季志恒,劉同僧,何 平

(1.河北省保定水文水資源勘測(cè)局,河北 保定 071000;2.河北省廊坊水文水資源勘測(cè)局,河北廊坊 071000)

1 地?zé)崴谖覈?guó)的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

地?zé)嵬ǔＪ顷懙氐乇? 000 m深度內(nèi)的熱能。據(jù)推算,地核內(nèi)部的溫度達(dá) 2 000℃ ～5 000℃,而地幔的溫度達(dá)1 000℃～2 000℃。因此,在地球的最外層——地殼中蘊(yùn)藏著巨大的熱水庫(kù)。地?zé)崴⒉皇堑貧?nèi)天然存在的,而是地面上的雨水沿巖石、土壤的縫隙深入地殼深處,這些水被周圍的熱巖所加熱。如果地殼深處有較大的空隙層,就可能形成具有開(kāi)采價(jià)值地?zé)崴畬覽1]。而目前開(kāi)采和利用最多的地?zé)崮芗词堑責(zé)崴?/p>

地?zé)崴礈囟瓤煞譃楦邷亍⒅袦睾偷蜏厝?。溫度大?50℃的地?zé)嵋哉羝问酱嬖?叫高溫地?zé)?90℃ ～150℃的地?zé)嵋运驼羝幕旌衔锏刃问酱嬖?叫中溫地?zé)?溫度大于 25℃、小于 90℃的地?zé)嵋詼厮?(25℃ ～40℃)、溫?zé)崴?40℃ ～60℃)、熱水(60℃ ～90℃)等形式存在,叫低溫 地?zé)帷８邷氐責(zé)嵋话愦嬖谟诘刭|(zhì)活動(dòng)性強(qiáng)的全球板塊的邊界,即火山、地震、巖漿侵入多發(fā)地區(qū),著名的冰島地?zé)崽铩⑿挛魈m地?zé)崽铩⑷毡镜責(zé)崽镆约拔覈?guó)的西藏羊八井地?zé)崽?、云南騰沖地?zé)崽?、臺(tái)灣大屯地?zé)崽锒紝儆诟邷氐責(zé)崽?。中低溫地?zé)崽飶V泛分布在板塊的內(nèi)部,我國(guó)華北、京津地區(qū)的地?zé)崽锒鄬儆谥械蜏氐責(zé)崽?我國(guó)地?zé)豳Y源總量 98%以上是低溫地?zé)豳Y源[2]。目前,我國(guó)眾多的低溫地?zé)豳Y源主要是直接利用于洗浴、采暖、種植、養(yǎng)殖、醫(yī)療、娛樂(lè)等方面。雖然全國(guó)直接利用總量已達(dá)到 2 410MW,居世界各國(guó)前列,但利用水平和效率比較低,對(duì)于 25℃～50℃溫度段的能量利用率很差。

為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo),國(guó)家制定了“十五能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃”:要求調(diào)整能源結(jié)構(gòu),減少燃煤造成的污染,大力發(fā)展新能源可再生能源的利用技術(shù),其中提到要開(kāi)發(fā)地?zé)釤岜眉夹g(shù),以充分利用地?zé)豳Y源。[3]

2 地?zé)崴墓┡桨?/h2>

高溫水源熱泵是把 30℃ ～60℃的低溫地?zé)崴訜岬?0℃～90℃,適用于各種供暖方式,解決了高寒地區(qū)的地?zé)釤岜霉┡?用高溫水源熱泵取代燃煤鍋爐仍可利用暖氣片熱水式熱力循環(huán)系統(tǒng)的采暖改造問(wèn)題。被利用后的地?zé)嵛菜潘疁囟茸畹涂傻陀?10℃,符合環(huán)保的要求。制熱工況 C O P可達(dá)到 3.5以上,也就是說(shuō),花費(fèi)一份代價(jià),可以得到 3.5倍以上的熱量。

用高溫水源熱泵機(jī)組對(duì)低溫地?zé)崴M(jìn)行余熱回收,可加大地?zé)峋墓┡芰?使一口地?zé)峋鸬絻煽诘責(zé)峋淖饔?能產(chǎn)生出良好的經(jīng)濟(jì)效益,節(jié)能及環(huán)境效益十分明顯。

應(yīng)用水源熱泵機(jī)組,可輸出 70℃以上的二次熱水,能在末端為暖氣片的用戶進(jìn)行供暖。被利用后的地?zé)嵛菜潘疁囟瓤傻陀?18℃,將低溫地?zé)崴哪芰砍浞掷?同時(shí)熱泵機(jī)組還可免費(fèi)制取生活熱水及為會(huì)所提供夏季制冷。真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、高效節(jié)能。

3 地?zé)崴┡瘍?yōu)點(diǎn)

3.1 余熱利用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能

采用高溫水源熱泵機(jī)組可直接回收利用低溫地?zé)崴?、地?zé)嵛菜?、含油污水及其它各種溫度在 30℃～60℃之間的中低品位余熱資源,從根本上解決了此類余熱資源不能被熱泵機(jī)組直接回收利用的現(xiàn)狀。機(jī)組制熱工況出水溫度可根據(jù)用戶需求調(diào)節(jié),最高出水溫度可達(dá) 90℃,可滿足不同用戶的空調(diào)、供暖、制備生活熱水的需求,低溫地?zé)崴?+高溫水源熱泵取代燃煤鍋爐進(jìn)行冬季供暖無(wú)須改造供暖末端及現(xiàn)有供暖管網(wǎng),從而使現(xiàn)有資源得到了最合理的利用。

3.2 綠色環(huán)保、效益顯著

采用地?zé)崴?+高溫水源熱泵取代燃煤鍋爐可取得很好的環(huán)保效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng),避免了燃煤鍋爐的廢氣、廢渣對(duì)周圍環(huán)境的污染,省掉了燃煤的運(yùn)輸費(fèi)用、貯煤場(chǎng)地費(fèi)用、除塵費(fèi)用、灰渣的運(yùn)輸處理費(fèi)用等。同時(shí)解決了低溫地?zé)崴虻責(zé)嵛菜欧藕髮?duì)環(huán)境造成的熱污染的問(wèn)題,經(jīng)此方案后,尾水的溫度只有 18℃左右遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的小于 30℃的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 一機(jī)多用,節(jié)約資金

在該項(xiàng)目中,利用高溫水源熱泵提供冬季供暖的同時(shí),還可提供夏季制冷,從而避免了中央空調(diào)系統(tǒng)的重復(fù)投資。

3.4 性能穩(wěn)定、安全可靠

水源熱泵運(yùn)行自動(dòng)化程度高,運(yùn)行人員少,無(wú)壓力容器存在,安全性好。地下水溫度穩(wěn)定,水源熱泵供熱為連續(xù)供熱,溫度恒定,人體的舒適感好。

4 地?zé)崂弥写嬖诘膯?wèn)題及對(duì)策

地?zé)嶙鳛橐环N清潔能源用于采暖,在我國(guó)北方城市發(fā)展迅速,目前天津市地?zé)峁┡娣e就達(dá) 1 000多萬(wàn) m2,位居全國(guó)前列。北京市地?zé)峁┡娣e也達(dá) 120萬(wàn)平方米。

目前地?zé)峁┡饕獑?wèn)題一是尾水排放水溫比較高,一般在 40℃以上,造成了資源的浪費(fèi)。地?zé)崴┡笪菜欧潘疁乇容^高,造成熱污染,不符合環(huán)保的要求。適當(dāng)降低供暖排水溫度可提高地?zé)崮艿睦寐?。降低地?zé)崴┡奈菜欧艤囟?必須要考慮供暖系統(tǒng)的初投資,因?yàn)榻档臀菜欧艤囟染鸵黾由崞鞯拿娣e。據(jù)有關(guān)專家分析,散熱器的進(jìn)出口溫差每增加 5℃,散熱器面積需增加 12%,因此,地?zé)峁┡菜欧艤囟鹊慕档团c散熱器面積的增加存在一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。為充分利用地?zé)崴臒崮?可對(duì)供暖排水再次利用,實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的梯級(jí)綜合利用。在地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用中熱泵技術(shù)是目前世界上的一個(gè)熱點(diǎn),近 5年來(lái),全世界地?zé)釤岜萌萘恳云骄?30%的年增長(zhǎng)量在發(fā)展。對(duì)低溫地?zé)峄虻責(zé)峁┡菜衫脽岜眉夹g(shù)提升其熱能品位,使地?zé)豳Y源得到充分利用。

地?zé)崂眠^(guò)程中的另一個(gè)問(wèn)題就是結(jié)垢和腐蝕。結(jié)垢物質(zhì)主要有氧化鐵、硫酸鈣、碳酸鈣和硫酸鹽等。水垢的傳熱性能差,管道結(jié)垢大大地降低換熱器的傳熱性能,使得地?zé)崮芾寐氏陆?另外,結(jié)垢使水的流動(dòng)阻力增加,增大了流體輸送的能耗。在地?zé)岬闹苯永弥?防腐是一項(xiàng)重要問(wèn)題,腐蝕主要由氧、氯等元素引起。為保證供暖設(shè)備的可靠性和使用壽命,可采取適當(dāng)?shù)拇胧p少或防止腐蝕:利用非金屬材料解決腐蝕問(wèn)題;從開(kāi)采到利用采用密閉系統(tǒng),防止空氣(氧)進(jìn)人系統(tǒng)中;對(duì)含 C l-的地?zé)崴刹捎们爸脫Q熱器,使用間接供暖方式,這樣,前置換熱器采用耐腐蝕材料而供暖管道和設(shè)備可采用普通碳鋼。

在地?zé)豳Y源利用過(guò)程中,回灌技術(shù)是另一個(gè)值得重視的問(wèn)題。如果只開(kāi)采利用而不回灌會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題:①引起地面下沉,這在我國(guó)地?zé)衢_(kāi)采利用較早的地區(qū)已表現(xiàn)出來(lái);②造成環(huán)境污染,地?zé)崴呐欧乓话阍?40℃～50℃,不回灌會(huì)造成熱污染,而且地?zé)崴械纳?、汞、氟等有害元素也?huì)污染環(huán)境。③大量開(kāi)采地?zé)豳Y源而不采用回灌技術(shù)會(huì)影響地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

[1]陸亞俊 ,馬最良,鄒平華。暖通空調(diào) 中國(guó)建筑工業(yè)出版社P 344頁(yè).

[2]賀平,孫剛。供熱工程 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 P 295頁(yè) .

[3]謝棟輝,李文偉。北京奧運(yùn)公園應(yīng)用地?zé)峁┡目尚行员本┑責(zé)釃?guó)際研討會(huì)論文集。北京:2002年 10月 P 125頁(yè) .