河北省平原地区节能建筑中浅层地热能的应用研究

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浅层地热能,是指在太阳能照射和地心热产生的大地热流综合作用下,存在于地球表层恒温带(15m-22m)至200m埋深中土壤、岩石和地下水中的低温地热能(一般温度低于25。C)。这种能源既可恢复又可再生,储量巨大、绿色环保,起初因品位不高而被人们忽视,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。近年来,河北省平原地区节能建筑的发展趋势良好,从围护结构的节能设计到新能源的广泛应用,尤其是浅层地热能与地源热泵技术的结合开创了暖通行业建筑供暖(冷)能源的革命。本文对河北省平原地区节能建筑中浅层地热能的应用进行了以下几方面的研究:(1)阐述国内外浅层地热能的应用研究现状,指出浅层地热能成为中国在经济高速发展及城市化进程加速推进过程中的10大建筑节能新技术之一;总结现阶段在应用中存在的问题,如地源热泵系统的冷热失衡、地质基础研究工作滞后等,并提出了本文的主要研究内容;(2)简单介绍节能建筑的概念与设计内容,并引出建筑节能措施之一的浅层地热能,在概括浅层地热能的特点、应用范围和开发方式的基础之上,对土壤源热泵(地埋管地源热泵)系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统对室内进行供冷暖的工作原理等内容进行分析研究,并将浅层地热能融入在节能建筑中阐述其重要作用;(3)本文主要通过河北平原的自然地理特征、区域地质特征、水文地质特征、水质评价、地温场特征以及地热资源储量等方面,来研究浅层地热能的基本特征。首先,对河北平原上第三系馆陶组热储层和基岩热储层、上第三系明化镇组及第四系堆积物的盖层岩性及特征进行分析;其次,研究本区域地温场特征,得出平原内部的热流值为1.51~1.86HFU,浅层地温梯度为2~4℃/100m,并对河北平原四个含水层组的水文地质特征进行分析,得出该地区蕴藏有丰富的中、低温热水资源;再者,通过对浅层地热能资源储量进行统计,分析得出研究浅层地热能资源总量为775557.53×1010KJ,相当于标准煤26462.68×104t。其中在研究区内以曹妃甸新区最多,石家庄位居第二;最后,对河北平原地区地下水源热泵的适宜条件与土壤源热泵的适宜条件进行适宜性评价,得出唐山、衡水、廊坊、沧州、石家庄区以及邢台、邯郸等主要地区热泵的适宜性,为河北平原浅层地热能项目的具体实施提供了可靠的依据;(4)以河北建设服务中心为研究对象,阐述节能建筑中浅层地热能的具体应用。首先,对此项目实施土壤源地源热泵系统可行性分析、浅层地质结构与埋管换热性能测试,得出本项目地下80m内的土壤传热性能适合地源换热器设计的方案,为地源换热器的施工图设计提供了可靠的依据;其次,对地源热泵系统中地埋管换热器、地源热泵机房、末端设备的设置及系统的运行进行介绍。最后,进行本项目利用浅层地热能的经济效益进行分析,得出本系统全年耗电量395454.04KWH,全年电费304499.6元,与集中供热加冷水机组空调耗电量对比,采用地源热泵系统,全年节省运行费用546097.77元,静态投资回收期为1.61年。对社会效益进行综合分析得出:本项目可节约标准煤7.4万吨、钢材193.5吨、矿石309.6吨、水31.27万吨;节省投资约6175万元;减少排放C0216.2万吨、S02104吨、NO化物668吨、粉尘817吨。研究结果表明,利用浅层地热能的地源热泵系统为建筑物供暖、制冷,可以缓解能源紧张,减少地区电能消耗的压力,同时降低污染,保护环境,对于河北省平原地区节能建筑的发展与构建和谐社会有着深远的意义。
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