地缘热泵研究

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1、第一章背景分析1.1能源问题■扫;用■貳电和絃电能源是人类生存和社会发展的基础，它对提高人民生活水平，改善环境质量，保障国家能源安全具冇重要的战略意义。现代经济社会发展建立在高水平物质文明和精神文明的基础上，耍实现高水平的物质文明，就要有社会生产力的极大发展，有现代化的农业、工业和交通物流系统，以及现代化的生活设施和服务体系，这些都需要能源。然而，从2007年全世界和中国能源消费的构成（如图1所示）可以看出，化右燃料（煤、石汕和天然气）合计占全球现在使用能源总量的85%以上，目前人类所依赖的化石能源会随着

2、不断消耗而逐渐衰竭（见表1.1）；为此世界各国都在积极开发各种新能源以替代传统能源。■换油■天然气■水核风电图12007年世界、中国能源消费结构表1.1非可再生能源占全球能耗比例及可使用年限能源种类占全球能耗的比例/%可使用年限/年煤25.0220石油32.()40天然气17.060总和74.01.2环境问题虽然能源资源的开发利用促进了世界的发展，同时也带來了严重的生态环境问题：化石燃料的使用是C02等温室气体增加的主要来源。科学观测表明：地球大气屮C02的浓度已从工业革命前的280ppmv上升到了口前的

3、379ppmv；全球平均气温也在近百年内升高了0.74°C,特别是近30年來升温明显。为了人类免受气候变暖的威胁，1997年12月，《联合国气候变化框架公约》第3次缔约方大会在日木京都召开。149个国家和地区的代表通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》。《京都议定书》规定，到2010年，所冇发达国家二氧化碳等6种温室气体的排放量，要比1990年减少5.2%o具体说，各发达国家从2008年到2012年必须完成的削减口标是:与1990年相比，欧盟削减8%、美国削减7%、日本削减6%

4、、加拿大削减6%、东欧各国削减5%至8%。新西兰、俄罗斯和乌克兰可将排放量稳定在1990年水平±o议定书同时允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量比1990年分别增加10%、8%和1%O《京都议定书》等国际公约的出台促使各国积极采取节能减排的措施，同时世界各国积极寻求更好的替代能源代替传统能源。随着经济的快速发展，清洁、优质的可再生能源将迎来更好的发展阶段。1.3可再生能源介绍可再生能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就

5、地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。1.3.1太阳能就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主耍有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能光伏发电等方式。太阳能热利用是一种最现实、最有前途、最能够冇份额替代化石能消耗的太阳能利用方式。太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。太阳能集热器在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。我国在真空集热管的高吸收率涂层和工艺处于世界领先，在应用方面也居世界首位，已有600

6、0万m2的太阳能集热管在全国和世界各地应用。目前的应用主要是用于生活热水供应。利用太阳能作房间冬天暖房之用，在许多寒冷地区已使用多年。太阳能暖房系统是市太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统，及室内暖房风扇系统所组成，其过程乃太阳辐射热传导，经收集器内的工作流体将热能储存，再供热至房间。太阳能光伏利用是一个有十分广阔前景的方向。可惜的是近年来PV的研究虽然取得了很大成绩，但相对常规发电，单位容量价格仍高几十倍，要真正变成有份额的发电还有很长的道路要走。现阶段太阳能利用存在一些限制及弊端如下：1）分散性：到

7、达地球表而的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。因此，在利用太阳能时，想耍得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和传换设备，造价较高。2）不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及睛、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。3）效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，冇些方而在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高,总的来说，经济性还不能与常规

8、能源相竞争。1.3.2水能水能资源指水体的动能、势能和压力能等能量资源，是自由流动的天然河流的出力和能量，称河流潜在的水能资源，或称水力资源。广义的水能资源包描河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。到20世纪90年代初，河流水能是人类大规模利用的水能资源；潮汐水能也得到了较成功的利用；波浪能和海流能资源则止在进行开发研究。全世界江河的理论水能资源为48.2刀亿度/年，技术上可开发的水能资