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淺層地溫能 作者：劉永青
井水冬暖夏涼是許多人都熟悉的一個(gè)生活常識(shí),。這是因?yàn)閺牡乇硐蛳碌竭_(dá)一定深度(常溫層),，其溫度就不受外界氣溫的變化而改變。到達(dá)常溫層的深度因地而異,，一般來說在地下30m左右,。例如，南京地區(qū)的夏季最高溫度可達(dá)三十七八度,，冬季最冷的時(shí)候則在零下六七度,，但地下常溫層卻常年保持在十五六度。常溫層與外界氣溫間之差存在的能量就叫做淺層地溫能,。如果對(duì)其進(jìn)行開發(fā)利用,，夏季可以用來制冷，冬季又可以用來供熱,，實(shí)在是兩全其美,。
地溫能開發(fā)現(xiàn)狀 淺層地溫能在過去一直被人們所忽視，但隨著能源的大量消耗,，開發(fā)地溫能技術(shù)和設(shè)備的不斷完善,，使得淺層地溫能的采集、利用已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí),。開發(fā)利用淺層地溫能已成為整個(gè)國際地?zé)峤绲陌l(fā)展方向,。 美國從1985年以來，淺層地溫能開發(fā)每年以超過10％的速度增長(zhǎng),，目前家庭采用淺層地溫能供暖(冷)的建筑占商用建筑的19％,，占當(dāng)年新建筑的30％。 我國，目前北京市采用淺層地溫能供在熱的建筑物總面積達(dá)800萬m2,。1999年以來,，北京市地勤局建成了全國最大的地?zé)峒訜岜霉┡?xiàng)目——北苑家園；國內(nèi)最大的地源熱泵系統(tǒng)工程——石油化工管理干部學(xué)院地源熱項(xiàng)目,；全國最大的燃煤鍋爐改為水源熱泵供暖項(xiàng)目——北京友誼醫(yī)院項(xiàng)目,。從近幾年北京市地勤局采用淺層地溫能供熱(冷)工程實(shí)施情況分析，使用淺層地溫能不僅環(huán)保,，而且在使用過程中“只用熱不用水”,，最大限度地減少對(duì)地下水的依賴，避免造成地下水交叉污染,、地面不均勻沉降等問題,。目前，北京市采用淺層地溫能技術(shù)的供暖(冷)建筑面積每年以15％～20％的速度增長(zhǎng),。 儲(chǔ)量大且再生迅速 通常所說的開發(fā)地?zé)崮苤傅氖堑貧ど顚拥牡責(zé)?，但是深層地?zé)岵⒉粡V泛存在，只在少部分地?zé)岙惓^(qū)才有,。相反,，淺層地溫能分布廣泛，再生迅速,，開發(fā)利用投資少且價(jià)值大,，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。 據(jù)專家測(cè)算,，我國地層以下近百米內(nèi)的土壤,，每年可采集的地溫能量是目前發(fā)電裝機(jī)容量的3750倍,。 北京市地勤局負(fù)責(zé)人介紹,，使用地能熱泵技術(shù)開發(fā)利用淺層地溫能的節(jié)能效果十分明顯。 運(yùn)行費(fèi)用較低,，全部被調(diào)查的項(xiàng)目均低于燃油,、燃?xì)夂碗婂仩t供暖價(jià)格，63％的項(xiàng)目低于燃煤供熱的供暖價(jià)格,。而且就地取能,，不向大氣排放燃燒廢物，實(shí)用性強(qiáng),，應(yīng)用前景廣闊,。 現(xiàn)行的二種熱泵技術(shù) 開發(fā)淺層地溫能的熱泵技術(shù)包括水源熱泵和地源熱泵。地質(zhì)條件較好,，淺層地下水豐富且容易回灌,，可采用水源熱泵；地質(zhì)條件不好，可采用地源熱泵,。 水源熱泵技術(shù)是指抽取與地層相同溫度的地下水,，并通過機(jī)組與抽取的地下水進(jìn)行換熱。在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中,，實(shí)現(xiàn)制冷,；在冬季，則從水源中提取能量供暖,。根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷及需水量的大小,，地層的出水能力和回灌能力來設(shè)計(jì)抽水井和回灌井的數(shù)量。在這過程中,，水源水經(jīng)過熱泵機(jī)組后,，只是用于交換熱量，水質(zhì)不發(fā)生變化,。地源熱泵技術(shù)以土壤作為熱源和熱匯,，通過埋于地下注滿循環(huán)液的換熱器與土壤進(jìn)行冷熱交換，并根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷量的大小,、地層的導(dǎo)熱能力來設(shè)計(jì)換熱孔的形式,、數(shù)量和深度。只要有少量的電能,，基本上所有地區(qū)都能使用地源熱泵,。在平原地區(qū)鉆土施工換熱孔比較容易，成孔費(fèi)用較低,；在山區(qū),，鉆取巖石或礫石層所需的費(fèi)用就要高些。 2006年下半年,，我國首次淺層地溫能開發(fā)利用研討會(huì)將在北京召開,。專家認(rèn)為，采集大自然低溫可再生熱能特別是淺層地溫能是新世紀(jì)取代傳統(tǒng)供暖(冷)方式最為現(xiàn)實(shí),、最有前途的技術(shù)措施,。 淺層地溫能”叫法更科學(xué)
淺層地溫能是地?zé)豳Y源概念的延伸，是與地?zé)崮苡嘘P(guān)的一個(gè)分支,，與傳統(tǒng)地?zé)豳Y源既有聯(lián)系又有較大的區(qū)別,，其叫法經(jīng)歷了“淺層地溫能→淺層地?zé)崮堋鷾\層地溫能”的過程。中國地質(zhì)調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心總工程師冉偉彥近日向記者表示,，根據(jù)資源的本質(zhì),、特點(diǎn)及開發(fā)利用方式，“淺層地溫能”的稱謂是科學(xué)的,、有一定道理的,。
冉偉彥介紹，淺層地溫能是指蘊(yùn)藏在地表以下一定深度范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中具有開發(fā)利用價(jià)值的熱能,。其中,，“淺層”是指地殼上部較經(jīng)濟(jì)的開發(fā)深度?？紤]到經(jīng)濟(jì)性和可用性,，當(dāng)前定義淺層地溫能利用深度一般為200米。我國南方地區(qū)以散熱方式為主,，經(jīng)濟(jì)的地埋管施工深度一般為100米左右,；北方地區(qū)以冬季取熱為主要用途，由于淺部地溫較低,，根據(jù)地?zé)嵩鰷芈?，開發(fā)利用深度可增加到300或400米。 冉偉彥表示,，叫“淺層地?zé)崮堋比菀着c淺部存在的地?zé)豳Y源相混淆,。 地?zé)豳Y源是能夠經(jīng)濟(jì)地被人類所利用的地球內(nèi)部的地?zé)崮堋⒌責(zé)崃黧w及其有用礦物成分,。其中兩個(gè)關(guān)鍵詞是地?zé)崃黧w,、有用礦物成分，淺層地溫能用的不是地?zé)崃黧w也不是有用礦物,，所以與傳統(tǒng)地?zé)豳Y源有區(qū)別,。傳統(tǒng)地?zé)崮苁琴x存于熱儲(chǔ)中（一般大于25攝氏度），存在于熱礦水中可發(fā)電或直接利用的高品位熱能,，大多存在于地層的深部,，但也有存在于淺部（200米以淺）裂隙對(duì)流型或火山型的熱田中，如云南的騰沖,、西藏的那曲,、新疆等地。如果叫“淺層地?zé)崮堋比菀着c存在于淺部的傳統(tǒng)地?zé)崮埽ù笥?5攝氏度）混淆,。 另一個(gè)與傳統(tǒng)地?zé)崮艿膮^(qū)別是,，淺層地溫能存在于蓋層淺部可冬夏兩用,。由于淺層地溫能的溫度與年平均氣溫相近,，沒有直接利用的價(jià)值，只能通過地源熱泵系統(tǒng)消耗少部分機(jī)械能提高品位后才能成為有利用價(jià)值的熱能,。在夏天這種常溫的地質(zhì)環(huán)境比當(dāng)?shù)貧鉁氐褪畮锥?，所以又可以成為熱匯接受空調(diào)制冷時(shí)的人工排熱，起到了傳統(tǒng)地?zé)崞鸩坏降淖饔谩?/font> 冉偉彥說,，“地溫能”中的“溫”字是熱程度的描繪詞,，在中國傳統(tǒng)的對(duì)熱現(xiàn)象的描述中“溫”是低于“熱”強(qiáng)于“暖”的描述字，根據(jù)恒溫層的溫度范圍低于25攝氏度，所以用“溫”字比“熱”更貼切,。 地溫場(chǎng)是存在于蓋層中的地球物理場(chǎng),。由于淺層地溫能是存在于正常地溫場(chǎng)中的位能，也是可有正負(fù)雙向變化的勢(shì)能,，所以用“地溫場(chǎng)”中的“溫”字來表明與地溫場(chǎng)的關(guān)系,。而傳統(tǒng)地?zé)崮苤淮嬖谟诘責(zé)岙惓^(qū)，正常地溫場(chǎng)中沒有傳統(tǒng)地?zé)?，這也是不用“熱”字的理由之一,。 為什么不叫“地能”呢？冉偉彥表示,，有一些企業(yè)或媒體把淺層地溫能歸屬于“地能”,，這種稱呼沒有錯(cuò)，就好像風(fēng)能和太陽能也可以叫“天能”一樣,，但這種叫法比較少見,。其實(shí)“地能”中既包括熱能也包括動(dòng)能，最大的能量是地應(yīng)力引起的潛在動(dòng)能,，如地應(yīng)力在瞬間釋放產(chǎn)生的地震,、地應(yīng)力緩慢釋放產(chǎn)生的地層褶皺和板塊運(yùn)移。但這些能量還不能被人類所利用,，為了與最大的“地能”相區(qū)別,，所以還是應(yīng)該把這種低品位熱能叫“地溫能”比較合適。 綜上,，冉偉彥表示,，為便于開展工作，“淺層地溫能”的叫法更科學(xué) |
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