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几种可再生能源作为冷热源 适用性分析 1 山东大卫国际建筑设计有限公司 李茂杰 李智勇 王奎之 摘 要：随着国民经济发展和能源需求的不断增大，传统能源利用形势日趋严峻。可再 生能源利用作为国家大力推广的能源发展政策受到越来越多的关注。浅层地热能源、太阳能 能源、温差能能源作为技术成熟、推广最快的三种可再生能源在利用的过程中的潜力分析及 适用范围问题更应该引起格外的注意。本文主要介绍了这三种能源形势在利用过程中适用性 分析：浅层地热应用范围广但受热平衡、经济、规划面积等因素限制；太阳能分布广泛但稳 定性较差；温差能品质高、潜力大但利用受能源分布的限制。 关键字：可再生能源 浅层地热 太阳能 温差能 1 引言 根据国家能源结构调整和可持续发展的要求，在全国范围内成片推广可再生能源建筑应 用，尽可能在能源结构中加入可再生能源组成，将低能量密度的可再生能源应用在建筑能源 结构组成中便成了能源的重点、难点。 2 浅层地热能适用性分析 土壤作为蓄热体，随处可见，是一种清洁的可再生能源。浅层地热源在应用在建筑空调 冷热源系统中，主要有地源热泵、地下水源热泵以及地表水源热泵。本文把地表水源热泵放 在地表水/污水温差能源中讨论。此处的浅层地热能源主要指地埋管地源热泵。通过封闭地下 埋管中流动的循环液（纯水或以水为主要成分的防冻液）与热源地下岩土进行换热，冬季利 用热泵系统提取浅层地热能提升为高品位能源后对建筑物供热，同时储存所得冷量供夏季使 用，夏季热泵机组将提取地下土壤中的冷量以承担建筑物的冷负荷从而达到对建筑物降温的 目的且将所得热量储存于地下土壤中以备冬季供暖使用。 利用地下水源地热，需要可利用的地下水资源稳定且丰富，水文地质条件必须适合于同 层回灌。地下水的物理性质和化学性质需满足一定的要求，进入进组的地下水需满足水质稳 定、澄清、不具备腐蚀性、不滋生微生物、不结垢、不阻塞等条件。流动的地下水源，换热 温差较大，换热性能较好。地下水源热泵的技术难题便是地下水的同层回灌问题，不管是自 流、真空还是加压回灌都很难做到完全回灌，容易造成不同水层的水质污染和热污染，破坏 原有的生态。我国是一个地下水资源缺乏的国家，既有城市社区更是对地下水资源具有很强 的依赖性。所以在用能优化方案设计过程中，若不是地下水源有突出的优势，尽量不采用地 下水源作为建筑空调系统的冷热源。 在利用土壤源地热作为建筑空调系统的冷热源的过程中需要考虑地下蓄热体热平衡、规 划面积、地质条件、经济（初投资、运行费用）、国家政策等方面的因素来作适用性分析。 （1）热平衡问题：建筑空调对冷热需求量不同，在寒冷地区和严寒地区由于采暖季较长， 一般冬季从地下取热量大于夏季从地下的取冷量；而在夏热冬冷、温和地区和夏热冬暖地区， 夏季冷负荷远大于冬季热负荷，甚至可达十几倍，同样会造成浅层地热源“采取”不平衡问题。 前者可通过太阳能、工厂废热等其他可再生资源联合做复合系统用于夏季向地下回灌热量来 1 李茂杰，1981.12，学士学位，暖通设计师，工程师，250100，济南市经十路8000 号龙奥金座1 号楼 254605482@ 。 达到冷热平衡；后者很难通过技术手段实现，长期运行会导致土壤温度升高，夏季系统cop 降低，系统低效。因此用浅层地热源做冷热源多适宜于解决北方地区的供热问题。 （2 ）规划面积问题：建筑周边往往存在大量的例如燃气、给排水、电力、电信等市政管 线，地埋管换热器也需要对其“让道” 。地埋管钻孔深度、单位深度地埋管换热量都是有限的。 若埋管分散，对连管、系统水力平衡都会产生影响。所以，利用浅层地热源也要考虑到可钻 孔面积的影响，不适宜于过于狭小或分布分散的建筑区域。 （3 ）地质问题：土壤换热器的换热性能主要受地下土壤热物性和含水率的影响，在《浅 层地热源勘查评价技术规范》中明确规定，采用地源热泵系统，在设计前期需要对项目周边 的水文地质条件并进行土壤热物性试验。主要获得地下土壤岩性结构、地下水水位/水量/水 温/动态变化、土壤热导率/ 比热容/孔隙率/含水率/密度、热（冷）响应规律。对于大型项目工 程还需要通过建立地下换热模型来计算换热功率、浅层地热容量等，来分析项目保证程度及 浅层热源利用程度。同时，地质岩层结构很大程度关联打孔费用，影响系统初投资。