1、2.12.22.32.42.5地球是一个巨大的能源宝库，每天地球内部都会向地表传达大量的热能量，这些热量相当于全人类一天使用能量的2.5倍。且越接近地球内部，其温度就越高。地热能从狭义上来讲是指蕴藏在地球内部的巨大的天然热能；从广义上说，是指来自地球深处的可再生热能。这部分热能一方面来源于地球深处的高温熔融体，另一方面则来源于矿物中具有足够丰度、生热率较高、半衰期与地球年龄相当的、多集中在地表层数百公里内的放射性元素的衰变。地热能具有可再生、分布广泛、蕴藏量丰富、比开拓石化燃料和核能生产成本低等优点，且建造地热厂较为容易，建造周期短；其缺点在于资金投资大，受地域限制，热效率低（有30%的地热能
2、用来推动涡轮发电机），所流出的热水含有很高的矿物质，一些有毒气体会随着热气喷入空气中，造成空气污染。根据地热流体温度的不同，其利用非常广泛：2050：沐浴、水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、脱水加工50100：供暖、温室、家用热水、工业干燥100150：供暖、制冷、双循环发电、罐头食品、脱水加工、回收盐类100200：双循环发电、制冷、工业干燥、工业热加工200400：直接发电及综合利用在我国的地热资源开发中，经过多年的技术积累，地热发电效益显著提升。除地热发电外，直接利用地热水进行建筑供暖、发展温室农业和温泉旅游等利用途径也得到较快发展。全国已经基本形成以西藏羊八井为代表的地热发电、以天津和西安
3、为代表的地热供暖、以东南沿海为代表的疗养与旅游和以华北平原为代表的种植和养殖的开发利用格局。按照温度的高低，地热资源可分为高温（150）、中温（90150）和低温（90）资源。低温资源按其主要利用途径可分为热水（6090）、温热水（4060）和温水（2540），可供采暖、烘干、医疗保健、温室、灌溉、沐浴和水产养殖等利用。中高温资源可用于发电、干燥、工业利用。地热资源以其在地下热储中存在的形式分为水热型、干热岩型、地压型和岩浆型四大类，以水热型最为常见。水热型又分为蒸汽型和热水型两种。蒸汽型中又分为干蒸汽（以蒸汽为主的）和湿蒸汽（有的学者把干度小的湿蒸汽划入热水型中）两类。我国的高温地热带，主要
4、分布在西藏、云南等高原地区；中低温地热田广泛分布在平原地区、丘陵地区以及内陆沉积盆地。就目前勘查的可利用地热资源而论，以中国西南地区最为丰富，其次是华北和中南地区，再次为华东地区，而以东北、西北地区最少地热发电 地热发电过程里产生大量硫化氢，因此不能说地热发电是零污染。开采时容易使地层里的硫磺等物质流出，会对附近河流、土壤造成污染。还有一个比较关键的原因是地热发电会与附近温泉抢夺热水，严重影响温泉从业者的生意。因此一直遭到温泉从业者的反对。地热制冷与供热 利用地热空调或为生产工艺提供所需要的低温冷却水是地热能直接利用的一种有效途径。地源热泵地热能的其他利用82.3.1.1 2.3.1.1 地热
5、发电技术概述地热发电技术概述地热发电技术是中高温地热资源利用的主要形式，是利用地下热水和蒸汽动力为动力源的一种新型发电技术。地热发电属于热能发电，理论上可以把所有将热能转化为电能的技术和方法用于地热发电。其基本原理就是利用天然的地热水蒸汽（或由地热水加热的低沸点工质蒸气）驱动汽轮机，再带动发电机发电。基本能量转换过程与火力发电类似，都是根据能量守恒原理，利用朗肯循环:先将地热能转换成机械能，然后再把机械能转换成电能。9 针对温度不同的地热资源，可以把地热发电分为四种方式，即地热蒸汽发电、地下水发电、全流循环式发电和干热岩发电。（1 1）地热蒸汽发电）地热蒸汽发电地热蒸汽发电系统主要用于高温蒸汽
6、热田，是最简单的一种发电方式。美国的Geyers，意大利的Larderello、Monte、Travale和日本的松川等地热电站都采用的这种热地发电资源。高温蒸汽首先经过净化分离器，除去井下带来的各种杂质后推动汽轮机做功，并使汽轮机发电。所用发电设备基本上与常规火力发电设备一样。地热蒸汽发电系统用可以分为两种系统。10（1 1）地热蒸汽发电）地热蒸汽发电1 1）背压式汽轮机循环系统背压式汽轮机循环系统该系统适用于压力超过0.1MPa的干蒸汽田。其工作原理为：先将干蒸汽从蒸汽井中引出并加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，之后把蒸汽通入汽轮机中使之做功，驱动发电机发电。做工后的蒸汽既可以直接
7、排入大气，也可以用于工业生产中的加热过程。这种发电方式的优点在于过程简单、运行费用低，但相对来说电站容量较小。大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合，或者综合利用于工农业生产和人民生活的场合。背压式地热蒸汽发电系背压式地热蒸汽发电系统示意图统示意图11（1 1）地热蒸汽发电）地热蒸汽发电2 2）凝汽式汽轮机循环系统）凝汽式汽轮机循环系统该系统适用于压力低于0.1MPa的蒸汽田。其之前的工作过程与背压式蒸汽轮机循环系统类似，所不同的是在汽轮机发电机组之后增加一些设备，使做功后的蒸汽直接排入混合式凝汽器，并在其中被冷却水循环水泵打入的冷却水冷却。在凝汽器中，为了保证很低的冷凝压力，即真空状态，
8、设有两台带有冷却器的射汽抽气器来抽气，把由地热蒸汽带来的各种不凝性气体和外界漏入系统的空气从凝汽器中抽走。在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压力，因而能做出更多的功12（2 2）地下热水发电）地下热水发电2 2）闪蒸式地热发电系统）闪蒸式地热发电系统闪蒸式发电法也叫“减压扩容法”，是目前最常用的地热发电法。该方法的原理是利用扩容降压的方法从地热水中产生蒸汽。水的沸点与压力有关，会随着压力的降低而降低。当降低地热水的压力使它低于温度对应的饱和压力时，地热水就会沸腾，一部分地热水会转化为蒸汽，直到温度降低到与该压力下的饱和温度相同为止。由于这个过程进行的很迅速，是一种急闪蒸发过程，同时，
9、热水蒸发为蒸汽时体积会迅速增大，所以这个容器就叫做闪蒸器或扩容器。这种方法适合于地热水质较好且不凝性气体含量较少的地热资源。采用闪蒸法的地热电站，热水温度低于100时，全热力系统处于负压状态。这种电站的优点是设备简单，易于制造，可以采用混合式热交换器。缺点是设备尺寸大，容易腐蚀结垢，热效率低。由于是直接以地下热水蒸汽为工质，因而对于地下热水的温度、矿化度以及不凝气体含量等有较高的要求。闪蒸式地热发电系统可以分为单级扩容法系统和双级扩容法系统13（2 2）地下热水发电）地下热水发电2 2）闪蒸式地热发电系统）闪蒸式地热发电系统闪蒸式发电法也叫“减压扩容法”，是目前最常用的地热发电法。该方法的原理
10、是利用扩容降压的方法从地热水中产生蒸汽。水的沸点与压力有关，会随着压力的降低而降低。当降低地热水的压力使它低于温度对应的饱和压力时，地热水就会沸腾，一部分地热水会转化为蒸汽，直到温度降低到与该压力下的饱和温度相同为止。由于这个过程进行的很迅速，是一种急闪蒸发过程，同时，热水蒸发为蒸汽时体积会迅速增大，所以这个容器就叫做闪蒸器或扩容器。这种方法适合于地热水质较好且不凝性气体含量较少的地热资源。采用闪蒸法的地热电站，热水温度低于100时，全热力系统处于负压状态。这种电站的优点是设备简单，易于制造，可以采用混合式热交换器。缺点是设备尺寸大，容易腐蚀结垢，热效率低。由于是直接以地下热水蒸汽为工质，因而
11、对于地下热水的温度、矿化度以及不凝气体含量等有较高的要求。闪蒸式地热发电系统可以分为单级扩容法系统和双级扩容法系统14（2 2）地下热水发电）地下热水发电3 3）双循环发电系统）双循环发电系统当地热水中不凝气体的含量超过3%（按蒸汽重量计）时，为避免抽汽系统的耗功太大，一般不采用闪蒸系统。这时就可以选择双循环发电系统。也叫做低沸点工质地热发电或中间介质法地热发电，其发电系统也称为有机工质朗肯循环系统，一般应用于中温地热水。它是以低沸点有机物，如正丁烷、异丁烷、氯乙烷、氨和二氧化碳等作为循环工质，使工质在流动系统中从地热流体中获得热量，产生的工质蒸汽进入汽轮机推动汽轮机做功，带动发电机发电。由于
12、这些工质多半是易燃易爆的物质，必须形成封闭的循环，以免泄露到周围环境中，所以有时也称封闭式循环系统。又因为这些工质的沸点都比较低，所以也叫做低沸点工质地热发电。在这种发电方式中，地热水并不直接参与到热力循环中，只是作为热源使用。15（2 2）地下热水发电）地下热水发电3 3）双循环发电系统）双循环发电系统该方法的原理是：很多有机物工质在常温下沸点都比水的沸点低得多，这样，就可以用100以下的地下热水加热低沸点工质产生蒸汽进行发电。具体过程为：首先，从井中泵上的地热水流过表面式蒸发器，加热蒸发器中的工质。工质在定压条件下吸热汽化，产生的饱和工质蒸汽进入汽轮机做功，汽轮机再带动发电机发电。然后做完
13、功的工质乏汽再进入冷凝器被冷凝成液态工质。液态工质又由工质泵升压打进蒸发器中，完成工质的封闭式循环。这种发电方式的优点在于，利用低温热能的热效率较高。当选用的工质非常合适时，热力循环系统可以一直处于正压状态下，运行状态中不需要再抽真空，减少生产用电，使电站净发电量增加10%20%；同时由于系统工作在正压下，工质的比容远远小于负压下水蒸气的比容，从而减小蒸汽管道和汽轮机的体积。缺点是不像扩容法那样可以方便地使用蒸发器和冷凝器。由于它的蒸发器是表面式蒸发器，传热温差明显大于扩容法中的闪蒸器，这将增加地热水的热量损失，使循环热效率下降。特别是长期运行时，换热面地热水侧面产生结垢后，问题会更加严重。大
14、部分低沸点工质的传热性能都比水要差，因此此方法需要的换热器面积大。而且低沸点工质的价格高，并且有些还易燃、易爆、有毒、不稳定、对金属存在腐蚀性。16（2 2）地下热水发电）地下热水发电4 4）单级双循环地热发电系统）单级双循环地热发电系统该法系统适用于中低温（50100）地热田发电。其结构简单，投资少，但热效率低（比双级低20%左右），对蒸发器及整个管路系统严密性要求较高（不能发生较大的泄露），还要经常补充少量中间介质一旦发生泄露将会对人体及环境产生危害和污染。单级双循环地热发电系统示意图单级双循环地热发电系统示意图17（2 2）地下热水发电）地下热水发电5 5）两级双循环地热发电系统）两级双
15、循环地热发电系统双级（或多级）中间介质法热力系统适用于充分利用低温（50100）地热田发电该系统热效率高（比单级高20%左右）结构复杂，投资高，对蒸发器及整个管路系统严密性要求高，也存在防泄漏和经常需要补充中间介质的问题18（3 3）全流循环式发电）全流循环式发电全流循环式发电法是针对汽水混合型热水提出的一种新的热力循环系统。全流循环式发电的提出就是为了最大限度地利用地热流体的可用能。它是将地热井口的全部流体，包括蒸汽、热水、不凝性气体以及化学物质等，不经处理直接送进全流动力机械中膨胀做功，其后排放或收集到凝汽器中。这种方法旨在充分利用地热流体的全部能量，但技术上有一定的难度。比如膨胀机的设计
16、时就要适应不同化学成分范围的地热水，特别是高温高盐的地热水。而且这种系统的设备尺寸大，容易结垢、受腐蚀，对地下热水的温度、矿化度以及不凝性气体含量等有较高的要求。虽然这一概念的提出到现在已有20多年的时间，可是仍处于研究阶段，未进入商业应用。19（3 3）全流循环式发电）全流循环式发电该方法的核心技术是一个全流膨胀机。地热水进入全流膨胀机进行绝热膨胀后，汽水混合物再流入冷凝器中冷凝成水，然后再用水泵将冷凝水抽出冷凝器，完成整个热力循环。从理论上看，在全流循环中地热水从初始状态一直膨胀到冷凝温度，其全部热量被最大限度的用来做功，因而全流循环式发电法具有最大的做功能力。实际上全流循环的膨胀过程是汽
17、水两相流的膨胀过程，而汽水两相膨胀速度差很大，没有哪种叶轮式的全流膨胀机能很有效的把这种气液两相流的能量转化为叶轮转子的动能。目前的容积式膨胀机，如活塞式、柱塞式和螺旋转子膨胀机的效果较好，但膨胀比比较小，难以满足实际要求。地热流如果不能完全膨胀，功率难以提高，只能做成小功率的设备，优势完全体现不出来。20（4 4）干热岩发电）干热岩发电干热岩地热资源，是比水热资源更为巨大的一种地热资源。这些岩石的温度很高，但没有水或蒸汽作为热载体，因此需要一种特殊的方法才能把其中的热能取出来。1970年，美国的莫顿和史密斯提出了利用地下干热岩发电的设想。他们在新墨西哥北部定了两口深约4000m的深斜井，将冷
18、水从一口井中注入干热岩体中，再从另一口井中取出被岩体加热成的蒸汽，功率达2300kW21（4 4）干热岩发电）干热岩发电干热岩发电的具体方法是：先在热岩体上方打一口深井，并人为地使该处热岩体破碎，造成一个很大的人工热储，然后再钻一口深井到该热储底部，利用这口深井把冷却水从地面注入热储底部，冷水在热储内流动时被加热，变成热水或湿蒸汽，然后由顶部的另一口深井流出地表并加以利用。比起天然蒸汽或热水发电，高温岩体发电在许多方面都表现出优越性。首先，干热岩热量储量大，可以较稳定地供给发电机热量，且使用寿命长。其次，热水夹带的杂质较少。这是因为从地表出入到干热岩中的清洁水被干热岩加热后，热水温度高，由于在
19、地下停留的时间短，还来不及溶解岩石中的大量矿物质就已经流出。222.3.2.1 2.3.2.1 地热制冷地热制冷 利用地热制冷空调或为生产工艺提供所需要的低温冷却水是地热能直接利用的一种有效途径。地热制冷是以足够高温度的地热水驱动吸收式制冷系统，制取温度高于7的冷冻水，用于空调或生产。一般要求地热水温度在65以上，用于地热制冷的制冷机有两种：一种是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机；另一种是以氨为制冷剂、水为吸收剂的氨水吸收式制冷机。其中氨水吸收式制冷机由于运行压力高，系统复杂，效率低，有毒等因素，除了要求制冷温度在0以下的特殊情况外，一般很少在实际中使用。利用地热能进行制冷
20、为建筑物或生产工艺提供所需的低温冷冻水，不仅能使地热能得到高效利用，而且吸收式制冷机使用的工质对大气层没有破坏作用。另外，利用地热制冷空调或为生产工艺提供所需的低温冷冻水，也可以达到节约电能的目的，与常规的电压缩制冷系统相比，地热吸收式制冷系统可节电60%以上。232.3.2.1 2.3.2.1 地热制冷地热制冷 地热制冷系统主要是由地热井、地热深井泵、热交换器、热水循环泵、制冷机、冷却水循环泵、冷却塔、冷冻水循环泵、空调末端设备和控制器等组成地热井是开采地热水的必要设备，地热井的直径、深度由地质条件和所需开采量决定地热制冷系统简图地热制冷系统简图242.3.2.2 2.3.2.2 地热供暖地
21、热供暖地热供暖在地热直接利用领域中应用最为广泛。地热替代常规能源（煤、石油、天然气）对建筑物进行供暖、供热，已成为改善大气环境的有效途径之一。由于地热供热站占地面积小，运行费用低，资源综合利用收益大，资金回收快，而且对大气污染极小，已经受到人们越来越多的重视。252.3.2.2 2.3.2.2 地热供暖地热供暖（1 1）地热供暖系统组成）地热供暖系统组成地热供暖就是以一个或多个地热井的热水为热源向建筑群供暖。在供暖的同时满足生活热水以及工业生产用热的要求。根据热水的温度和开采情况，可以附件其他调峰系统如传统的锅炉和热泵等。地热供暖系统主要分成三部分：第一部分为地热水的开采系统，包括地热开采井和
22、回灌井、调峰站以及井口换热器；第二部分为输送、分配系统，它是将地热水或被地热加热的水引入建筑物；第三部分包括中心泵站和室内装置，将地热水输送到中心泵站的换热器或直接进入每个建筑中的散热器，必要时还可设蓄热水箱，以调节负荷的变化。262.3.2.2 2.3.2.2 地热供暖地热供暖（2 2）地热供暖系统类型）地热供暖系统类型根据热水管路的不同，地热供暖系统有以下三种方式：单管系统。即直接供暖系统。水泵直接将地热水送入用户，然后从建筑物排出或者回灌。直接供暖系统的投资少，但对水质的要求高。而且管道和散热器系统不能用铜合金材料，以免被腐蚀。目前我国的地热采暖系统大多是利用原有的室内采暖设备，循环后水
23、温大于降低1015后排放。双管系统。利用井口换热器将地热水与循环管路分开。这种方式就是常见的间接供暖方式，可以避免地热水的腐蚀作用。混合系统。采用地热热泵或调峰锅炉将上述两种方式组合为一种混合方式。272.3.2.2 2.3.2.2 地热供暖地热供暖（3 3）地热供暖的优点）地热供暖的优点充分合理的利用资源：用低于90的低温地热水代替具有高品位能的化学燃料供热，可大大减少能量的损失。地热供暖可以改善城市大气环境质量，提高人民的生活水平。地热供暖的时间可以延长，同时可全年提供生活用热水。开发周期短，见效快。282.3.2.2 2.3.2.2 地热供暖地热供暖（3 3）地热供暖的优点）地热供暖的优
24、点充分合理的利用资源：用低于90的低温地热水代替具有高品位能的化学燃料供热，可大大减少能量的损失。地热供暖可以改善城市大气环境质量，提高人民的生活水平。地热供暖的时间可以延长，同时可全年提供生活用热水。开发周期短，见效快。292.3.3.1 2.3.3.1 地源热泵的定义地源热泵的定义热泵:能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机。地源热泵:以地源能（土壤、地下水、地表水、低温地热水和尾水）作为低温热源，同时提供冬季采暖、夏季空调和生活热水的系统。302.3.3.2 2.3.3.2 地源热泵的分类和工作原理地源热泵的分类和工作原理根据冷凝水出水温度的不同，可以把地源热泵分为常温型（低于55）和高温
25、型（高于70）两种。据地热能交换系统形式不同，地源热泵系统（图6）分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。地源热泵的工作原理，就是制冷时蒸发器吸收建筑物内的热量，通过制冷循环，冷却水将热量排到地下；供热时蒸发器吸收地下热量，通过热泵循环，热水向室内供暖。312.3.3.3 2.3.3.3 地源热泵的特点及优势地源热泵的特点及优势 利用清洁可再生的低温能源 地源热泵利用的是储存于地表中清洁的、可再生的太阳能或地热能。地表浅层土壤和水体是一个大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年所消耗能量的500倍还多，同时也是一个巨大的动态能量平衡系统，自然保持能量吸收和发
26、散的相对平衡，这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以是一种清洁可再生的技术。322.3.3.3 2.3.3.3 地源热泵的特点及优势地源热泵的特点及优势 系统简单、使用方便、应用范围广 一套地源热泵系统可以代替锅炉加制冷机组两套装置，系统简单，不需要搭建锅炉和冷却塔，以及堆放燃料和燃烧废物的场地，能保持建筑外部美观，节省了建筑场地和经费，避免了腐蚀和气候影响，而且没有储煤、储油罐等安全隐患。机组可以灵活安置在各种地方，节约空间，系统末端也可有多种选择。各区域能独立选择制冷或供暖，分区灵活，使用方便。地源热泵是一种介于中央空调和分体空调之间的优化能源空调方式，它既具有中央空调
27、系统能效高、成本低和安全可靠的优点，又具有分体式空调器调节灵活方便、便于计费的特点。并且其自动化程度高，无需专业人员操控，机组振动小，噪音小，对用户无干扰。332.3.3.3 2.3.3.3 地源热泵的特点及优势地源热泵的特点及优势 环境保护地源热泵以电为动力，不受地域、资源等限制，无需锅炉，既解决了热污染问题，又进一步提高能效比；运行时不会产生因燃油、燃煤所造成的空气污染，也没有废弃物；没有冷却塔，减少冷却塔水污染，杜绝“军团病菌”对人体的危害；无室外机，不会产生热岛效应；地源热泵机组通过热交换器与地下土壤或水源进行热量交换，抽取的地下水或地表水（河水、海水、湖水）大多实行封闭式回灌，不消耗
28、水资源，不污染地下物质，具备环保性能。342.3.3.3 2.3.3.3 地源热泵的特点及优势地源热泵的特点及优势 经济效益显著地源热泵耗电少。与空气热泵相比，地下水源热泵的能量利用率要高出40%以上；与电供热比较，节电70%。制热时与燃气锅炉比较，节能50%；与燃油锅炉相比，节能70%。而且地源热泵运行工况稳定，比传统中央空调系统节省30%60%的运行费用。据美国环保署（EPA）估计，设计安装良好的地源热泵，可以为用户节约30%40%的供热制冷空调的运行费用。352.3.3.3 2.3.3.3 地源热泵的特点及优势地源热泵的特点及优势 运行稳定可靠地温的波动范围远远小于环境空气温度的变动，使
29、地热热泵全年运行稳定。由于散热、取热均依靠深层土壤，不受环境温度变化的影响，即使在冬天制热量也不会衰减，更不会结霜。系统部件少，维护费用低，自动化程度高，使用寿命可达15年以上。362.3.3.3 2.3.3.3 地源热泵的特点及优势地源热泵的特点及优势 不足如应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水或地表水的利用方式会受到当地地下水资源的限制。埋管式土壤源热泵系统在我国还刚刚起步，地下埋管的初投资较高、技术缺乏等因素一直制约着该项技术的发展。372.3.3.4 2.3.3.4 地埋管地源热泵系统地埋管地源热泵系统地
30、埋管地源热泵就是以岩土体为释热和吸热对象，将地埋管换热器埋在地下，传热介质（水或加防冻液的水）在管内循环，通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统。夏季循环水将制冷机组吸收的热量传向土壤，冬季吸收土壤中的热量并将其传至室内。地埋管地源热泵系统可分为水平地埋管地源热泵系统和竖直地埋管地源热泵系统。水平埋管通常采用浅层埋设，开挖技术要求不高，但换热能力比垂直热管低，而且占地面积和开挖工程量大；垂直埋管通常有U型管和套管两种，常用的方式是U型埋管换热器，虽然其换热能力不如套管式换热器，但投资小，工程实际应用高。382.3.3.4 2.3.3.4 地埋管地源热泵系统地埋管地源热泵系
31、统优点：（1）土壤温度全年波动小且数值相对稳定，热泵机组的季节性能系数具有恒温热泵热源的特性，这种定温热性使地埋管地源热泵空调系统比传统的空调系统运行效率高40%60%，节能效果明显。（2）土壤具有较好的蓄能作用。夏季从室内释放到土壤中的热量可以补偿冬季从土壤中取出的热量。（3）当室外的温度条件处于极端环境时，对能源的需求量也处在高峰期。土壤对地面空气温度波动有衰减和延迟作用，可以保证较高的蒸发温度与较低的冷凝温度，因此供热和制冷能力都能得到提高，而且无需辅助热源和冷源，节能效果更好。392.3.3.4 2.3.3.4 地埋管地源热泵系统地埋管地源热泵系统优点：（4）地埋管地源热泵空调系统运行
32、费用低。据世界环保组织估计，如果其设计安装情况良好，地源热泵系统平均可以节约用户30%40%的空调运行费用。基于以上优点，地埋管地源热泵系统在国外得到了广泛的应用，近些年来这项技术在国内也开始起步，且发展迅速。402.3.3.5 2.3.3.5 地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统（1）基本情况地下水地源热泵系统的低位热源为地下水，热泵机组冬季从生产井提供的地下水中吸热，提高品位后，对建筑物供暖，取热后的地下水通过回灌井回到地下，同时蓄存一部分冷量供夏季使用。夏季抽取地下水作为热泵机组的冷却水源，吸热后回灌到地下，将热量转移到地下供冬季使用。如果地下水温度较低，可以直接利用地下水冷却或者预冷。
33、地下水系统适用于地下水源丰富的地区，由于地下水常年温度稳定，不受外界气温影响，机组可以高效运行。412.3.3.5 2.3.3.5 地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统（1）基本情况把地下水作为冷源的技术在我国已有较长的历史。解放初期，北京、上海等地就已经利用地下水作为主要冷源进行空调制冷。由于地下水源热泵系统比较简单，投资少，运行也较简单，往往是地源热泵空调系统的首选。然而，由于大量开采地下水，易造成地下水层的减少，并且引起地层下沉等问题，对地下结构造成影响，有关部门已经对地下水的使用做出了明确的规定。在对地下水源热泵的应用中仍存在着不少的问题。如地下水的回灌问题，流量判断错误等。422.3
34、.3.5 2.3.3.5 地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统（2）地下水源热泵系统分类以地下水为热源或冷源的水源热泵有两种形式：一是开式环路，二是闭式环路。所谓开式环路就是通过潜水泵将抽取的地下水直接送入热泵机组。这种系统管路连接简单，初投资低，但由于地下水含较多杂质，当热泵机组采用板式换热器时容易造成管路堵塞。由于地下水中成分复杂，易使管路及设备产生腐蚀和结垢在使用开式系统时应采取相应的措施。所谓闭式系统就是通过一个板式换热器将地下水和建筑物内的水系统隔绝开来。432.3.3.5 2.3.3.5 地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统（1）地下水源热泵系统分类以地下水为热源或冷源的水源热泵有
35、两种形式：一是开式环路，二是闭式环路。所谓开式环路就是通过潜水泵将抽取的地下水直接送入热泵机组。这种系统管路连接简单，初投资低，但由于地下水含较多杂质，当热泵机组采用板式换热器时容易造成管路堵塞。由于地下水中成分复杂，易使管路及设备产生腐蚀和结垢在使用开式系统时应采取相应的措施。所谓闭式系统就是通过一个板式换热器将地下水和建筑物内的水系统隔绝开来。442.3.3.5 2.3.3.5 地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统（2）地下水的水质处理为保障地下水安全回灌及水源热泵机组正常运行，地下水尽可能不直接进入水源热泵机组。直接进入水源热泵机组的地下水水质应满足以下要求：含沙量小于1/200000，
36、PH为6.58.5，CaO小于200mg/L，矿化度小于3g/L，Cl-小于100mg/L，SO42-小于200mg/L，Fe2+小于1mg/L，H2S小于0.5mg/L。当水质达不到要求时，应该进行水处理。经过处理仍达不到规定的，应在地下水与水源热泵机组之间加设中间换热器。对于腐蚀性及硬度高的水源，应设置抗腐蚀的不锈钢换热器或铆板换热器。在使用海水时，建议在海水进入换热器前增加氯气处理装置对海水进行处理，以防止藻类在换热器内部滋生。452.3.3.5 2.3.3.5 地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统（2）地下水的水质处理板式换热器：对于一些矿化度较高的水源，由于其对金属的腐蚀性高，直接进
37、入机组会因机组被腐蚀使其寿命减少。如果通过水处理的办法减少矿化度，费用又很大。通常采用的是加装板式换热器的中间换热方式，把水源水与机组隔开，使机组彻底避免水源水可能产生的腐蚀作用。对不同矿化度的水源，使用的板式换热器也不同。除砂器与沉淀：当地下水含砂量大于1/200000时，应采用过滤器或除砂设备进行处理。目前普遍使用的除砂器是旋流式除砂器。其体积小，除砂效率高，可在不间断供水的情况下清除水中的砂粒。沉淀池投资比除砂器低。462.3.3.5 2.3.3.5 地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统（2）地下水的水质处理电子水处理仪：在地下水源热泵空调系统运行过程中，冷凝器中的循环水温度较高，特别是
38、冬季制热时，循环水的温度可达到45以上，水中的钙、镁离子容易析出形成水垢，影响换热效果。通常采用的措施是在冷凝器循环水管路中安装电子水处理仪，防止管路结垢，增强管壁的缓蚀性，使已经形成的水垢剥蚀、溶解。净水过滤器：有些水源水蚀度较大，用于回灌时造成的管井滤水管和含水层堵塞，影响供水系统的稳定性和使用寿命。对蚀度大的水源，可以安装净水器进行过滤。472.3.3.5 2.3.3.5 地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统（2）地下水的水质处理除铁设备：我国的地下水含铁量一般都超过允许值，所以在使用水源前要进行除铁。当水中含铁量大于0.3mg/L时，应在水系统中安装除铁处理设备。现多使用除铁设备进行除
39、铁，虽然初投资和管理费用都较高，但效果很好。离子棒防垢水处理设备：离子棒防垢器是一种新兴的、先进的水处理设备，它能够达到防垢、除垢、除锈、防腐蚀的目的。把该设备水平安装在热泵机组入口处的管路上，不需另外设置阀门和旁通管路。该设备的优点是安装容易，不占空间，功耗低，安装费用低，使用寿命长，且使用安全。482.3.3.5 2.3.3.5 地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统（2）地下水的回灌问题将被水源热泵机组交换热量后排出的水再注入地下含水层中去，此过程称为回灌。应用地下水源热泵技术，地下水经热交换后必须回灌，这是由该技术的原理决定的。回灌的目的一是储能，提供冷热源，亦即冬灌夏用，夏灌冬用；二是
40、为保持含水层水头压力，防止地面沉降，保护地下水资源。地源热泵工程技术规范规定：必须采取可靠回灌措施，确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费及污染。系统投入运行后，应对抽水量、回灌量及其水质进行定期监测。目前，地下水地源热泵空调系统的地下水回灌技术主要包括真空回灌、重力（自流）回灌、压力回灌和单井回灌。492.3.3.6 2.3.3.6 地表水地源热泵系统地表水地源热泵系统（1）基本情况地表水包括地球表面的各种水资源，如江、河、湖、海水等，是人类赖以生存的重要资源。由于水的热容量大，传热性能好，地表水可以间接或直接被利用来为建筑物供热制冷。如果建筑物附近有可
41、利用的地表水，而且水温合适（1020），利用地表水系统最节能、最经济。地表水供热制冷效率高，节能环保，在建设资源节约型社会中越来越受到重视。地表水热源热泵系统的原理简单说就是夏季冷凝器吸热后的冷却水经密封的管道系统流入湖或池中，利用温度稳定的池水或湖水散热。冬季吸收湖水或池水的热量并将热量传递给热泵机组工质，并通过工质传给室内。与地表水进行热交换的地热能交换系统分为开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统502.3.3.6 2.3.3.6 地表水地源热泵系统地表水地源热泵系统（2）开式地表水源热泵系统开式地表水源热泵系统具有以下优点：增加了机组的制冷量或制热量。由于减少了湖水换热器，增加了地表水
42、与制冷剂之间的传热温差，因此比闭式地表水源热泵机组的换热量大。如果湖水较深，湖水底部的温度较低，夏季可以利用湖水底部的低温水来预冷新风或空调房间的回风，节约能量。把热泵机组排出的温水排放到湖水上部温度较高的区域，这样保证湖水温度分布不发生改变，对湖水温度影响小。开式地表水源热泵系统最大的缺点就是热泵机组的结垢问题。512.3.3.6 2.3.3.6 地表水地源热泵系统地表水地源热泵系统（3）开式地表水源热泵系统与地埋管地源热泵系统相比，闭式地表水源热泵系统的投资、泵的输送、耗电量、湖水换热器的投资及运行费用均比较低。开式地表水源热泵系统相比：在热泵机组换热器内的循环介质为干净的水或防冻液，机组
43、结构的可能性很小；湖水换热器环路水泵比开式系统的耗电量低。这是因为开式系统要克服湖水到热泵机组的静水高度，而闭式系统却不用；闭式系统应用范围更广。当冬季湖水温度较低时，为防止机组换热器内循环液冻结，必须采用闭式系统。湖水温度低于5时，环路内必须使用防冻液。虽然闭式系统内部结垢的可能性小，但盘管外表面往往会结垢，使外表面换热系数降低。如果湖水换热器若处于公共区域，还可能遭到人为破坏。另外，当湖水或河水较浅，水温受大气温度的影响较大，这将会影响机组效率和制冷量的变化522.3.4.1 2.3.4.1 地热干燥地热干燥（1）基本情况地热干燥技术是地热能直接利用的重要项目，虽然这项技术在地热直接利用领
44、域所占比例很小，仅为1%。但随着地热能综合利用和梯级开发利用水平的提高，人们对地热干燥的兴趣日益增大。国外地热干燥所用的地热流体温度大都在100以上，而国内所用的地热流体的温度大多在100以下，这是我国地热干燥的一大特点。532.3.4.1 2.3.4.1 地热干燥地热干燥（2）干燥机理和方法简介干燥通常是指通过某种方法将热量加于含水物料，从而使湿物料的水分蒸发分离的过程。在干燥过程中首先必须使热量有效地传给湿物料，从而使其表面水分蒸发；随后由于物料表面和内部的湿度差，内部水分开始向表面转移并吸收热量继而蒸发。在整个干燥过程中上述两个过程相继发生，轮流控制干燥速率。在干燥的初始阶段，强化外部条
45、件可以起到较大的作用，而当物料表面已经没有充足的自由水分时，干燥速率主要取决于水分从物料内部向表面转移的速率。此过程的主要机理是：扩散、毛细管作用和由于干燥过程中物料收缩引起的内部压力，它主要取决于物料的结构、特性和形状等。因此针对不同的产品，干燥设计的首要任务就是要选择合适的干燥方法，制定合理的干燥工艺，并且在干燥过程的不同阶段采取不同的强化方法。542.3.4.1 2.3.4.1 地热干燥地热干燥（3）干燥特点及干燥器的选择洁净无污染，因此环境和设备清洁卫生。由于是梯级综合利用的一部分，所以价格便宜，经济型较好。能源供给稳定，受其他因素影响小，生产工艺稳定，调节方便，产品质量好。因为是中间
46、的利用环节，所能利用的温度和温差都受到限制，热风温度偏低，只能用于低温干燥、干燥速度也较低。552.3.4.1 2.3.4.1 地热干燥地热干燥（3）干燥特点及干燥器的选择以上这些特点都决定了地热干燥主要被用于农、副产品和食物等的干燥例如各种水果、蔬菜、菇类等。因为在干燥的第二阶段，这些物料的干燥速度将受到水分从内部向表面转移的传质过程的极大限制，而这些农、副产品采用地热干燥比传统采用的晒干和风干更干净卫生，产品质量更好，干燥速度也更快。地热用于农、副产品和食品干燥的形式主要有：水平气流厢式干燥器、穿流气流厢式干燥器、隧道式干燥器和带式干燥器等。地热干燥还可以应用于工业上的干燥。轻纺、造纸、木
47、材等行业都有烘干工序，地热水是难得的稳定热源。烘干质量好，可以避免过热而损坏产品。562.3.4.2 2.3.4.2 地热在农副业方面的应用地热在农副业方面的应用目前我国地热养殖的种植规模相当大，北京、河北、广东等地用地热水灌溉农田，调节灌溉水温，用3040的地热水种植水稻，以解决春寒时的早稻烂秧问题。我国凡是有地热资源的地方，基本都建了地热温室，用来栽种蔬菜、水果、花卉等，如辽宁省某地温室利用83的地热水采暖，用于冬季种植瓜菜，并用地热育地瓜秧。地热水还可以用于繁殖水生植物和饲养水生动物，如北京地区就用地热水培育水浮莲和在冬季通过向养殖池输送温度恒定的地热水来养殖鲤鱼。572.3.4.2 2
48、.3.4.2 地热在农副业方面的应用地热在农副业方面的应用由于地热利用的是低温地热水和经过发电、工业、采暖等之后的地热水的余热，地热在农业和水产养殖方面的应用引起了人们广泛的兴趣。国内外已将一水多用或梯级利用定为地热开发的目标。有的还与太阳能利用相结合，建立互补能源系统的现代化温室，它可以实现人工控制和模拟各种最优自然环境，进行农业育种、栽培、禽类孵化、牲畜越冬和水产养殖等多种经营。目前我国已有20个省、市、区建有地热温室，总面积超过200万平方米。地热温室的温度恒定，易于控制，在农业和水产业方面容易推广。在南方地区，地热温室已作为人工养鳗、养甲鱼和珍贵水产品的基地。582.3.4.2 2.3
49、.4.2 地热在农副业方面的应用地热在农副业方面的应用在国外，地热的应用也十分广泛。匈牙利的地热直接利用居世界首位，主要用于农业温室和温泉浴疗此外还有地热养殖，地热水加热空气进行农副产品脱水等。美国对地热农业利用也相当重视，在许多缺水地区分布着中温地热资源系统，采用梯级开发的方法，将温度较低的地热尾水用于灌溉。日本的地热资源也很丰富，在农业上的应用主要有作物的育苗繁殖、蔬菜和花卉的栽培、水产养殖、地热水养鸡等，还可以利用地热水酿制酱油、加工山茶、烘干香菇等农副产品。另外，俄罗斯、冰岛、瑞典等其他国家在地热的农业利用方面做出了大量的研究和应用工作。592.3.4.3 2.3.4.3 地热在工业上
50、的应用地热在工业上的应用 除了上文提到的地热干燥技术，目前我国也已将地热能用于烤胶、造纸、纺织、印染、水泥制品、制革等工业。国外还将地热水管路铺设在人行道下面，这样冬季气温较低时道路也不会出现结冰现象。另外，在酿造业和大型沼气工程中，也可以采用地热水保温，使微生物繁育旺盛，提高产出率。有些地热流有较多的矿物盐，再利用其热能之外，可从副产品中回收硫、硝、食盐等化工原料。602.3.4.4 2.3.4.4 地热医疗地热医疗地下水由于具有一定的压力和温度，与周围岩石相互作用，溶触各类物质并不断向地表上涌和运移，在适当的条件下（如遇断层）则可露出地表成为温泉。温泉和地下热矿水除拥有较高温度外，还含有各
