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既是可再生能源又是新能源——浅层地温能你知道吗

2020-07-27 15:09:12  来源:毒牙盒子

首先,具备一般科学常识的人都知道地球是活着的热球,其富含的能量巨大,地球体积的99%温度在1000℃以上,99.9%在100℃以上,地球每年:

通过热传导从地球表面散释的热量约为1.399×1021焦耳,相当于50万亿吨标准煤,等于我国2014年总能耗的1190倍;

通过火山喷发释放的热量为3.3×1019焦耳,相当于1.2万亿吨标准煤;

通过地震活动释放的热量为5.0×1017焦耳,相当于1800亿吨标准煤;

通过地热温泉释放的热量为2.0×1018焦耳,相当于7150亿吨标准煤。

那么什么是浅层地温能呢?

它是指地表以下一定深度范围内(一般为恒温带至 200 m 埋深),温度低于 25℃,在当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部的热能资源。浅层地热能是地热资源的一部份,也是一种特殊的矿产资源。 简单来说就是,地核温度经地层岩石传导,在地下400m左右,地温降到30℃以下,我们把0~400m深度内30℃以下的低品位地热能,称为地温能,又称浅层地温能。

其能量主要来源于太阳辐射与地球梯度增温。浅层地热能通过热泵技术进行采集利用后,可以为建筑物供暖,较常规供暖技术节能50%到60%,运行费用降低约30%到40%。浅层地热能分布广,储量大,再生迅速,利用价值大。中国浅层地热能主要通过地源热泵技术加以利用采集。不但可以满足供暖需求,同时也直接降低了排放的污染量,有利于保护环境。

浅层低温能又如何开发呢?

浅层地温能高效热交换技术是一种通过特定的换热器结构在换热循环介质与地下恒温层的岩土之间进行热量交换的技术,热交换过程正反可逆, 是一种高效且可靠的浅层地温能利用技术。该技术具有节能、安全、高效、占地少、可修复、长效、稳定、普适性强等特点。

浅层地温能高效热交换技术是在遵从地温能形成、赋存与运移规律下,结合中国国情,与“地质+水文地质+气候”条件组合相适应的地温能换热技术,该技术强调在确保建筑物安全和环境安全的前提下,兼顾可修复功能和系统长效性,并以其来实现经济合理性。

地温能高效热交换技术的根本理念是:地温能安全、高效利用。对地源热泵技术有一定的传承,其在安全的前提下,大幅度提高系统换热效率。由此,形成了一套与传统地源热泵技术存在明显区别的新技术体系,包括换热器结构、材料与建造工艺,以及测试、计算与设计方法等。

地温能高效热交换技术的核心在于其换热器,为该技术研发的新型换热器结构具有以下特点:

(1)换热循环液全闭式循环,换热循环液工作过程中,与外围岩土形成热量交换而无水量、水质交换,由此确保对岩土及地下水不形成污染风险。

(2)对孔壁形成永久性支护,换热器修建不降低地层抗压、抗剪强度,在孔数较多且较密集条件下,也不会对建筑物基础形成安全隐患;且换热循环管不承压,这为200m以下高品位地温能利用,提供了保障。

(3)换热循环液在循环过程中,循环液在换热区的流态为紊流状态、,支护管外采用永久性固结材料充填密实无空腔,且固结材料采用高导热材料。这些措施都有益于换热效率的提高,与现有技术相比,在同尺寸条件下,较传统的双U型地埋管换热器单孔换热效率提高3~5倍,大幅度减少了换热孔数量和用地面积。

(4)换热器具有一定的原位可修复性,为系统的长效性、稳定性提供了基本保障。

(5)由于对换热器孔壁形成永久性支护,因此所有可以钻探成孔的地层都可以应用该结构,并且新技术在结构、材料、建造工艺、测验与计算等方面都形成了系统配套,所以,新技术具有很强的普遍适应性,为新技术的广泛推广提供了基本保障。

实际应用:

在有暖通需求的建筑中,可以浅层地温能高效热交换技术为核心,建立浅层地温能高效节能系统,系统包括能量采集系统(地温能热交换系统)、能量提升系统(热泵系统)及能量释放系统(送风系统)等三个子系统。浅层地温能高效节能系统以浅层地温能分别在冬季作为采暖的热源和在夏季作为供冷的冷源,即:在冬季,把岩土中的热量取出,提高温度后,供给室内采暖;在夏季,把室内的热量取出,给室内制冷,将取出的热量释放到岩土中。除了给建筑供暖或制冷外,还可以制备生活热水,实现冷、暖、热水三联供。

与传统电空调及供暖方式相比,本系统具有以下优点:

节能、环保、无污染,零排放,一机多用,使用寿命长

与常规地源热泵系统相比,本系统具有以下优点:

高效、稳定、可靠、可修复、节约土地

以贵州地质科技园区为例,该园区一共有9栋楼房,总建筑面积10.5万多平方米,全部采用地源热泵系统实现夏季制冷、冬季制热功能。据测算,每年可节约燃煤量2520吨,减少二氧化碳排放量6405吨,减少粉尘排放量1680吨,减少二氧化硫排放量189吨。前期开发利用浅层地温能投资多出了500万元,仅仅埋设地下PE管这一项,9栋楼就共埋设管道30万米,但这笔费用在整个园区只需运行3年,就可以把这多出的500万元节约出来,而且还不算设备使用寿命长所节约的资金。

采用浅层地温能,由于不需要添加任何化学物料,因此无味无臭,无论用于采暖和制冷都不受外界环境条件的影响,也不受地质条件的限制,没有燃烧过程,不消耗石化资源,不向大气环境排放任何废气废热,不产生温室效应,无任何污染,使用寿命长等,是一种可再生的新型能源。

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