浅部地热能在供暖供冷系统上的应用

《浅部地热能在供暖供冷系统上的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、浅部地热能在供暖供冷系统上的应用德国图宾根大学教授Klaus-DieterBalke博士klaus-dieter.balke＠uni-tuebingen.de1浅部地热能源浅部地热能是一种可重复再生的、可无限量使用的、可无间断获得的、可持续利用的、清洁环保的和经济实惠的能源，在欧洲以及北美地区已经成功地应用了数十年。可以从地下大约200米的深度内获得能源。浅部地热能的利用是一项满足供暖以及供冷所需能源的重要措施。浅部地热能是指地表以下的所有物质，比如地下水、松散堆积、坚硬岩石和岩浆岩体等物质所含有的热量，以它们所

2、具有的温度来显示。一般来说，地表以下十到二十米范围内的地热温度受地面以上大气温度的影响，此影响程度大小取决于当地年度气温的变化范围。在这个深度范围以下的地热温度，每深一米将会大约增加0.03摄氏度。地表以下的浅部地热能源，深度大约为二百米以内，可以利用于供暖以及供冷所需要的能源。实践中，可以通过地下水开采井、地热探针以及能源桩等技术途径获得浅部地热能源。这些技术也可以与太阳能技术相互结合使用。在供暖的实际应用中，此系统内必须包括热泵，用以将由地下水或者在地热探针内循环的热交换流体带来的温度提高到一定的水平，以满足

3、那些能量需求较低的建筑物的供暖。2热泵一台热泵，与冰箱的相反，是一种从相对温度较低的热源中获取热量，在一些附加能源的帮助下，比如说一台压缩机，释放出较高温度的可利用的热量的机器。图1：热泵工作流程图，Sanner2004由电力作为驱动能源的热泵的效率，由两个参数来表示，性能系数（COP）以及季节性能因数（SPF）。性能系数（COP）表示热泵的功效，这是一个对于特定工作条件下（温度比值），可用于供暖的热量与压缩机接受和消耗的电能的现值比。目前，热泵的COP值在5.0和5.5之间变化。季节性能因素（SPF）是表示整个

4、热泵系统的功效（整个热泵系统包括由电力作为驱动能源的压缩机和用于输送在地下和热泵之间的热交换流体的循环泵），这是整个热泵系统年度产出可用于供暖的热量与此系统年度所需消耗的电能的比值。目前，浅部地热供暖系统的SPF值在4.0与4.5之间变化。当SPF值为4时，表示：为了获得4千瓦/小时的热量只需要消耗1千瓦/小时的常规电能。换句话说，75%的热量可以从地下获得，而25%的热量从常规电能获得！要取得较高的SPF值，可以通过降低供暖系统的温度来获得，因为那样的话提高热源温度的压缩机所需要的能量较少。图2：季节性能因素与

5、温度变化关系图，德国Neubrandenburg地热，2004地下浅部的温度特别受到场地海拔高度的影响，同时在人口密集的地区有所增加。图3：德国科隆城市地下的浅部温度场分布图，颜色深度表示区域建筑物的密度，数字表示温度(°C)，Balke1974与燃烧天然气、石油或电力驱动的供暖系统比较，热泵需要的常规电能要少75%，同时二氧化碳的排放减少20%至25%。3天然热量的获取技术3．1浅部地下水在浅部含水层具有较高或中等的导水性能的地区，地下水可以被用于供暖和供冷系统的能量来源。必须建立两个或多个地下水井。图4：双井

6、系统，StiebelEltron公司2005图5：用双井法获取热量的流程图，Balke和Zhu2004对于建筑的供暖，地下水通过开采井从含水层中抽出然后流入热泵，在那里，一部分的能量转换给供热系统。一般情况下，为了获得1千瓦的热量，地下水的开采必须达到0﹒25立方米/小时的流量。在循环过程中通过热泵被冷却的地下水由注水井重新回到含水层。结果，注水井周围的地下温度下降。图6至图8：注水井周围的温度场分布，Balke1980在注水井周围形成了由温度场分布显示出的地热负异常。在冬天由于注入从热泵出来的冷水而造成地热负异

7、常增加。该地热负异常立即造成各方面的地热重建，不包括最寒冷时期（在德国是2月至3月）的地面温度影响。然后，由于注入冷水的减少，以及不断增加的来自地面温度的影响造成的地热重建，地热负异常将减少。但是，含水层一定程度的降温将保留并持续到下一个夏季。图6至图8表示的是德国西部的单户人家的住宅应用浅部地热后形成的地热负异常情况。地热负异常的范围和程度由下列因素控制：来自热泵的冷水的数量，冷水的温度，注水的方式，含水层性质，岩石和地下水的热传导性能，地下水水流速度，大气温度及其变化，大气降雨量，以及含水层以上的地表状况。图

8、9：供冷能量的获取流程图，Balke&Zhu2004为了获得冷水用于夏季建筑的供冷，地热井的功能必须改变：将上述的注水井改为开采井，原注水井周围的较冷的地下水，被从现在的开采井抽出，泵入建筑物的供冷系统，不需要用热泵。建筑内原用于冬季供暖系统的管道可以用于夏季冷水的循环。经过制冷过程以后，增温的地下水通过以前的开采井，即现在的注水井重新注入含水层，从而导致该地热井的周围最