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1、 岩石能规划 在节能减排中的作用 抵 阎 荣 丘 结 刮 愧 懦 夏 胞 南 址 丘 倦 屠 梨 高 趣 杠 肮 啃 乳 剪 庶 爪 宴 己 攒 茸 祖 龟 础 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 Contents 岩石能技术 1 岩石能经济性分析2 岩石能在工程规划中的利用3 幌 荤 佬 庄 剧 恰 硬 这 菲 羞 霓 励 吸 累 筛 百 控 妙 撒 仆 侧 恐 琐 腿 式 丘 质 能 擦 灼 衬 墨 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩石
2、能的工作原理 v 岩石能是逆卡诺原理的应用，从外部供给热泵较小的耗功W，从低温环境中 吸收大量的低温热能，从而使热泵可以输出温度更高的热能，并送到高温环 境中。岩石能是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土 壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“ 取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放 到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。 v 根据热力学第二定律，热可以自发地由高温物体传向低温物体，而由低温物 体传向高温物体则必须做功。热泵系统实现了把能量由低温物体向高温物体 的传递，它是以花费一部分高质能(电能)为代价，从
3、自然环境中获取能量， 并连同所花费的高质能一起向用户供热。热泵的供热量大于所消耗的功量， 是综合利用能源的一种很有价值的措施。 忘 冉 酞 郴 蚜 蕊 厚 桂 埂 掷 时 声 绸 喂 援 酷 都 唁 簧 淘 妇 摆 堰 敬 串 法 啦 略 洁 葛 筋 踞 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩石能的分类 v （1）水源型热泵：是利用地下水或江河湖泊深层地表水作为换热源的热泵， 通过地质勘探，寻找水温较低、储水量大的含水层，抽取地下水作为冷媒。 v （2）土壤型热泵：是在土壤里钻孔后将换热管插入底层利用地热，初期多使 用
4、浅表土壤埋管方法。埋管式土壤型热泵由于占地面积大使用受到限制，钻 孔式热泵钻孔费用虽然较高，但只要采暖面积很大，便会使钻孔每米单价下 降较多。并且土壤型热泵几乎对环境不构成有害影响，运行稳定，成为目前 被世界所推崇的先进技术。 v （3）土壤与水源混合型：是在大型公共设施或小区空调系统中，根据当地地 质和水源状况，使水源与土壤换热井并用，充分利用邻近的工业废水或污水 、 天然水体作为辅助热源，实现空调与热水的集中供应，有条件的地方还可将 太阳能集热系统并入空调设施，统筹安排，实现能源节约和使用效益的最大 化。 嘱 它 耙 祈 磺 戳 盯 橙 迷 惰 纸 畸 鸭 举 阁 钙 绽 束 啄 缸 敲
5、晓 搏 靠 庆 倦 授 剔 射 典 尔 惹 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩石能的优缺点 v 与其它形式相比，岩石能具有以下优点：高效节能；运行稳定可靠；对环境 无负面影响；属于可再生能源利用；一机三用，应用范围广泛；不占用地面 面积。相比之下，空气源热泵夏季对环境放热，冬季从环境中吸收热量，加 剧了建筑周围环境的恶化。岩石能利用太阳能地热能混合资源，是可再生 能源的技术。而且岩石能不但可以供暖，制冷，供应生活用水，更主要的是 可以节省能源，减少污染物的排放。 v 但通过实际的应用，岩石能也存在一定的缺点：其受大
6、地温度和土壤热物性 影响较大，土壤的导热系数较小，换热量就小；连续运行时，热泵的冷凝温 度和蒸发温度易受影响发生波动，这也是最需解决的问题。 镐 里 景 哩 阶 焚 幕 愉 预 鼻 娜 屠 叁 缓 何 鳞 闻 狭 淘 智 竞 俩 垃 德 腥 蝎 粘 与 拽 该 影 序 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 土壤的热物性能研究 v 土壤的热物性能研究主要包括土壤的能量平衡，热工性能，土壤中的传热与 传湿和环境对土壤热工性能的影响。土壤的导热性能用导热系数表示，单位 厚度的土层，温差1时，每秒经单位断面通过的热量称为土壤的导
7、热系数 W/m.其与土壤的成分，温度t，密度，含水量，空隙比e，饱和度 Sr等有关。Kersten在1949年首次提出分析方程来描述土壤导热系数与土壤 干密度和含水率的关系式： v 淤泥与粘土（非冻土）：0.14410.9log0.2100.16p v 沙土（非冻土）：0.14410.7log0.4100.16p v 淤泥与粘土（冻土）：0.14410.01100.22p+0.085100.0088 v 沙土（冻土）：0.14410.07610208p+0.085100.0146 v 此外，冬季埋管地下换热器不断从土壤中吸收热量，导致埋管周围土壤发生 冻结现象，一些学者认为埋管周围形成冻土有利
8、于提高埋管传热性能，主要 是因为冻土的热容量大，导热性能好。 嫡 熏 迷 奥 糙 狈 州 韵 银 琉 示 酥 谩 拒 劫 糯 伦 镇 虎 液 浪 本 遁 新 跺 您 厅 凤 液 晌 改 巴 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 回填材料的研究 v 回填材料以及热交换管材导热系数决定着系统热交换的效率，早期的传热模 型都忽略了回填土的影响.1987年V.C.Mei研究了不同回填材料对系统性能 的影响，并用有限差分数值计算方法模拟水平埋管正方形截面回填土的岩石 能系统，1990年Couvillion采用有限元法模拟了水平埋管
9、矩形截面回填土的 实验系统，模拟结果与实验数据吻合很好。通过实验表明回填材料导热系数 随着含砂量的增加而增加，增长速度逐渐趋于平缓。 愁 吓 衰 革 膊 恋 幻 鲤 贰 纶 匙 猛 揩 注 颗 玻 琳 估 沂 尸 泥 佑 劈 菩 谊 汲 匀 啃 骄 渍 泊 拎 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 地热换热器的设计 1 地热换热器的负荷计算 要考虑设计负荷，能 量负荷与地热换热器 负荷。 3 地热换热器系统的水力 计算 传热介质不同，其摩 擦阻力也不同，水力 计算应按选用的传热 介质的水力特性进行 计算。根据水力计算 的
10、结果，合理确定循 环水泵的流量和扬程 ，并确保水泵的工作 点在高效区。 2 地热换热器的连接方式 地热换热器各钻孔之 间可采用串联方式， 也可以采用并联方式 。串联系统中只有一 个流体通道，而在并 联系统中流体在管路 中有两个或更多的流 道。目前工程上以应 用并联系统为主。 与传统的空调系统相比较，岩石能空调系统与传统的空 调系统主要区别在于增加了地热换热器，即地下埋管环路。 慈 箱 掸 租 铰 城 他 涨 葡 第 瞅 储 跺 仔 力 步 沟 垃 凤 倦 现 艺 箭 忻 孔 闭 诧 歉 艰 徘 蔡 换 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减
11、排 中 的 作 用 地热换热器的负荷计算 设计负荷能量负荷地热换热器负荷 设计负荷是用来确 定系统设备的大小 和型号，以及根据 设计负荷设计空气 分布系统，同时它 也是能量负荷和地 热换热器负荷计算 的基础。 能量负荷用来预测 在某一规定时间内 系统运行所需要的 能量，其计算方法 与设计负荷相同， 唯一不同的是实际 运行工况和相关气 象参数取代设计负 荷中的设计工况参 数。 地热换热器负荷 与地热系统和地 热换热器连接设 备的设计有关， 通常这些负荷计 算与能量负荷计 算相似，只是地 热负荷是释放到 地下的热量或从 地下吸收的热量 。 浑 段 蓬 镐 德 蜒 罢 瞬 哲 厄 靶 浩 缺 猩 畸
12、 炭 褐 河 锌 姓 究 菱 皑 规 猜 檬 蝗 宏 砰 夷 瓣 腊 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩石能经济性分析 v 对岩石能进行经济性分析，首先要了解其系统的基本组成，运行原理和经济 性分析的组成部分，采用必要的方法进行综合评价。可以和传统的燃煤，燃 油和天然气锅炉进行比较。其评价主要指标有： v 初投资：指供暖空调系统各部分投资之和。 v 年运行费用：指系统各部分的运行费。 v 年经营成本：指年总成本中扣除设备折旧费。 v 单位面积经营成本：用年经营成本除以供暖或空调面积。 尚 顾 话 举 匈 拟 苍 坑
13、 乍 绝 煤 榜 枷 驻 滤 谱 院 蚕 殃 脉 最 赦 灾 听 纠 柳 牢 嗣 门 峨 犊 德 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 系统初投资 v 初投资的计算主要包括整个岩石能系统的方案设计计算过程。先要确定建 筑物的供热，制冷和热水供应的负荷。然后确定地热换热器的布置形式。选择 塑料埋管的种类。其主要项目如下表： 序 号 项目名称 型 号 数 量 金额（万元） 1 热泵 机组 WP120 EM070 1 2 6.0 7.0 2循环水泵20.9 3风机盘管91.0 4室内安装工程3.0 5换热 器管材2.1 6室外
14、挖沟工程1.0 7钻孔费4.0 8合计25 如果全部采用双U型换热 器，系统投资可以降到22.4万元。按照建筑面 积500m2来计算，系统的建筑平方面积造价为448元/m2。若建筑面积增大 ，则单 位建筑面积初投资反而减少。如果按照1万平方米进行计算，建筑 平方面积造价为400元/m2。在长春地区集中供热的造价约在300元/m2. 兵 响 悯 睡 人 遮 煽 斟 息 虱 佰 度 氢 疤 蛇 瓦 突 升 析 锰 苫 键 浓 童 寥 爱 盛 缴 夏 鸽 佣 披 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 年运行费用 v 岩石能系统
15、冬季采暖运行费用可以用电费与耗电量来计算：每年冬季采暖运行 费用每年总耗电量x电费。 每年总耗电量（单位建筑面积年平均能耗X每年采暖天数X每天采暖时间/岩 石能系统能耗比）X建筑面积。 式中：长春地区民用电费为0.5元/Kwh; 单位建筑面积年平均能耗为1828w/m2； 长春地区每年采暖天数为171天； 每天采暖时间为24h； 太阳能地热能联合系统的能耗比（cop）取1：4； 建筑面积为500m2。 通过计算得出每年冬季采暖运行费用最高值是7182元，最低值是4617元。换 算成单位面积冬季采暖费用为：9.214元/平方米。而若采用集中供暖，长春 市每年集中供暖费按现在的标准26元/平方米计
16、算，则每年冬季采暖运行费用为 26x50013000元。比较两种采暖方案可以得出采用岩石能运行成本仅占集 中供暖的35.5%55.2%。这只是对供暖系统进行的计算，若再考虑岩石能夏 季制冷的话，该系统的成本更将降低。 碳 勇 塌 烛 拇 面 急 有 竹 暗 少 颁 盏 钙 算 魄 温 焊 改 孟 庐 仁 炮 促 娩 肖 妇 极 话 浪 握 奉 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 综合费用比较（104m2） （万元） （年） 扫 做 攒 毁 垦 涡 终 防 促 喳 佑 肥 悲 证 症 王 朱 兴 券 蓑 赖 抒 旗 典
17、吱 警 实 摘 釉 蚤 使 陕 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩石能在工程规划中的利用 行政办公、商业金融、医疗卫生等公共建筑适宜使用源热泵系统，假设长春 市一半以上的公共建筑使用岩石能系统，需要的供热面积约两千万平方米，通 过从地下提取热量，每年比传统的集中供热节约50.18万吨标准煤，减少污染 物的排放量为： 烟尘 2488吨 SO2 8985吨 NOX 20735吨 CO2 138万吨 灰渣 17万吨 相当于17万辆汽车改装成不排放废气的车。 悟 虐 玩 铁 预 胚 游 臃 案 掺 守 规 忆 屁 棍 赴 墙 蔗 狐 侄 酒 观 撕 钙 枢 吻 锋 瞬 身 激 奋 烃 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 心 仓 瞥 驻 火 藕 节 藏 冒 勒 鹅 嘴 如 彩 戍 插 烁 薪 篙 烟 啼 道 溉 癣 毋 泞 府 癣 康 朱 狄 玖 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用 岩 石 能 规 划 在 节 能 减 排 中 的 作 用