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地中热利用

     地中热除高温泉地带外,从地表到深20—100m左右的地中热温度接近年平均外气温度,受地面热的影响较大。在温泉地带地中温度高,受岩浆本身或被岩浆加热的地下水影响大。井水由于受地中热影响,可称为广义的地中热,井水是不受岩浆影响的地中热,温泉是受岩浆影响的地中热。
地中热利用就是利用地中热交换器将土壤或水中的热与空气或水等流体进行热交换的技术。有冷管、地中热利用、井水利用、温泉利用、热水层蓄热系统等。可用于供冷供暖、空调、供热水、水池加温、浴槽加温、融雪、工厂工艺过程、农业、养殖业等。地中热利用有直接方式(直接利用地下水、井水、温泉、带水层等)和间接方式(利用地中热交换器和土壤进行热交换或用水—水热交换方式进行利用)。地中热交换器有垂直型和水平型,垂直型又分为深井方式和桩方式,深井方式必须钻井,桩方式是建筑物基础桩和地中交换器兼用方式。

     如果仅仅利用地中热,可提取的温度范围非常狭小,利用方法受到限制,为了扩大利用温度范围,有必要使用热泵系统。

     地中热热泵系统主要分为水(盐水)—水(盐水)方式和水(盐水)—冷媒方式。水—水方式是用水—水热泵(与地中热对应的水冷式热泵)生成冷水或温水的系统。所生成的冷水和温水可用于各种用途。水—冷媒方式是用水—冷媒热泵方式,现状是用于地中热对应水冷多级空调机一般是用水的方式。以中央方式的二次侧冷温水的一部分作热源,或利用锅炉和冷却塔的热泵水作热源,而在地中热利用场合,是用地中热交换器进行热交换的水或盐水作热源。两种利用方式都必须考虑冻结或利用水质的腐蚀问题,所以使用放入防腐剂的盐水。

     (1)供冷供暖。地中热热泵最有前途的利用是供冷供暖。有水—水方式和水—冷媒方式2种。水—水方式是用与地中热对应的水冷式热泵冷风装置生成温水,用负荷侧泵输送温水,用风扇盘管或气动元件将冷风,温风送入室内。地中热热泵所生成的冷温水的温度在供冷给时为5—10℃,供暖时为40—50℃左右。如果考虑效率,在不失舒适性的情况下,最好是调高供冷的冷水温度,降低供暖的温度。水—冷媒方式供冷供暖时,使用地中热对应水冷式多级空调机,负荷侧配管变为冷媒配管,用专用室内机进行供冷供暖。多级空调机可根据室内机个别设定温度,三通方式(3WAY)的场合,供冷供暖可同时运行。

      (2)地板供冷供暖。使用水—水方式的地中热对应水冷式热泵。与空冷热泵不同,由于不用除霜装置,热泵下必用四通伐,这不仅是地板供暖而且在以下的供热水,水池加热、浴槽加热也一样。在欧美採用高气密高绝热住宅和地板供暖。利用地中热热泵进行地板供暖的热水温度一般较低(35℃左右)。因此,在供暖中使用低于40—50℃的温度,使热泵性能和效率变高,减少初运行成本而且风扇盘管或空调装置比供暖快適性高。

      (3)供热水。和地板供暖一样,使用水—水方式的温水专用地中热对应水冷式热泵。地中热热泵供热水出口温度是40—70℃。利用与补给水较大的温度差直接升温的瞬间供热水和用5℃左右温差慢慢提高温度两种供热方式。特别是瞬间供热方式,由于冷凝温度低,COP比循环供热水高。在开放式贮水槽进行供热水的场合,进行瞬间供热水,用水位控制贮热水量,仅在贮热水槽的温度降低时,成为循环供热水形态,与仅进行循环供热水相比,供热水期间的COP变高。在使用密闭罐的场合,补给水从下部进入,用大的温度差从下部把水供给热泵,将温水从热泵提供给上部的温度成层方式是有效的。密闭罐方式由于是密闭回路,容量可以小,但开放罐方式内的温水,由于已经作为供热水利用,可进行大容量的供热水蓄热。

      (4)池水加温、浴槽加热。用水—水方式的热水专用地中热对应水冷式热泵。温水池的温度是25—40℃,用热泵加热。由于池水注入氯必须过滤,分解清洗可通过水—水热交换器进行加热。
浴槽的温度是40℃左右,可用热泵加热。由于浴水混入温泉成分或人的皮脂、头发等,所以和水池加热一样,要利用热泵直接加热,分解清洗可用水—水热交换器进行加热。热泵所生成的温水与锅炉相比,由于温度较低,必须选定水—水热交换器的设计温度差小(增大热交换面积)。

     (5)融雪。是利用地中热交换器将与土埌和水或盐水进行热交换的热用于道路、停车场、正门等的融雪、防冻。採用与地板供暖几乎相同的形式,但温水循环温度比地板供暖低,是压缩机可使用的下限冷凝温度。温水供给温度低时,在冷媒配管安装冷凝压力调整伐,在温水侧要与调整冷凝器和分流水量的比例3通伐组合,进行冷凝温度调整。

     (6)工厂生产过程、农业、养殖等。冷却可以用-20~20℃,加热可用20~70℃的温度范围。(张焕芬摘自日刊《地热技术》)

来源:中国新能源网
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