岩石能在建筑中的利用新.ppt
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1、岩石能在建筑中的利用新 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望在建设部关于贯彻(国务院关于加强节能工作的决定)的实施意见中提出:“太阳能、浅层地能等可再生能源应用面积占新建建筑面积比例达25以上。”各省市也分别提出了“十一五”期间岩石能技术具体规划应用和发展目标。在建筑中浅层地能的利用已迅速普及。前言浅层地热能浅层地热能(Shallowgeothermalenergy)的定义的定义:是指地表以下一定深度范围内,温度一般低于25,在当前技术经济条件下具备开发
2、利用价值的地球内部的热能资源。浅层地热能是地热资源的一个组成部份。浅层地热能资源主要来自于太阳的辐射能,储量巨大。主要赋存于地下数百米以上至地表冻土层以下的恒温带中。地温变化曲线表浅层地热能的特点浅层地热能的特点浅层地热能不是传统概念的深层地热,是地热可再生能源家族中的新成员,它不属于地心热的范畴,是太阳能的另一种表现形式,广泛的存在于大地表层中。它既可恢复又可再生是取之不尽用之不竭的低温能源。以往这种低温能源,属于低品位的能源(通常温度25,区别于石油、煤炭等一次性高品位能源),往往被人们所忽视。随着制冷技术及设备的进步和完善,成熟的热泵技术使浅层地热能的采集、提升和利用成为现实。浅层地热能
3、资源及利用形式浅层地热能资源及利用形式浅层地热能由于其温度较低不易提取,而不浅层地热能由于其温度较低不易提取,而不被人们所利用。随着科学技术的进步和对自然环被人们所利用。随着科学技术的进步和对自然环境影响的重视,作为一种可再生的、清洁的、能境影响的重视,作为一种可再生的、清洁的、能量巨大的新型能源受到广泛的重视,在全球范围量巨大的新型能源受到广泛的重视,在全球范围内开始对浅层地热能利用和运用的研究。内开始对浅层地热能利用和运用的研究。目前利用浅层地热能的主要方面主要是运用目前利用浅层地热能的主要方面主要是运用在建筑物的空气调节中。其方法就是通过在建筑物的空气调节中。其方法就是通过热泵技热泵技术
4、术将地下将地下低品位低品位的浅层低温热源提取上来加以利的浅层低温热源提取上来加以利用。用。利用浅层地热能资源的利用浅层地热能资源的岩石能系统基本原理岩石能系统基本原理热泵:是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。是以冷凝器放出的热量来供热的采暖系统,反之,又可以作为制冷系统。岩石能系统:利用热泵把不能直接利用的低位热能(土壤,水中所含的热能,工业废热等)转换为可以利用的高位热能。以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由岩石能机组、地热能交换系统、建筑物内末端系统组成的供热、空调系统。岩石能的技术思路岩石能的技术思路岩石能技术是一种利用浅层地热资源的既可供岩石能技术是一种利用浅层地
5、热资源的既可供热又可制冷的高效节能的空调技术。热泵的理论基热又可制冷的高效节能的空调技术。热泵的理论基础源于卡诺循环,与制冷机相同,是按照逆循环工础源于卡诺循环,与制冷机相同,是按照逆循环工作的。作的。由于全年地温波动小由于全年地温波动小,因此利用热泵技术,用少因此利用热泵技术,用少量高品位能源(电能),实现低品位热能向高品位量高品位能源(电能),实现低品位热能向高品位转移。可分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空转移。可分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即冬季从地下采集热量,提高温度后供调的冷源,即冬季从地下采集热量,提高温度后供给室内采暖;夏季从地下采集冷量,把室内多余热给室内采
6、暖;夏季从地下采集冷量,把室内多余热量取出释放到地能中去。量取出释放到地能中去。岩石能系统分为地埋管岩石能系统地埋管岩石能系统、地下水岩石能系统、地表水岩石能系统地下水岩石能系统、地表水岩石能系统。n地埋管岩石能(地下耦合系统)地埋管岩石能(地下耦合系统)系统包括一个土壤岩石耦合地热交换器,它或是水平地安装在地沟中,或是以u-形管状垂直安装在竖井之中。不同的管沟或竖井中的热交换器成并联连接,再通过热泵机组进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。地埋管岩石能系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的岩石能系统,它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动,实现系统与大地之间的传热。地埋
7、管岩石能系统示意图n地下水岩石能系统(水源热泵系统)地下水岩石能系统(水源热泵系统)分为两种,一种通常被称为开式系统开式系统,另一种则为闭式系统闭式系统。n开式地下水岩石能系统是将地下水直接供应到每台热泵机组,之后将井水回灌地下。开式系统在适当的地下水条件和建筑物参数下,是一个有吸引力的选择方式。n闭式系统是将地下水抽取上来,通过中间换热系统进行能量交换之后再回灌含水层中,地下水与热泵机组不直接交换。地下水岩石能系统示意图n地表水岩石能系统地表水岩石能系统由潜在水面以下的、多重并联的塑料管组成的地下水热交换器取代了土壤热交换器,与土壤热交换岩石能一样,它们被连接到建筑物中。地表水岩石能系统示意
8、图岩石能系统的能效性及经济技术分析岩石能系统的能效性及经济技术分析岩石能利用的能量是浅层地热能,这属于地热能的浅层低温岩石能利用的能量是浅层地热能,这属于地热能的浅层低温利用。这种形式的热泵是吸收地下土壤、岩石、地(表)下水中利用。这种形式的热泵是吸收地下土壤、岩石、地(表)下水中蕴藏的热量。由于离地面一定深度的土壤(岩石)、地下水受外蕴藏的热量。由于离地面一定深度的土壤(岩石)、地下水受外界环境影响较小,全年温度基本稳定,一般接近该地区的年平均界环境影响较小,全年温度基本稳定,一般接近该地区的年平均气温,气温,夏季地下的温度低于室外空气温度,冬季地下的温度高于夏季地下的温度低于室外空气温度,
9、冬季地下的温度高于室外空气温度,因此岩石能的性能系数(或能效比)较高室外空气温度,因此岩石能的性能系数(或能效比)较高。属可再生能源利用技术属可再生能源利用技术属经济有效的节能技术属经济有效的节能技术 环境效益显著环境效益显著 用途广泛,一机多用用途广泛,一机多用 系统运行稳定,维护费用低系统运行稳定,维护费用低浅层地热能可重复循环使用能效比(cop)可达45可以节约3040甚至更高的供热制冷空调综合运行费用。岩石能的污染物排放较其他形式供热空调系统减少4070以上,集采暖、空调制冷和提供生活热水于一身。可适用于住宅、楼堂馆所、办公、别墅等。由于岩石能本身的特点,运行工况较为稳定,故障率低,使
10、用寿命长,维护费用低。国内外岩石能技术发展及工程应用岩石能的应用与研究发展趋势岩石能的应用与研究发展趋势国内外工程案例国内外工程案例进入二十世纪九十年代,岩石能的应用与发展进入了一进入二十世纪九十年代,岩石能的应用与发展进入了一个全新快速发展的时期,岩石能在欧洲和北美迅速普及。个全新快速发展的时期,岩石能在欧洲和北美迅速普及。根据国际岩石能协会(根据国际岩石能协会(IGSHPA)的参考报告,)的参考报告,在美国,在美国,至至2005年,岩石能的安装已经超过年,岩石能的安装已经超过400万套。在过去的万套。在过去的几年,每年的成长速度均超过几年,每年的成长速度均超过25%,其中,其中2005年成
11、长约年成长约为为50%。岩石能因其节能性、舒适性正在大力推广;。岩石能因其节能性、舒适性正在大力推广;而而2005年加拿大的岩石能市场几乎翻了一番,在中欧和年加拿大的岩石能市场几乎翻了一番,在中欧和北欧地区,岩石能已成为家用热泵的主要热源,据北欧地区,岩石能已成为家用热泵的主要热源,据1999年的统计,在家用供热装置中,岩石能所占的比例,瑞年的统计,在家用供热装置中,岩石能所占的比例,瑞士为士为96%,奥地利为,奥地利为38%,丹麦为,丹麦为27%。岩石能应用现状岩石能应用现状国外应用现状 欧洲欧洲热泵热泵使用使用总总数数国家国家20002000年年总总量量热泵类热泵类型型应应用用地源地源水源
12、水源空气源空气源德国63000+37000热水机组72%11%17%95%用于住宅,63000台用于供暖(带或不带热水供应)奥地利14900080%16%4%90%用于住宅,33000台用于供暖,11400台用于生活热水比利时650030%0%70%30%用于住宅西班牙没有使用热泵,基本都用普通单冷空调芬兰1500052%47%用于供暖英国3000ns40%用于住宅游泳池加热意大利没有使用热泵,基本都用普通单冷空调挪威300017%2%81%83%用于住宅供暖荷兰29500043%用于住宅供暖和/或制取热水瑞典3700072%12%16%90%用于住宅供暖及制取热水瑞士6700040%5%55
13、%91%用于住宅供暖(带或不带热水供应)法国3000015%85%95%用于住宅供暖国内应用现状国内应用现状n根据对国内根据对国内160余项典型工程的统计显示:办公楼余项典型工程的统计显示:办公楼40%、宾、宾馆、酒店馆、酒店19%、住宅、住宅12%、厂房、厂房9%、别墅、度假村、别墅、度假村7%、商、商场场6%、学校建筑、学校建筑5%、医院建筑、医院建筑3%,可以看出,岩石能技术,可以看出,岩石能技术已经在多种类型的工程中应用。调查显示,从空调供热(制已经在多种类型的工程中应用。调查显示,从空调供热(制冷)面积来看,面积在冷)面积来看,面积在5万平方米以上的项目约占万平方米以上的项目约占4%
14、;在;在15万平方米的约占万平方米的约占48%,1万平方米以下的约占万平方米以下的约占39%。其中。其中大的在几十万平方米,像北苑家园小区面积达大的在几十万平方米,像北苑家园小区面积达80万平方米。万平方米。小的是一些私家别墅只有约二三百平方米,像北京如茵小筑小的是一些私家别墅只有约二三百平方米,像北京如茵小筑别墅别墅10号岩石能供暖空调工程仅号岩石能供暖空调工程仅220平方米。平方米。n从项目上看,从项目上看,1000万以上的项目占万以上的项目占14%;5001000万元以万元以上的项目占上的项目占21%,500万以下的项目占万以下的项目占65%。可见目前实施。可见目前实施岩石能技术的工程中
15、还是中小项目居多。从竣工的时间看,岩石能技术的工程中还是中小项目居多。从竣工的时间看,2000年年2项、项、2001年年4项、项、2002年年11项、项、2003年年21项、项、2004年年43项、项、2005年年83项,从中不仅可以看出近年来岩石项,从中不仅可以看出近年来岩石能工程应用日益增多,而且呈现成倍增长的趋势能工程应用日益增多,而且呈现成倍增长的趋势。n国标岩石能系统工程技术规范GB50366-2005n国土资源行业标准浅层地热能勘查评价技术规范岩石能的研究主要集中在三个方面:岩石能的研究主要集中在三个方面:浅层地热能换热能力的研究浅层地热能换热能力的研究岩石能系统的研究岩石能系统的
16、研究岩石能部件的研究岩石能部件的研究岩石能系统辅助设计软件的研究。岩石能系统辅助设计软件的研究。表现在研究如何科学的管理系统,如何使系统的运行更加节能,怎样实现系统的冷热同供,并注意选用可再生能源(如太阳能、风能、生物能等)作为热泵系统的高位热源,从而减少传统能源的消耗并全面综合的使用系统等问题。机械的研究则表现在研究如何减少换热器热阻,使用更高效的无污染的新型制冷剂,对压缩机性能的改善等问题。在开发新的岩石能的系统模型同时在模型中考虑更多的对系统有影响的因素。岩石能的研究发展趋势岩石能的研究发展趋势在不同的地质条件下地下耦合交换器的热传导性能的研究和对地下含水层特性的研究。地埋管式岩石能系统
17、地埋管式岩石能系统美国的美国的Oklahoma(俄克拉何马俄克拉何马)州是美国岩石能应用最广泛的州是美国岩石能应用最广泛的地区,其州政府大楼是一座六层总面积约为地区,其州政府大楼是一座六层总面积约为40000m2的历史建筑。的历史建筑。最初此大楼由窗式空调提供冷量,最初此大楼由窗式空调提供冷量,由临近的蒸汽发电机提供热量。由临近的蒸汽发电机提供热量。改造后,重新装配了岩石能系统,系统地下部分由改造后,重新装配了岩石能系统,系统地下部分由373个孔,深个孔,深77m的垂直孔组成,循环水由既有的蒸汽管道传送至布置在建筑的垂直孔组成,循环水由既有的蒸汽管道传送至布置在建筑物周围的物周围的325个热泵
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