關于地熱供暖技術探析

摘 要：為了更好的實現經濟社會的可持續發展，國家在能源發展戰略方面做出了一定的調整，對能源結構進行調整，在進行能源利用的時候要使用可再生的能源，避免使用對環境污染嚴重的煤。同時在能源利用方面也提出了要充分利用地熱資源。在經濟快速發展的過程中，地熱作為一種清潔能源在采暖方面得到了廣泛的應用，尤其在我國的北方地區，為了更好的利用地熱能源，一定要對其供暖原理、優勢和相關技術進行分析。

關鍵詞：地熱供暖；原理；優勢；技術

地熱已經逐漸取代了常規的能源在建筑物進行了供暖和供熱，新型能源的使用在環境保護方面的效果也是非常好的。地熱供熱站在進行建設的時候，占地面積是非常小的，同時運行的費用也是非常低的，資源綜合利用效率高，在資金投入方面回收也是非常快的，還有一個最重要的優點就是其對大氣環境污染是非常小的。地熱供暖逐漸被人們重視也是因為它的優點是非常多的。采用地熱采暖，不僅可以節省煤炭的運輸成本，同時也能減少有害物質的排放，這樣能夠更好的保護環境。地熱采暖的運行成本是非常低的，這樣就使得其在經濟性和環境效益方面的優勢都是非常大的。

1 地熱供熱系統簡介

地熱供暖技術是一個綜合系統，其中包括集地熱井的鉆鑿、地熱水回灌、熱能梯級利用、熱泵對地熱尾水進行熱能回收。地熱供暖技術在應用的時候主要是利用水源，通過少量的電能輸入，采用熱泵原理，實現熱能的轉移，以一個或者多個地熱井的熱水作為熱源向建筑物中進行供暖，在供暖的同時也實現了生產熱水和生活熱水的供應。在進行供暖的時候可以根據熱水的溫度和開采情況對系統進行必要的調節，這樣能夠更好地保證供暖系統的運行。地熱供暖系統包括三個部分，其中有地熱水的開采系統，有輸送和分配系統，有中心泵站和室內裝置。地熱系統根據熱水管路的不同也可以分為直接供暖系統和混合供暖系統。

2 地熱供暖的特點

地熱供暖主要利用的就是深層地下熱水作為熱源，通過直接或者是間接的供暖系統將熱源輸送到用戶的家里。地熱是一種恒溫可變的流量熱源，在供暖系統中無論是否存在著變頻調速裝置，都是可以保證供暖的連續性的。利用鍋爐來進行供暖會受到很多的因素影響，其中內部和外部因素的影響是比較多的，在鍋爐供暖系統中還沒有達到將供暖自動調節裝置進行普遍安裝的情況，在對供暖進行調節的時候還是停留在傳統的操作方面的。在對熱量進行均衡計算的時候，通常是以一系列的參數來進行修正的，同時在供暖方面也存在著間隙供暖的情況，這樣都是會給供暖效果帶來一定的影響。

進行室內供暖就是為了更好的保證冬季室內的熱環境是非常穩定的，在進行供暖的時候要對供暖設計方法進行設計，要考慮建筑的維護結構特性以及衛生要求條件，然后再對室外氣象參數進行研究，這樣能夠更好的計算出采暖熱負荷，在進行計算的時候，通常是在靜態的基礎上進行計算的。但是，在實際的供暖過程中，靜態熱平衡只是一個非常理想的狀態，因為在進行計算的時候沒有對室內環境變化進行考慮，同時也沒有對人員狀態變化進行考慮。在進行供暖的時候，室外溫度的變化對房屋的熱能損失是有很大的影響的，同時也是非常重要的影響因素。為了更好地保證室內溫度處于恒定的狀態，供暖系統一定要處于動態的響應方式下，這樣能夠對供熱量進行隨時的調節。地熱供暖系統在井口通常都是設置變頻調速裝置的，這樣可以根據室外氣象參數的變化來對地熱開采量進行調節，這樣能夠更好的保證室內溫度是恒定的。在進行供暖的時候一定要掌握好供暖的熱量，出現室內溫度過高的情況會導致熱能出現浪費的情況，同樣出現室內溫度過低的情況，就會出現供暖標準無法到達的情況。

3 地熱的應用概況

自從改革開放以后，經濟社會得到了很大的發展，這樣就出現了能源消耗過大的情況，現在，能源在使用方面出現了供應緊張的局面，為了保證能源能夠得到充分的利用，同時也是為了實現經濟社會的可持續發展，對于一些不能再生的能源在使用方面要進行減少，同時要不斷使用可再生能源，其中地熱資源的利用前景是非常好的，在很多的領域都得到了應用，這樣也能更好的促進我國經濟的發展。地熱資源在人民生活和工業生產中的地位是比較重要的。

4 地熱水供暖優缺點

4.1 地熱水供暖的優點

地熱水供暖能夠對余熱進行很好的利用，這樣在經濟節能方面是非常有意義的。在進行地熱供暖過程中，高溫水源熱泵機組可以直接回收利用低溫地熱水，這樣就改變了余熱資源無法被回收利用的情況。在進行供暖的時候，工作人員可以根據用戶的需求對出水溫度進行調節，同時也能滿足用戶在生活中空調以及生活用水的需求。利用地熱水進行供暖的時候是對燃煤鍋爐的取代，在這個過程中是不需要對供暖管網進行改造的，這樣也使得現有的資源得到了合理的利用。

采用地熱水進行供暖，不但可以更好的保護環境，同時效益也是非常顯著的。采用地熱水和高溫水源熱泵來取代燃煤鍋爐來進行供暖，在經濟效益和環保效益方面都是非常好的，同時也避免了大量燃燒煤炭的情況，可以在一定程度上減少廢氣和廢渣對周圍環境的影響，同時也能節省燃煤過程中出現的運輸費用，燃煤鍋爐在使用的時候要對煤炭進行貯藏，這樣也能夠節省產地費用，同時也能節省對廢渣的處理和運輸費用。低溫地熱水和地熱的尾水也是會導致環境污染問題出現的，但是經過處理以后，排放的尾水溫度會出現很大幅度的降低，這樣對環境就不會帶來影響。地熱供暖是利用地板來作為散熱器的，這樣能夠更好的保證室溫在很小的梯度內，同時也能更好的滿足人們對散熱情況的要求。地下水的溫度通常是比較穩定的，這樣在進行供暖的時候溫度也將是恒定的，人體能夠感覺更加的舒適，同時在室內供暖的時候采用的地板，這樣就使得在室內的暖氣片及其管道都可以取消，這樣能夠使室內更加的美觀，同時，也會在一定程度上感覺室內的使用面積會出現增大的情況。地熱在進行供暖的時候能夠利用地板對用戶的熱能使用進行分戶計量，這樣能夠更好的保證節能。在燃煤供暖中，通常是按照房屋的面積來進行熱費收取的，這樣在一定程度上不能更好的體現供需雙方的公平交易，采用地熱供暖以后，用戶可以根據自身的需求對熱量進行調整，這樣能夠在熱費收取方面更加的體現公平。地熱供暖中，水源熱泵運行的時候，自動化程度是非常高的，這樣就使得運行工作人員相當是比較少的，因此，安全性也是非常高的，同時在進行建設的時候使用的材料都是非常好的，這樣就使得地熱站在使用壽命方面是非常長的。地熱水在進行水源選擇的時候是沒有很多的要求的，這樣就使得一些廢水也能作為熱源。地熱水供暖不僅僅在冬季能夠進行供暖，在夏季也是可以進行制冷的，這樣就使得夏季空調系統無需再使用。

4.2 地熱水供暖的缺點

地熱供暖系統也是存在著一定的缺點的，這樣就體現在房屋的裝修上，房屋在進行地面的二次裝修的時候會導致地下管線出現一定的損壞。在進行地板選擇的時候也是存在著一定的問題的，避免出現地板干裂的情況一定要選擇復合地板。在進行房屋裝修的時候，在衛生間是不易進行地熱地板鋪設的，因為衛生間通常都是比較潮濕的，會給地熱系統帶來一定的影響。

5 地熱供暖系統設計

5.1 地熱水熱量的計算和地熱供暖面積的確定

地熱水熱量的分析根據所在地區的地質和水文地質基本資料可以估算地熱井可開采的熱量，特別注意群井的開采熱量與井數和井距有很大關系。另外，地熱供暖系統的開采井應盡可能靠近使用區以減少輸送熱水的費用。確定地熱供暖面積和熱負荷為了確定可以供熱的面積，首先要估算高峰熱負荷QH 和年耗熱總量ΣQ。

5.2 地熱供暖方案設計

地熱供暖方案的設計應綜合考慮以下三方面：換熱器的選用。地熱供暖系統中常用的為板式換熱器較管殼式換熱器，其具有傳熱系數高、結構緊湊、實用、拆洗方便、節省材料、價格便宜等優點；地熱供暖的調峰措施。根據采暖地區氣象資料，用采暖累計天數與冬季室外溫度為坐標，可以畫出采暖負荷延時曲線。在單位建筑面積熱負荷確定后，由曲線與坐標軸間包含的面積，可求出一個采暖期中，每平方米建筑面積所需的熱量；地熱水可用的熱量。

5.3 終端散熱設備選擇

終端散熱設備選擇是為了提高地熱水熱量的利用率，合適的低溫供暖的散熱器和散熱面積。目前終端散熱器常用的有柱型鑄鐵散熱器、低溫輻射散熱板和風機盤管。為了提高地熱水熱量的利用率要選擇合適的低溫供暖的散熱器和散熱面積。目前終端散熱器常用的有柱形鑄鐵散熱器、低溫輻射散熱板和風機盤管。本工程在設計選用地熱地板輻射供熱方式，這是因為地熱地板輻射供熱方式與其它兩種供熱方式相比主要有以下幾個特點：舒適性好。人體感知輻射式熱量的傳遞方式要比熱對流方式舒適，因為人體足部的血液循環要比頭部差，腳底部溫度的升高有益于血液循環；節能效果好。由于低溫輻射熱的舒適性感覺，因此不需要暖氣那么高的入口溫度，對熱源的溫度要求條件下降。適合地板輻射供暖的供水溫度范圍較寬，在30-55℃內皆可以用于地板輻射供暖；地板輻射供暖相當于一個以地板為傳熱表面的換熱器系統，盡管地板表面的溫度不高，但傳熱面積比空氣散熱器的傳熱面積大得多?？梢詫崿F小溫差傳熱以保證供熱負荷的目的；節約室內空間。由于在室內省去了散熱器布置空間，相應地增加了人們在室內的活動面積，使室內更美觀更安全；單戶熱計量更方便。為了提高地板輻射供暖的安全性，防止地板輻射鋪設管線的泄漏，一般都采用用戶與主供回水管線并聯方式連接。這樣也方便了一戶一熱計量表的管理模式。

6 地熱供暖相關技術探討

6.1 淺層地熱能與熱泵技術

地熱能利用包括發電和熱利用兩種方式，技術均比較成熟，在發達國家已得到廣泛應用，近年來全世界地熱能熱利用年均增長約13%。淺部地熱能是指地表以下的所有物質，比如地下水、沉積物、巖石等所含有的熱量，以它們所具有的溫度來顯示。淺部地熱能是一種可重復再生的、可無間斷獲取的、可持續利用的、清潔環保的能源，也是經濟上可行、技術上可靠的能源。目前，從地下大約200 米的深度內獲得地熱能源，用來提供房屋的供暖以及供冷（降溫）所需的能源是沒有問題的。經過多年的研發與實踐，以地下水開采井、井下換熱器以及換熱樁等技術途徑獲得淺部地熱能源，這些技術與熱泵技術結合使用。熱泵可以從溫度較低的熱源中獲取熱量，釋放出較高溫度的、可利用的熱量。使用水源熱泵供暖，采用地源熱泵技術，通過深埋于建筑物周圍的管路系統將地下水在建筑物內部完成熱交換，被稱作“地溫空調”。

6.2 深層地熱能與開采技術

地球深處地熱能是極其豐富的。鉆探技術與以回灌為主的熱儲技術的進步是開發利用這種地熱能的技術關鍵。目前，這種技術進步使深部地熱能在經濟上具有了可行性。

6.3 深層地熱能與淺層地熱能開采相結合

由于深層與淺層地熱能開采技術的發展，實際應用中通常采用二者結合的設計方式。例如，北工大體育館供暖時，從深層地熱開采井中提取的溫度較高的地熱水，直接經過板式換熱器將部分熱量交換給風機盤管中所用的供暖用循環水，以達到基本不消耗電能的前提下解決一部分體育館供暖熱源；經過熱交換后的地熱水溫度降低為45℃左右，該溫度的地熱水雖然不能直接用于供暖，但仍具有很高的品味，所以采用熱泵繼續提取45℃地熱水中的熱量交換給風機盤管中所用的供暖用循環水，以達到消耗少量電能的前提下解決大部分體育館供暖熱源的目的，經熱泵提取熱量后的地熱水溫度繼續降低至15℃～20℃后，經回灌井回灌至地下。15℃～20℃的地熱水回灌至地下后，經過大地地層的自身加熱作用后，溫度又自動變為50℃以上，在這一過程中，絕大部分能量來自于土壤，僅消耗微量的電能循環地熱水，這也就是深層地熱高效節能的原因所在。制冷時，從淺層水源空調開采井中提取的溫度恒定為15℃的淺層地下水，經過熱泵吸收風機盤管中所用的制冷用循環水中的熱量，風機盤管中所用的制冷用循環水溫度降低（約為7℃），從而實現制冷目的；而熱泵將提取的熱量釋放到開采出來的淺層地下水中，淺層地下水溫度升高至約25℃后，經水源空調回灌井回灌至地下?；毓嘀恋叵潞蟮?5℃左右的淺層地下水經與土壤換熱后，溫度又變為約15℃，如此周而復始，達到制冷的目的。

7 結束語

經濟的快速發展使得人們的生活水平得到了很大的提高，因此，人們的思想意識也發生了很大的變化，現在人們對環境保護問題和能源節約問題非常的重視，在冬季供暖中，燃煤鍋爐供暖不僅僅會給環境帶來很大的污染，同時也會出現能源過度消耗的情況，因此，一定要對供暖系統進行必要的改進，現在，人們越來越重視地熱供暖技術。地熱供暖技術在環境保護方面的作用是非常大的，同時在能源消耗方面是非常少的。

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