淺談地熱能源在供暖領域的應用

胡樂偉

摘 要：地熱能源是可再生的清潔能源，能夠利用在民用領域，將會有效減少民用能源消耗及污染，緩解能源緊張和供應的壓力，現在國內外都提倡節能減排、環保，隨著電地熱的開發地熱能源將以其獨有的優勢取代煤、電供熱、供電，成為居民小區供熱能源的主體。

關鍵詞：地熱能源；應用

1.淺層地熱能與熱泵技術

地熱能利用包括發電和熱利用兩種方式，技術均比較成熟，在發達國家已得到廣泛應用，近5年來全世界地熱能熱利用年均增長約13%。淺部地熱能是指地表以下的所有物質，比如地下水、沉積物、巖石等所含有的熱量，以它們所具有的溫度來顯示。淺部地熱能是一種可重復再生的、可無間斷獲取的、可持續利用的、清潔環保的能源，也是經濟上可行、技術上可靠的能源。目前，從地下大約200米的深度內獲得地熱能源，用來提供房屋的供暖以及供冷（降溫）所需的能源是沒有問題的。

經過多年的研發與實踐，以地下水開采井、井下換熱器以及換熱樁等技術途徑獲得淺部地熱能源，這些技術與熱泵技術結合使用。熱泵可以從溫度較低的熱源中獲取熱量，釋放出較高溫度的、可利用的熱量。使用水源熱泵供暖，采用地源熱泵技術，通過深埋于建筑物周圍的管路系統將地下水在建筑物內部完成熱交換，被稱作“地溫空調”。它可以徹底取代鍋爐或市政管網等傳統的供暖方式和中央空調系統，被稱為21世紀的“綠色空調技術”。與傳統冷暖空調相比，“地溫空調”制冷制熱速度很快，吹出來的風要柔和很多，不像傳統空調那樣干和燥熱，而且省電。以傳統分體式懸掛空調為例，夏冬兩季平均耗電量約為1780W/h，而地溫空調的耗電量僅為650W/h。

與燃燒天然氣、煤炭或電力驅動的供暖系統比較，在向用戶供應相同熱量的情況下，熱泵需要的常規電能要少75%，可以節約40%的一次能源，CO2的排放量約可減少68%，SO2排放量約可減少93%，NO2排放量約可減少73%，這可以大大改善城市大氣污染問題。同時，對城市內的排熱量約可減少77%，又可以大大緩解城市熱島現象。有資料顯示，我國地下近百米深度內的土壤每年可采集的低溫能量是我國目前發電裝機容量4億千瓦的3750倍，而地下百米內地下水每年可采集的低溫能量也有2億千瓦。北京平原區按6900平方公里計算，每年可開采淺層地溫能的資源量相當于1.4億噸標準煤。

運用水源熱泵技術，只需要用少量的電能，就可以將地下水中的熱能轉化為高位的能源使用，采暖時其能效轉化比可以達到4比1以上，即消耗1千瓦的電能可以得到4千瓦的熱量，與燃煤鍋爐房方式相比，采暖可節能60%，與熱電聯產方式相比，采暖可節能40%。與其他供暖設備相比，采用水源熱泵系統供曖初期投入成本比較高，一個采用井下換熱器的供暖系統的投資成本要比常規的燃油的、燒天然氣的或用電力驅動的供暖系統的投資成本高20%至30%。但每年的運營費用要低許多，根據核算，地熱供曖系統必須在經過4到6年的運行后，其投資成本加上運行費用會比其他常規的供暖系統便宜。但考慮到能源價格的顯著增加，在不遠的將來，基于淺部地熱的供暖系統只要運行1至2年后就會比常規的供暖系統便宜。如果將供冷包括在內，那從運行初始就將更加經濟。

2.深層地熱能與開采技術

地球深處地熱能是極其豐富的。鉆探技術與以回灌為主的熱儲技術的進步是開發利用這種地熱能的技術關鍵。目前，這種技術進步使深部地熱能在經濟上具有了可行性。

3.深層地熱能與淺層地熱能開采相結合

由于深層與淺層地熱能開采技術的發展，實際應用中通常采用二者結合的設計方式。例如某處供暖時，從深層地熱開采井中提取的溫度較高的地熱水，直接經過板式換熱器將部分熱量交換給風機盤管中所用的供暖用循環水，以達到基本不消耗電能的前提下解決一部分體育館供暖熱源；經過熱交換后的地熱水溫度降低為45℃左右，該溫度的地熱水雖然不能直接用于供暖，但仍具有很高的品味，所以采用熱泵繼續提取45℃地熱水中的熱量交換給風機盤管中所用的供暖用循環水，以達到消耗少量電能的前提下解決大部分體育館供暖熱源的目的，經熱泵提取熱量后的地熱水溫度繼續降低至15℃～2O℃后，經回灌井回灌至地下。15℃～2O℃的地熱水回灌至地下后，經過大地地層的自身加熱作用后，溫度又自動變為50℃以上，在這一過程中，絕大部分能量來自于土壤，僅消耗微量的電能循環地熱水，這也就是深層地熱高效節能的原因所在。制冷時，從淺層水源空調開采井中提取的溫度恒定為15℃的淺層地下水，經過熱泵吸收風機盤管中所用的制冷用循環水中的熱量，風機盤管中所用的制冷用循環水溫度降低（約為7℃），從而實現制冷目的；而熱泵將提取的熱量釋放到開采出來的淺層地下水中，淺層地下水溫度升高至約25℃后，經水源空調回灌井回灌至地下。回灌至地下后的25℃左右的淺層地下水經與土壤換熱后，溫度又變為約15℃，如此周而復始，達到制冷的目的。在這一過程中，僅消耗少量的電能用于轉換熱量，而并非用電能產生熱量，這也就是水源中央空調技術非常節能的原因所在。在整個供暖、制冷過程中，淺層地下水和深層地下水均不與制冷、供暖用水混合，而是形成單獨的一個密閉循環系統，且均為物理作用而非化學作用，所以不會對環境和地下水資源產生任何影響，這也正是地熱資源屬于綠色能源的原因所在。

在我國，這是一種新興的產業，讓人接受還需要有一個相應的過程。由于沒有相關的政策，開發商并沒有使用的積極性。比如，在某大城市，政府建城市熱力管網每平方米要投400元，天然氣則要投340元，而征收城市建設四源費時只收100元～200元，其中，熱力部分只收取25元～50元，顯然，政府有暗補，財政掏了大頭。于是，許多用戶傾向于選擇政府已經買過單的城市熱力和天然氣。對于采用淺層地能供暖，用戶是有積極性的，但房地產開發商則沒有采用的積極性。另外一個原因是受我國普遍的生活條件所限，許多項目只考慮供暖，不考慮提供制冷，更不考慮提供熱水，這樣，地熱供暖的優越性就不能充分發揮出來。

參考文獻

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