《清洁能源利用技术》第3章-浅层地热能利用技术

《清洁能源利用技术》第三章浅层地热能利用技术第三章浅层地热能利用技术3.1浅层地热能概述3.2浅层地热能利用技术3.3浅层地热能利用工程案例3.4污水源热泵技术工程案例3.5课程小结3.1浅层地热能概述地球内部结构与温度分布地球内部结构地球内部温度分布3.1浅层地热能概述浅层地热能定义定义浅层地热能是指地球浅层地表所蕴藏的热能，一般深度在200米范围内。这种热能主要来源于地球内部的热传导和太阳辐射能。具有分布广泛、储量巨大、可再生等突出优点。地热能利用示意图（间接供暖系统）地下2公里温度约为90~200℃3.1浅层地热能概述浅层地热能的特点浅层地热能是一种可再生能源，其储量丰富，可持续利用。浅层地热能利用过程中不会产生温室气体和其他污染物，对环境友好。浅层地热能利用技术成熟，成本较低，经济效益较高。浅层地热能分布受地域和地质条件影响较大，不同地区资源状况不同。可持续利用环保性经济性地域性3.1浅层地热能概述我国地热能的开发利用中国浅层地热能资源分布3.1浅层地热能概述我国地热能的开发利用我国浅层地热能资源丰富，已在全国范围内推广应用，成为绿色建筑和可再生能源利用的重要形式之一目前，全球已有多个国家和地区开展浅层地热能开发利用，主要用于供暖、制冷、农业等领域随着技术进步和环保意识的提高，浅层地热能将在能源结构调整和生态文明建设中发挥更加重要的作用3.1浅层地热能概述我国地热能的开发利用1995-2020年中国地源热泵装机容量占全球比重变化情况3.1浅层地热能概述我国地热能的开发利用中国浅层地热能资源开发面积分布地源热泵的分类地源热泵系统浅层地热能地源热泵系统中深层地热能地源热泵系统200米以内200米~3000米地埋管地下水源地表水源水平地埋管换热器竖直地埋管换热器间接地下水换热系统直接地下水换热系统开式系统闭式系统中深层地热水梯级利用技术中深层地热水无干扰供热技术3.1浅层地热能概述3.1浅层地热能概述中国地源热泵系统比例住建部示范项目各类地源热泵系统比例第三章浅层地热能利用技术3.1浅层地热能概述3.2浅层地热能利用技术3.3浅层地热能利用工程案例3.4污水源热泵技术工程案例3.5课程小结3.2浅层地热能应用技术热泵技术的概念与原理热泵技术是一种利用浅层地热能进行供暖和制冷的技术，通过热泵系统将地下浅层的地热能转化为可供使用的热水或冷水。热泵技术具有高效、节能、环保等优点，能够有效地利用地热能资源，减少对传统能源的依赖，降低能源消耗和碳排放。热泵技术广泛应用于供暖、制冷、热水等领域，是一种可持续发展的能源利用方式。热泵是以逆卡诺循环的方式，迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，它仅消耗少量的逆循环净功，就可以得到较大的供热量，可以有效地把难以应用的低品位热能利用起来，从而达到节能目的。工作原理热泵系统示意图3.2浅层地热能应用技术热泵技术的概念与原理低压低蒸发温度低温蒸发吸热高压高冷凝温度高温冷凝放热消耗电能地源热泵系统原理图电能W+地热能吸热量QL=供热热量QH3.2浅层地热能应用技术热泵技术的概念与原理QHQLW基本概念与原理COP是指热泵系统的性能系数（Coefficientofperformance），即系统输出热量与输入电能的比值。数值必然大于1。性能系数3.2浅层地热能应用技术地源热泵的分类地源热泵系统浅层地热能地源热泵系统中深层地热能地源热泵系统200米以内200米~3000米地埋管地下水源地表水源水平地埋管换热器竖直地埋管换热器间接地下水换热系统直接地下水换热系统开式系统闭式系统3.2浅层地热能应用技术3.2浅层地热能应用技术1.地埋管换热技术

利用地埋管将地下浅层的地热能传递到地面，再通过地面设备进行供暖或制冷的技术。地埋管换热技术具有高效、节能、环保等优点，能够有效地利用地热能资源，减少对传统能源的依赖，降低能源消耗和碳排放。地埋管换热技术广泛应用于供暖、制冷等领域，是一种可持续发展的能源利用方式制热COP约为4.0~5.3制冷COP约为3.0~3.53.2浅层地热能应用技术1.地埋管换热技术水平埋管方式的优点是在浅层软土地区造价较低，但传热性能受到外界空调季节气候一定程度的影响，而且占地面积较大。水平埋管方式3.2浅层地热能应用技术1.地埋管换热技术垂直士壤热交换器具有占地少、工作性能稳定等优点，已成为工程应用中的主导形式。垂直埋管方式3.2浅层地热能应用技术2.地下水换热技术地下水换热技术是一种利用地下水作为热源或冷源进行供暖或制冷的技术地下水换热技术具有高效、节能、环保等优点，能够有效地利用地热能资源，减少对传统能源的依赖，降低能源消耗和碳排放地下水换热技术广泛应用于供暖、制冷等领域，是一种可持续发展的能源利用方式3.2浅层地热能应用技术2.地下水换热技术地下水水质复杂，有害成分有：铁、锰、钙、镁、二氧化碳、溶解氧、氯离子、酸碱度等。为保证系统正常运行，通常根据地下水的水质不同，采用相应的处理措施，主要包括除砂、除铁等。为了保证水源热泵机组的正常运行，《地下水地源热泵系统工程技术规范》要求“地下水换热系统应根据水源水质条件采用直接或间接系统。”存在问题：水质处理水源热泵是利用地球表面浅层的水源，如地下水、污水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低品位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。水源热泵水源热泵系统原理图3.2浅层地热能应用技术3.地表水换热技术第三章浅层地热能利用技术3.1浅层地热能概述3.2浅层地热能利用技术3.3浅层地热能利用工程案例3.4污水源热泵技术工程案例3.5课程小结3.3浅层地热能利用工程案例地上建筑面积21.5万m2，1801户，高层住宅，65%节能型建筑，地板辐射采暖。项目所用的水源为桥东污水厂处理后的中水，水质为一级A标准，且全年最低水温在14℃以上。2017-2018采暖季实际供热面积16.01万m2，分布式供暖。单位取暖面积运行费用16.33元/m2。石家庄市天海誉天下C区水源热泵供暖3.3浅层地热能利用工程案例晋州市政府综合楼土壤源热泵供暖项目晋州市政府办公楼，总建筑面积约1.5万m2，室内末端采暖形式原为铸铁暖气片，后经改造为风机盘管末端系统，既可以冬季采暖又可以夏季制冷。制热量1110kW；供水温度60℃，回水温度55℃；蒸发器流量205.3m³/h，冷凝器流量210.9m³/h。地源热泵打井250孔单U形换热井，深度120m。单位取暖面积运行费用14.48元/m2。3.3浅层地热能利用工程案例南京某酒店地下水换热系统地下水换热系统在运行过程中不产生任何污染物，对环境无害。同时，该系统利用可再生能源，符合节能环保的要求。此外，该系统还能够提高酒店的能源利用效率，降低能源消耗和碳排放量。3.3浅层地热能利用工程案例青岛某工业厂区地表水供热修建人工水塘，为厂区办公楼、宿舍楼、活动中心、工业厂房供热第三章浅层地热能利用技术3.1浅层地热能概述3.2浅层地热能利用技术3.3浅层地热能利用工程案例3.4污水源热泵技术工程案例3.5课程小结3.4污水源热泵技术工程案例青岛某工业厂区污水供热污水源热泵系统原理图间接式污水源热泵供热系统3.4污水源热泵技术工程案例污水干渠祥茂河取水口3.4污水源热泵技术工程案例地表水系引水池进口和出口3.4污水源热泵技术工程案例格栅机污水泵3.4污水源热泵技术工程案例专利产品：疏导式污水换热器3.4污水源热泵技术工程案例核心技术：四机头水源热泵机组3.4污水源热泵技术工程案例风机盘管-吹热风地面辐射采暖3.4污水源热泵技术工程案例西安污水源热泵供热项目西安市首个大型原生污水供热民生工程项目概况：项目主要采用西安市第三、五、十污水处理厂中水及沿途干渠中的原生污水作为热源，为周边居民用户进行供热。覆盖利君未来城共三期欧罗巴小镇共两期及三个旧村改造安置房项目。规划供热面积合计180万m2，目前供热能力100万m2。节能减排：按规划供热面积计，年节省能源折合煤炭约3万吨，年减少二氧化碳排放约7万吨。3.4污水源热泵技术工程案例莱西污水源热泵供热项目2022年，以莱西市的污水及地表水源作为主要热源建设能源站，同时开展整县光伏电站建设工作，使用光伏产生的“绿电”驱动能源站为莱西市区1000万m2区域进行零碳供热。年节省能源折合煤炭约15万吨，年减少二氧化碳排放约39万吨。3.4污水源热泵技术工程案例济青高铁站能源站项目济青高铁站能源站项目主要采用湖水源热泵与冷水相变能技术热泵耦合系统，供热供冷能力达到123万m2。3.4污水源热泵技术工程案例青岛高新区2号能源站