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IP屬地：湖北 上傳時(shí)間：2023-02-02 格式：PPT 頁數(shù)：80 大?。?.23MB 積分：28 舉報(bào) 版權(quán)申訴

新能源技術(shù)

32學(xué)時(shí)

主講：別玉

昆明理工大學(xué)本科教學(xué)新能源技術(shù)2012.9~2013.1新能源技術(shù)緒論太陽能及其應(yīng)用氫能及其應(yīng)用地?zé)崮芗捌鋺?yīng)用4123其它新能源及其應(yīng)用5熱泵技術(shù)（含實(shí)驗(yàn)）64.1地?zé)崮芨攀?.1.1地?zé)崮芑靖拍?．地球內(nèi)部構(gòu)造及溫度變化圖4-1地球構(gòu)造示意圖地球內(nèi)部的溫度分布我們居住的地球?qū)嶋H上是一個(gè)龐大的熱球據(jù)估計(jì)，全世界地?zé)豳Y源的總量，大約為1.45×1026J，相當(dāng)于4.948×1015t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)所放出的熱量。如果把地球上貯存的全部煤炭燃燒時(shí)所放出的熱量作為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算，那么，石油的貯存量約為煤炭的3%，目前可利用的核燃料的貯存量約為煤炭的15%，而地?zé)崮艿目傎A存量則為煤炭的1.7億倍。在地殼中，地?zé)岬姆植伎煞譃?個(gè)帶，即可變溫度帶、常溫帶和增溫帶?？勺儨囟葞в捎谑芴栞椛涞挠绊?，其溫度有著晝夜、年份、世紀(jì)、甚至更長的周期性變化，其厚度一般為15～20m；常溫帶，其溫度變化幅度幾乎等于0，深度一般為20～30m；增溫帶在常溫帶以下，它的溫度隨深度增加而升高，其熱量的主要來源是地球內(nèi)部的熱能。地溫梯度地球每一層次的溫度狀況是迥然不同的。在地殼的常溫帶以下，地?zé)釡囟入S深度增加而不斷升高，越深越熱。這種沿地下等溫面的法線向地球中心方向上單位距離內(nèi)溫度增加的數(shù)值，叫地溫梯度，也叫做地?zé)嵩鰷芈?，其單位通常采用?km。地球各層次的地?zé)嵩鰷芈什顒e是很大的：地表至15km深處，地?zé)嵩鰷芈势骄鶠?～3℃/km；15～25km深處，地?zé)嵩鰷芈式禐槠骄?.5℃/km；再往下，則只有0.8℃/km。根據(jù)各種資料推斷，地殼底部至地幔上部的溫度大約為1100～1300℃，地核的溫度大約在2000～5000℃之間。假如按照正常的地?zé)嵩鰷芈蕘硗扑悖?0℃的地下熱水，大致是埋藏在2000～2500m左右的地下。地?zé)嵴^(qū)和地?zé)岙惓^(qū)大地?zé)崃髦狄彩呛饬康責(zé)嵴^(qū)和地?zé)岙惓^(qū)的重要指標(biāo)。大地?zé)崃髦凳侵竼挝粫r(shí)間內(nèi)通過地球表面單位面積所散失的熱量，用符號(hào)HFU表示熱流單位（1HFU＝4.1868×10-7J/（cm2·s））。從全球來看，地表大地平均熱流值為1.4～1.5熱流單位（5.9～6.3μJ/（cm2·s）），地表平均地溫梯度為1.5～3.0℃/km。凡接近上述平均熱流值和地溫梯度的地區(qū)，均稱為地?zé)嵴^(qū)；凡熱流值和地溫梯度超過上述平均值的地區(qū)，稱為地?zé)岙惓^(qū)。在地?zé)嵴^(qū)，較高溫度的熱水和蒸汽埋藏在地殼的較深處；在地?zé)岙惓^(qū)，由于地?zé)嵩鰷芈瘦^大，較高溫度的熱水或蒸汽埋藏在地殼的較淺部位，有的甚至露出地表。一般把那些天然露出的地下熱水和蒸汽叫做溫泉，溫泉是在當(dāng)前技術(shù)水平下最容易利用的一種地?zé)豳Y源。在地?zé)岙惓^(qū)，除溫泉外，人們也較容易通過鉆井等人工方法把地下熱水或蒸汽引導(dǎo)到地面上來并加以利用。2．地?zé)崽锱c熱儲(chǔ)（1）地?zé)豳Y源地?zé)豳Y源是指地殼表層以下，到地下3000～5000米的深度以內(nèi)，聚集15℃以上的巖石和熱流體所含總熱量。地?zé)豳Y源有以下四種類型：水熱型、干熱巖型、地壓型和巖漿型，而以水熱型最為常見。水熱型又分為蒸汽型和熱水型兩種。蒸汽型又可分為干蒸汽（以蒸汽為主的）和濕蒸汽（有的學(xué)者把干度小的濕蒸汽劃入熱水型中）兩類。世界上最大的地?zé)崽餅槊绹腉EYSYS地?zé)崽?。?地?zé)豳Y源分類資源類型含義特征水熱型蒸汽型

熱水型干蒸汽

濕蒸汽

熱水型地下以蒸汽為主的對(duì)流系統(tǒng)的地?zé)豳Y源以溫度較高的過熱蒸汽為主，雜有少量其它氣體，水很少或沒有，無水的干蒸汽資源罕見，含水的稱為濕蒸汽資源熱水型熱儲(chǔ)中以水為主的對(duì)流系統(tǒng)的地?zé)豳Y源包括低于當(dāng)?shù)貧鈮合嘛柡蜏囟鹊臒崴蜏囟鹊扔陲柡蜏囟鹊臐裾羝?，分布廣、儲(chǔ)量大地壓地?zé)嵝吞N(yùn)藏在含油氣沉積盆地深處（3000~6000m），由機(jī)械能（高壓）、熱能（高溫）和化學(xué)能組成的地?zé)豳Y源熱儲(chǔ)中受巖層和封存水負(fù)荷而導(dǎo)致高溫（120~180℃），高壓（幾百個(gè)大氣壓），并在高溫高壓下積聚了溶于水中的烴類物質(zhì)，是一種綜合性能源干熱巖型地下一定深度2~3km，含水量少或不含水，滲透性差而含有異常高熱的地質(zhì)體含熱量甚大，曾估計(jì)1立方英里350℃的熱巖體冷卻到150℃，可產(chǎn)出相當(dāng)于三億桶石油的熱量。巖漿型在熔融狀或半熔融狀熾熱巖漿中蘊(yùn)藏著的巨大能量資源溫度在600~1500℃不等，一些火山地區(qū)資源埋藏較淺，而多數(shù)埋藏于目前鉆探技術(shù)還比較困難的地層中，因此開采難度大（2）地?zé)崽锏責(zé)崽锸侵冈谀壳凹夹g(shù)條件下可以采集的深度內(nèi)，富含可經(jīng)濟(jì)開發(fā)和利用的地?zé)崃黧w的地域。它一般包括熱儲(chǔ)、蓋層、熱流體通道和熱源四大要素，是具有共同的熱源，形成統(tǒng)一熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可用地質(zhì)、物化探方法圈閉的特定范圍。1）熱水田這一地區(qū)富集的主要是熱水，水溫一般在60～120℃。這里地下熱水的形成過程大致可分為兩種情況。①深循環(huán)型大氣降水落到地表以后，在重力作用下，沿著土壤、巖石的縫隙，向地下深處滲透，成為地下水。地下水在巖石裂隙內(nèi)流動(dòng)過程中，不斷吸收周圍巖石的熱量，逐漸被加熱成地下熱水。滲流越深，水溫越高，地下水被加熱后體積要膨脹，在下部強(qiáng)大的壓力作用下，它們又沿著另外的巖石縫隙向地表流動(dòng)，成為淺埋藏的地下熱水，如果露出地面，就成為溫泉。②特殊熱源型地下深處的高溫灼熱的巖漿，沿著斷裂上升，如果巖漿沖出地表，就形成火山爆發(fā)；如果壓力不足，巖漿未沖出地表，而在上升通道中停留下來，就構(gòu)成巖漿侵入體。這是一個(gè)特殊的高溫?zé)嵩?，它可以把滲透到地下的冷水加熱到較高的溫度，而成為熱水田中的一種特殊類型。（2）地?zé)崽?）蒸汽田蒸汽田內(nèi)由水蒸氣和高溫?zé)崴M成。它的形成條件是：熱儲(chǔ)水層的上覆蓋層透水性很差，而且沒有裂隙。這樣，由于蓋層的隔水、隔熱作用，蓋層下面的儲(chǔ)水層在長期受熱的條件下，就聚集成為具有一定壓力、溫度的大量蒸汽和熱水的蒸汽田。地?zé)崮艿男纬?.1.2我國的地?zé)豳Y源

環(huán)球性的地?zé)釒е饕邢铝?個(gè)：（1）環(huán)太平洋地?zé)釒鞘澜缱畲蟮奶窖蟀鍓K與美洲、歐亞、印度板塊的碰撞邊界。世界著名的地?zé)崽?，如美國的蓋瑟爾斯、長谷、羅斯福；墨西哥的塞羅、普列托；新西蘭的懷臘開；我國的臺(tái)灣馬槽；日本的松川、大岳等均在這一帶。（2）地中海-喜馬拉雅地?zé)釒菤W亞板塊與非洲板塊和印度板塊的碰撞邊界。世界第一座地?zé)岚l(fā)電站意大利的拉德瑞羅地?zé)崽锞臀挥谶@個(gè)地?zé)釒е?。我國的西藏羊八井及云南騰沖地?zé)崽镆苍谶@個(gè)地?zé)釒е?。?）大西洋中脊地?zé)釒н@是大西洋海洋板塊開裂部位。冰島的克拉弗拉、納馬菲亞爾和亞速爾群島等一些地?zé)崽锞臀挥谶@個(gè)地?zé)釒?。?）紅海-亞丁灣-東非裂谷地?zé)釒继?、埃塞俄比亞、肯尼亞等國的地?zé)崽?。除了在板塊邊界部位形成地殼高熱流區(qū)而出現(xiàn)高溫地?zé)崽锿?，在板塊內(nèi)部靠近板塊邊界部位，在一定地質(zhì)條件下也可形成相對(duì)的高熱流區(qū)。其熱流值大于大陸平均熱流值1.46熱流單位，而達(dá)到1.7～2.0熱流單位。如我國東部的膠、遼半島，華北平原及東南沿海等地。1．我國地?zé)豳Y源的基本情況全國主要沉積盆地儲(chǔ)存的地?zé)崮芰繛?3.61×1020J，相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)煤2500億噸。全國地?zé)崴砷_采資源量為每年68億m3，所含熱量為963×1015J，折合每年3284萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量。其中：對(duì)流型山區(qū)地?zé)崴砷_采資源量為每年19億m3，熱能量為335×1015J/a，折合每年1142萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量。以消耗儲(chǔ)存資源量為主，傳導(dǎo)型平原區(qū)地?zé)崴诳砷_采量為每年49億m3，熱能量為：628×1015J/a，折合每年2142萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量。山區(qū)和平原區(qū)地?zé)崴砷_采水量分別占總量的28%和72%，山區(qū)和平原區(qū)可開采熱量分別占全國地?zé)崮芸衫昧康?5%和65%。2．我國地?zé)豳Y源的類型我國大陸屬歐亞板塊的一部分，它的東側(cè)為島弧型洋-陸匯聚邊緣，西南側(cè)為陸-陸碰撞造山帶，是由許多不同時(shí)期的古板塊（如華北、華南、塔里木、哈薩克斯坦、西伯利亞等）經(jīng)碰撞、增生和拼接而成的。中國大陸構(gòu)造演化經(jīng)歷了古生代陸洋分化對(duì)立階段、石碳二疊紀(jì)軟碰撞轉(zhuǎn)化階段和中新生代盆山對(duì)峙發(fā)展階段，多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與多期盆地疊加塑造出不同的地?zé)崽?。?gòu)造的演化伴隨著不同時(shí)期的巖漿活動(dòng)，形成了不同巖性和結(jié)構(gòu)的地層，使得大地?zé)崃髦档姆植季哂忻黠@的規(guī)律性。西南地區(qū)沿雅魯藏布江縫合帶，熱流值較高（91～364MW/m2），向北隨構(gòu)造階梯下降，到準(zhǔn)格爾盆地只有33～44MW/m2。我國東部臺(tái)灣板塊地緣帶，熱流值較高，為80～120MW/m2，越過臺(tái)灣海峽到東南沿海燕山期造山帶，降為60～100MW/m2，到江漢盆地?zé)崃髦抵挥?7～69MW/m2。（1）沉積盆地傳導(dǎo)型中低溫地?zé)豳Y源分布于華北平原、汾渭盆地、松遼平原、淮河盆地、蘇北盆地、江漢盆地、四川盆地、銀川平原、河套平原、準(zhǔn)格爾盆地等地區(qū)，主要熱儲(chǔ)層為厚度數(shù)百米至數(shù)千米第三系砂巖、砂礫巖。鄂爾多斯盆地的三疊系和侏羅系砂巖賦存低鹽度熱水。四川盆地三疊系、侏羅系為熱鹵水富集層。（2）隆起山地對(duì)流型地?zé)豳Y源高溫地?zé)豳Y源主要分布于藏南-川西-滇西和臺(tái)灣地區(qū)，中低溫地?zé)豳Y源主要分布于東南沿海地區(qū)和膠東、遼東半島。1）喜馬拉雅碰撞帶為新生代陸內(nèi)強(qiáng)烈變形帶，現(xiàn)代水熱活動(dòng)北弱南強(qiáng)。西藏的地?zé)犸@示664處，包括溫泉、熱泉、沸泉、沸噴泉、水熱爆炸、間歇噴泉等。羊八井鉆孔揭露的最高溫度超過250℃。云南滇西地區(qū)出露的溫泉有296處，其中高溫?zé)崛?8處，沸泉7處，水溫為23～104℃。2）臺(tái)灣島作為西太平洋島孤系的一部分，為現(xiàn)代的高溫?zé)醿?chǔ)區(qū)。大多屬于碳酸鹽泉，少數(shù)屬于硫酸鹽泉和氯化物泉。在火山巖區(qū)，絕大多數(shù)為酸性硫酸鹽泉，其它為中、堿性碳酸鹽泉，少數(shù)為氯化物泉。3）東南沿海分屬于揚(yáng)子斷塊和華南斷褶，分布著不同時(shí)期的花崗巖和中生代的火山巖，其分布主要受北東向斷裂控制，巖漿巖為脆性物質(zhì)，深斷裂帶成為熱水運(yùn)移的通道。74%的溫泉出露于巖漿巖斷裂帶或接觸帶之中。該區(qū)溫泉為中低溫?zé)崴瑹醿?chǔ)溫度一般為110～130℃，熱水循環(huán)深度不超過4km，熱田面積最大不超過10km2。4）膠東半島已發(fā)現(xiàn)水溫大于49℃的溫泉14處，出露于復(fù)背斜核部斷裂構(gòu)成的X型構(gòu)造交匯處，溫度大于60℃溫泉7處，溫度大于80℃有2處，其余的在49～56℃之間。遼東半島溫泉有19處，水溫28～72℃。3．我國地?zé)豳Y源的開發(fā)前景我國年利用地?zé)崮芗s4.45億立方米，居世界第一位，而且每年以近10％的速度增長。全國地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量88％集中在西藏。其中，羊八井地?zé)犭娬疽逊€(wěn)定運(yùn)行了近30年。滇藏地?zé)釒У陌l(fā)電潛力為5817.65MW。截至2006年年底，我國除青海、云南、貴州等少數(shù)省區(qū)外，其他省區(qū)都在不同程度地推廣地源熱泵技術(shù)。目前，全國已安裝地源熱泵系統(tǒng)的建筑面積超過3000萬平方米。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國地源熱泵市場(chǎng)年銷售額已超過億元，并以每年20％的速度增長。(南方：空氣源熱泵；北方：地源熱泵)4.2地?zé)豳Y源的直接利用地?zé)崮艿睦每煞譃榈責(zé)岚l(fā)電和直接利用兩大類，而對(duì)于不同溫度的地?zé)崃黧w可能利用的范圍如下：（1）200～400℃直接發(fā)電及綜合利用；（2）150～200℃雙循環(huán)發(fā)電、制冷、工業(yè)干燥、工業(yè)熱加工；（3）100～150℃雙循環(huán)發(fā)電、供暖，制冷、工業(yè)干燥、脫水加工、回收鹽類、罐頭食品；（4）50～100℃供暖、溫室、家庭用熱水、工業(yè)干燥；（5）20～50℃沐浴、水產(chǎn)養(yǎng)殖、飼養(yǎng)牲畜、土壤加溫、脫水加工。4.2.1地源熱泵

地下水源熱泵系統(tǒng)是一種新興的淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)，最早源于歐美等發(fā)達(dá)國家，它的歷史可以追溯到1912年，瑞士Zoelly首先提出了“地?zé)嵩礋岜谩钡母拍睢?946年美國開始對(duì)地源熱泵進(jìn)行系統(tǒng)的研究，在俄勒岡州成功的建成了第一個(gè)地源熱泵系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代，歐洲開始了研究地源熱泵的第一次高潮，但由于當(dāng)時(shí)的能源價(jià)格低，這種系統(tǒng)并不經(jīng)濟(jì)，因而未得到推廣。直到20世紀(jì)70年代初世界上出現(xiàn)了第一次能源危機(jī)，它才開始受到重視，許多公司開始了地源熱泵的研究、生產(chǎn)和安裝。20世紀(jì)80年代后期，地源熱泵技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，更多的科學(xué)家致力于地下系統(tǒng)的研究，努力提高熱吸收和熱傳導(dǎo)效率，同時(shí)越來越重視環(huán)境的影響問題。地源熱泵生產(chǎn)呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，瑞士和瑞典的年遞增率超過10%。美國的地源熱泵生產(chǎn)和推廣速度很快，技術(shù)產(chǎn)生了飛速的發(fā)展，成為世界上地源熱泵生產(chǎn)和使用的頭號(hào)大國。我國的情況我國淺層地溫能的開發(fā)利用起步較晚，20世紀(jì)90年代開始推廣和研究地源熱泵系統(tǒng)淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用技術(shù)。2001年，國家建設(shè)部在《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中專門作了推薦。從2006年開始，國家分別將三個(gè)城市作為地源熱泵試點(diǎn)城市，分別是北京、天津、沈陽，大力發(fā)展地源熱泵。國家努力引導(dǎo)發(fā)展地源熱泵，國家的一些政府部門的建筑、學(xué)校、醫(yī)院等都進(jìn)行了地源熱泵改造。2008年奧運(yùn)會(huì)羽毛球及藝術(shù)體操比賽場(chǎng)館的北京工業(yè)大學(xué)體育館2．地源熱泵的定義及工作原理地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)主要由四部分組成：淺層地能采集系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組、室內(nèi)采暖空調(diào)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。所謂淺層地能采集系統(tǒng)是指通過水或防凍液的水溶液將巖土體或地下水、地表水中的熱量采集出來并輸送給水源熱泵系統(tǒng)。室內(nèi)采暖空調(diào)系統(tǒng)主要有風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、地板輻射采暖系統(tǒng)、水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)等。地源熱泵工作原理圖熱泵是將熱能從低溫物系（如環(huán)境大氣）向加熱對(duì)象（高溫?zé)嵩?，如室?nèi)空氣）輸送的裝置。其工作原理與制冷機(jī)相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。最基本的熱泵由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥四大部件組成。其中，壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷劑的作用，是熱泵的系統(tǒng)心臟；冷凝器是熱量輸出設(shè)備，它將蒸發(fā)器吸收的熱量連同壓縮機(jī)所消耗的電功一起輸送給供熱對(duì)象；膨脹閥對(duì)制冷劑起到節(jié)流降壓和調(diào)節(jié)循環(huán)流量的作用；蒸發(fā)器是熱量輸入設(shè)備，在此制冷劑通過吸收低溫?zé)嵩吹臒崃慷舭l(fā)。

3．地源熱泵的類型根據(jù)利用地?zé)嵩吹姆N類和方式不同，可以分為以下3類：土壤源熱泵或稱土壤耦合熱泵、地下水熱泵、地表水熱泵。（1）土壤源熱泵土壤源熱泵以大地作為熱源和熱匯，其換熱器埋于地下，與大地進(jìn)行冷熱交換。土壤源熱泵系統(tǒng)主機(jī)通常采用水-水熱泵機(jī)組或水-氣熱泵機(jī)組。根據(jù)地下熱交換器的布置形式，主要分為垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管3類。垂直埋管換熱器熱泵系統(tǒng)

垂直埋管式地源熱泵優(yōu)勢(shì)在于：①占地面積??；②土壤的溫度和熱特性變化??；③需要的管材最少，泵能耗低；④能效比很高。劣勢(shì)主要在于：由于缺乏相應(yīng)的施工設(shè)備和施工人員，造價(jià)偏高。水平埋管式地源熱泵水平埋管式地源熱泵優(yōu)勢(shì)：由于施工設(shè)備廣泛使用而且施工容易，再加上許多家庭有足夠大的施工場(chǎng)地，因此造價(jià)就可以降低。劣勢(shì)：需要較大場(chǎng)地；運(yùn)行不穩(wěn)定（由于淺層大地的溫度和熱特性隨著季節(jié)、降雨以及埋深而變化）；泵能耗較高；系統(tǒng)效率較低。蛇形埋管式地源熱泵蛇形埋管式地源熱泵（2）地下水熱泵系統(tǒng)圖5-7

地下水熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：造價(jià)要比土壤源熱泵系統(tǒng)低，另外水井很緊湊，不占太多場(chǎng)地，技術(shù)也相對(duì)比較成熟，水井承包商容易找。劣勢(shì)：①有些地方法規(guī)禁止抽取或回灌地下水；②可供的地下水有限；③如水質(zhì)不好或打井不合格要注意水處理問題；④如泵選擇過大、控制不良或水井與建筑偏遠(yuǎn)，泵能耗就會(huì)過大。（3）地表水熱泵系統(tǒng)地表水熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：地表水熱泵系統(tǒng)具有造價(jià)低、泵能耗低、維修率低以及運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。劣勢(shì)：在公用河水中的設(shè)備容易受到損害。另外，如果湖泊過小或過淺，湖泊的溫度會(huì)隨著室外氣候發(fā)生較大的變化，就會(huì)使效率降低，制冷或供熱能力下降。4．地源熱泵的優(yōu)越性（1）節(jié)能、高效性地源熱泵系統(tǒng)在提供100單位能量時(shí)，70%的能量來源于土壤，30%的能量來自電力，電能的消耗主要用于壓縮機(jī)的做功和使空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行，即將土壤中的熱量“搬運(yùn)”至室內(nèi)。它要比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省1/2以上的能量；由于土壤的溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10℃～20℃之間，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5～4.7，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，能效要高出40%以上。（2）環(huán)保無污染地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施，節(jié)能減排效果會(huì)更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏幾率大為減少。該裝置的運(yùn)行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)。4．地源熱泵的優(yōu)越性（3）屬可再生能源利用技術(shù)地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400m深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源的一種形式。（4）低運(yùn)行費(fèi)用地源熱泵系統(tǒng)的高效節(jié)能特點(diǎn)，決定了它的運(yùn)行費(fèi)用低，比其它各種采暖和制冷設(shè)備節(jié)能30%～70%；使用壽命50年以上，折舊費(fèi)和維修費(fèi)也都大大低于傳統(tǒng)空調(diào)。（5）應(yīng)用靈活、安全可靠、用途廣泛靈活性強(qiáng)，可用于新建工程或擴(kuò)建、改建工程，可逐步分期施工，熱泵機(jī)組可靈活地安置在任何地方，節(jié)約空間。無儲(chǔ)煤、儲(chǔ)油罐等衛(wèi)生及安全隱患。從嚴(yán)寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用?？蔀楦黝惤ㄖ锾峁├渑瘍捎每照{(diào)系統(tǒng)，同時(shí)提供生活熱水。4.2.2地?zé)岣稍锖娓蓤?chǎng)連續(xù)脫水裝置示意圖4.2.3地?zé)豳Y源的其它利用

1．溫泉（1）溫泉的形成和類型溫泉是一種溫?zé)峄驖L燙的泉水。目前科學(xué)界認(rèn)為，溫泉的最低溫度不得少于20℃，否則不能稱為溫泉。德國和英國的標(biāo)準(zhǔn)為高于20℃，日本則為25℃，我國一般也將25℃作為溫泉的下限溫度。溫泉的形成，一般而言可分為兩種：一種是地殼內(nèi)部的巖漿作用所形成，或?yàn)榛鹕絿姲l(fā)所伴隨產(chǎn)生，火山活動(dòng)過的死火山地形區(qū)，因地殼板塊運(yùn)動(dòng)隆起的地表，其地底下還有未冷卻的巖漿，均會(huì)不斷地釋放出大量的熱能。溫泉的形成需具備下列三個(gè)條件：①地下必須有熱水存在；②必須有靜水壓力差導(dǎo)致熱水上涌；③巖石中必須有深長裂隙供熱水通達(dá)地面。1）按溫度分①沸泉泉水溫度等于或高于當(dāng)?shù)厮姆悬c(diǎn)，海拔高的地區(qū)，水的沸點(diǎn)低于100℃，一般地區(qū)水的沸點(diǎn)就是100℃。②熱泉泉水溫度在沸點(diǎn)以下，45℃以上。③中溫泉泉水溫度在45℃以下，年平均氣溫以上。世界上的溫泉，水溫多為熱泉和中溫泉。我國的熱泉和中溫泉占溫泉的90%以上，分布也十分廣泛。大多數(shù)溫泉療養(yǎng)院都在熱泉和中溫泉附近修建。2）按成分分根據(jù)泉水中溶解物質(zhì)的不同，溫泉可劃分為單純?nèi)?、碳酸泉、重碳酸鹽泉、硫酸鹽泉、食鹽泉、硫磺泉、放射性泉和鐵泉等。①單純?nèi)疁囟嘣?5℃以上，水中所含礦物質(zhì)很少，每升水中含有各種礦物質(zhì)的總量低于100毫克。這種溫泉在我國分布廣泛，著名的西安華清池就是此類溫泉。②碳酸泉在1升水中含游離二氧化碳達(dá)750毫克的泉水。我國大地上碳酸泉很多。根據(jù)溫度的不同又分低溫碳酸泉和高溫碳酸泉。我國遼寧、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古、甘肅以低溫碳酸泉為主，泉溫在25℃以下，泉水清涼甘甜，很像汽水，所以又稱天然汽水泉；在云南、四川、西藏、廣東、臺(tái)灣及新疆等地，以中、高溫碳酸泉為主，泉溫在25℃以上。③重碳酸鹽泉每升水中含重碳酸鹽多達(dá)1000毫克以上。④硫酸鹽泉每升水中含硫酸鹽在1000毫克以上。這類泉多出現(xiàn)在火山地區(qū)。⑤食鹽泉即氯化鈉型溫泉，每升含氯化鈉在1000毫克以上。⑥硫磺泉水中含有硫磺成分的泉水，一般每升水中含量在1毫克以上。3）按形態(tài)分①噴泉顧名思義，是水、氣以噴射的方式?jīng)_出地面，噴出高度由幾米到十幾米以上。我國西藏念青唐古拉山南麓、拉布藏布河右岸的南木林、畢畢龍高溫噴泉，其主泉口泉水噴出高度達(dá)10m，氣勢(shì)磅礴，非常壯觀。這里噴泉的水溫多在沸點(diǎn)以上，只有少數(shù)噴泉水溫低于沸點(diǎn)。間歇噴泉和爆炸噴泉是極為罕見的顯示類型。在美國黃石公園內(nèi)，約有200個(gè)間歇噴泉，其中最著名的間歇泉就是老實(shí)泉（OldFaithfulGeyser）了。老實(shí)泉噴發(fā)出來的泉水溫度均高達(dá)90.4℃，噴高約在40～70m之間。②沸泥泉是由于高溫?zé)崃鲗⑼ǖ乐車膸r石蝕變成黏土，然后與水汽一起涌出地面而形成的一種高溫泥水泉。有的泉沖擊力較小，黏土被帶到泉口后，堵塞在泉口四周，而水汽流量又難以沖開這些黏土，只是由于水汽的沖力，使黏土呈上下鼓動(dòng)狀態(tài)，好似沸騰的面糊。這些沸泥泉在我國西藏的措美縣布雄朗谷，薩迦縣的卡烏地區(qū)都有。③熱水河、熱水湖、熱水塘、熱水沼澤實(shí)際上都是由眾多密集的泉眼涌出大量泉水后匯集而成，這在我國的西藏比較多見。以熱水湖為例，羊八井熱水湖面積達(dá)7350m2，最深為16.1m，水溫在45～57℃，是少見的大型熱水湖。（2）溫泉的利用溫泉的利用是從洗澡開始的。醫(yī)用價(jià)值，即可以治愈某些病痛。溫泉把地?zé)醾鞯降孛娴耐瑫r(shí)，也把所含的各種礦物鹽類、少量的活性離子、一定的微量元素?cái)y帶出來了。這些物質(zhì)對(duì)人體有一定的醫(yī)療作用。溫泉用以治病的方法，包括浴療、飲療、蒸療、拔罐、沙浴療法、吸入法和腸浴療法等。我國許多溫泉區(qū)既是療養(yǎng)地，又是旅游觀光區(qū)。一些溫泉區(qū)在歷史上就建有專供王室游樂之地。如北京小湯山建有供慈禧專用的亭池，陜西的臨潼建有華清宮，河南林如溫泉建有供武則天專用的武后池、八卦樓等。北京小湯山地?zé)釡厝本┬降責(zé)釡厝缭颇鲜◎v沖是我國大陸唯一的一處保存完好的火山溫泉區(qū)，擁有罕見的火山、地?zé)峋坝^及珍貴的醫(yī)療礦泉水價(jià)值；臺(tái)灣省的大屯火山溫泉區(qū)也是溫泉療養(yǎng)和旅游觀光勝地。云南省騰沖2．農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖（1）農(nóng)業(yè)溫室種植和灌溉（2）養(yǎng)殖4.3地?zé)岚l(fā)電技術(shù)及應(yīng)用地?zé)岚l(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動(dòng)力源的一種新型發(fā)電技術(shù)，它涉及地質(zhì)學(xué)、地球物理、地球化學(xué)、鉆探技術(shù)、材料科學(xué)和發(fā)電工程等多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。地?zé)岚l(fā)電和火力發(fā)電的基本原理是一樣的，都是將蒸汽的熱能經(jīng)過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。所不同的是，地?zé)岚l(fā)電不像火力發(fā)電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地?zé)崮埽責(zé)岚l(fā)電的過程，就是把地下熱能首先轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。針對(duì)溫度不同的地?zé)豳Y源，地?zé)岚l(fā)電有4種基本發(fā)電方式，即直接蒸汽發(fā)電法、擴(kuò)容（閃蒸法）發(fā)電法、中間介質(zhì)（雙循環(huán)式）發(fā)電法和全流循環(huán)式發(fā)電法。

地?zé)岚l(fā)電示意圖1-地?zé)嵴羝?-地?zé)嵴羝?/p>

3-汽輪機(jī)；4-發(fā)電機(jī)

冰島的奈斯亞威里爾地?zé)岚l(fā)電站兩種主要的地?zé)岚l(fā)電形式◆蒸汽型地?zé)岚l(fā)電

蒸汽型地?zé)岚l(fā)電是把高溫地?zé)崽镏械母烧羝苯右似啺l(fā)電機(jī)組發(fā)電。在引入發(fā)電機(jī)組前先要把蒸汽中所含的巖屑、礦粒和水滴分離出去。蒸汽型地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的類型有：－背壓式汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)－凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)◆熱水型地?zé)岚l(fā)電適用于中低溫地?zé)豳Y源。低溫?zé)崴驖裾羝荒苤苯铀腿肫啓C(jī)，需經(jīng)一定手段，把熱水變成蒸汽或利用其熱量產(chǎn)生別的蒸汽，才能用于發(fā)電。

熱水型地?zé)岚l(fā)電，主要有兩種方式：－閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)－雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)4.3.1地?zé)嵴羝l(fā)電

1．地?zé)岣烧羝l(fā)電◆最簡(jiǎn)單的地?zé)岣烧羝l(fā)電，是采用背壓式汽輪機(jī)地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)工作原理：首先把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經(jīng)過分離器分離出所含的固體雜質(zhì)，然后就可把蒸汽通入汽輪機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。做功后的蒸汽，可直接排入大氣；也可用于工業(yè)生產(chǎn)中的加熱過程。應(yīng)用：這種系統(tǒng)大多用于地?zé)嵴羝胁荒Y(jié)氣體含量很高的場(chǎng)合，或者綜合利用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的場(chǎng)合?！硥菏狡啓C(jī)1．地?zé)岣烧羝l(fā)電——凝氣式汽輪機(jī)◆為提高地?zé)犭娬镜臋C(jī)組出力和發(fā)電效率，通常采用凝汽式汽輪機(jī)地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)在該系統(tǒng)中，由于蒸汽在汽輪機(jī)中能膨脹到很低的壓力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循環(huán)水泵打入冷卻水所冷卻而凝結(jié)成水，然后排走?！粼谀髦校瑸楸３趾艿偷睦淠龎毫Γ凑婵諣顟B(tài)，設(shè)有兩臺(tái)帶有冷卻器的射汽抽氣器來抽氣，把由地?zé)嵴羝麕淼母鞣N不凝結(jié)氣體和外界漏入系統(tǒng)中的空氣從凝汽器中抽走。◆該系統(tǒng)適用于高溫（160℃以上）地?zé)崽锏陌l(fā)電，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

2．地?zé)釢裾羝l(fā)電（1）單級(jí)閃蒸地?zé)釢裾羝l(fā)電系統(tǒng)單級(jí)閃蒸地?zé)釢裾羝l(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖2．地?zé)釢裾羝l(fā)電（2）兩級(jí)閃蒸地?zé)釢裾羝l(fā)電系統(tǒng)兩級(jí)閃蒸地?zé)釢裾羝l(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖——閃蒸地?zé)岚l(fā)電◆閃蒸法也叫“減壓擴(kuò)容法”，就是把低溫地?zé)崴朊芊馊萜髦校ㄟ^抽氣降低容器內(nèi)的氣壓，使地?zé)崴谳^低的溫度下沸騰生產(chǎn)蒸汽，體積膨脹的蒸汽做功推動(dòng)輪發(fā)電機(jī)。適合于地?zé)崴|(zhì)較好且不凝氣體含量較少的地?zé)豳Y源。◆如果流體是濕蒸汽，則先進(jìn)入汽水分離器，分離出的蒸汽送往汽輪機(jī)，分離下來的水進(jìn)入閃蒸器。◆閃蒸可以分為：1）單級(jí)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)(又包括濕蒸汽型和熱水型兩種)；2）兩級(jí)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)；3）全流法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)；4.3.2地?zé)崴l(fā)電

4.3.2地?zé)崴l(fā)電

1．閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)單級(jí)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)1-熱水井；2-地下熱水；3-除氣器；4-閃蒸器；5-排水泵；6-旁通閥；7-汽輪發(fā)電機(jī)組；8-凝汽器；9-凝結(jié)泵；10-循環(huán)水泵；11-抽氣器；12-射水泵；13-冷卻水源兩級(jí)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)1-蒸汽井；2-蒸汽；3-熱水；4-汽水分離器；5-一次蒸汽；6-汽輪發(fā)電機(jī)組；7-二次蒸汽；8-閃蒸器；9-熱水；10-抽氣；11-混合式凝汽器；12-循環(huán)水泵采用閃蒸法的地?zé)犭娬荆瑹崴疁囟鹊陀?00℃時(shí)，全熱力系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)。這種電站，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于制造，可以采用混合式熱交換器。缺點(diǎn)是，設(shè)備尺寸大，容易腐蝕結(jié)垢，熱效率較低。由于系直接以地下熱水蒸汽為工質(zhì)，因而對(duì)于地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求。

為提高地?zé)崮艿睦寐剩€可采用兩級(jí)或多級(jí)閃蒸系統(tǒng)。發(fā)電量可增加。

當(dāng)?shù)責(zé)峋诘娜苛黧w，不經(jīng)處理直接送進(jìn)全流膨脹器中做功，充分地利用地?zé)崃黧w的全部能量。這種系統(tǒng)稱為全流法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。

全流法比系統(tǒng)的單位凈輸出功率可分別提高60%和30%左右。全流發(fā)電系統(tǒng)就是試圖將來自地?zé)峋牡責(zé)崃黧w(不論是水或是濕蒸汽)通過一臺(tái)特殊設(shè)計(jì)的膨脹機(jī),使其一邊膨脹一邊做功，最后以汽體的形式從膨脹機(jī)的排汽口排出.為了適應(yīng)不同化學(xué)成分范圍的地?zé)崴?，特別是高溫高鹽的地?zé)崴蛎洐C(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)該具備這種適應(yīng)能力。不過，這種系統(tǒng)的設(shè)備尺寸大，容易結(jié)垢、受腐蝕，對(duì)地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求，雖然從這一概念的提出到現(xiàn)在已有20多年的時(shí)間，全流地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)仍未進(jìn)人商業(yè)應(yīng)用階段。全流法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)1-高壓氣室；2、3、4-嚙合螺旋轉(zhuǎn)子；5-排出口；6-全流膨脹器；7-汽輪發(fā)電機(jī)組；8-凝汽器；9-熱水排放螺桿膨脹機(jī)按螺桿壓縮機(jī)的逆原理工作，其基本構(gòu)造與螺桿壓縮機(jī)相似，工作過程相反。但其制造工藝和控制系統(tǒng)要比螺桿壓縮機(jī)復(fù)雜得多。

螺桿膨脹機(jī)工作大致可分為：

1、進(jìn)氣過程：高壓介質(zhì)經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入轉(zhuǎn)子的齒間容積后，將推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并使齒間容積不斷擴(kuò)大，當(dāng)齒間容積完全與進(jìn)氣口脫離時(shí)，進(jìn)氣過程結(jié)束。

2、膨脹過程：隨著齒間容積繼續(xù)增大，高壓介質(zhì)體積膨脹溫度降低，同時(shí)輸出動(dòng)力到轉(zhuǎn)子的伸出軸處。

3、排氣過程：當(dāng)齒間容積與排氣口相通時(shí)，便開始排氣過程，直至齒間容積減少為零，完成一個(gè)工作循環(huán)為止。螺桿膨脹機(jī)間隙密封，從而具有透平膨脹機(jī)和活塞膨脹機(jī)均不具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，即對(duì)進(jìn)氣為含有液滴的濕蒸汽有良好的適應(yīng)性。當(dāng)進(jìn)氣為濕蒸汽時(shí)，液滴有助于密封。螺桿膨脹機(jī)可作為全流膨脹機(jī)使用，即工作介質(zhì)的進(jìn)氣口狀態(tài)不僅可為干蒸汽，也可為二相流體或全液體。在螺桿膨脹機(jī)中，高壓介質(zhì)直接作用在轉(zhuǎn)子齒面上，因而有近似于直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性，即能進(jìn)行重負(fù)荷啟動(dòng)。螺桿膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速較低，一般約為同容量透平膨脹機(jī)的1/10左右，因而可不通過減速裝置而直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其它低速耗能機(jī)械，且軸封效果好，壽命長。2．雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電也叫做低沸點(diǎn)工質(zhì)地?zé)岚l(fā)電或中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電，又叫做熱交換法地?zé)岚l(fā)電。這是20世紀(jì)60年代以來在國際上興起的一種地?zé)岚l(fā)電新技術(shù)。這種發(fā)電方式，不是直接利用地下熱水所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功，而是通過熱交換器利用地下熱水來加熱某種低沸點(diǎn)的工質(zhì)，使之變?yōu)檎羝?，然后以此蒸汽去推?dòng)汽輪機(jī)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；汽輪機(jī)排出的乏汽經(jīng)凝汽器冷凝成液體，使工質(zhì)再回到蒸發(fā)器重新受熱，循環(huán)使用。在這種發(fā)電系統(tǒng)中，低沸點(diǎn)介質(zhì)常采用兩種流體：一種是采用地?zé)崃黧w作熱源；另一種是采用低沸點(diǎn)工質(zhì)流體作為一種工作介質(zhì)來完成將地下熱水的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。常用的低沸點(diǎn)工質(zhì)有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂-11、氟利昂-12等。表2常用低沸點(diǎn)工質(zhì)的沸點(diǎn)與壓力之間關(guān)系工質(zhì)壓力（kPa）沸點(diǎn)（℃）工質(zhì)壓力（kPa）沸點(diǎn)（℃）水101.325100異丁烷101.325-11.7氯乙烷101.32512.4425.56532162.1225911.92560.9354.63850氟利昂-11101.32524445.8360氟利昂-12101.325-29.8正丁烷101.325-0.5雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：①蒸汽壓力高，設(shè)