方面的比較，來對(duì)地?zé)崽菁?jí)利用供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性做出評(píng)估。（1）前期投資比較通過計(jì)算地?zé)釞C(jī)房的總造價(jià)和辦公樓建筑面積總和，可以得出機(jī)房部分每平米造價(jià)，然后根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)造價(jià)(室內(nèi)末端)得出室內(nèi)末端部分每平米造價(jià)，將兩者相加，最后得出地?zé)崽菁?jí)利用系統(tǒng)的每平米造價(jià)。計(jì)算結(jié)果見表