地熱能是地球內部貯存的熱能,它包括地球深層由地球本身放射性元素衰變產生的熱能及地球淺層由接收太陽能而產生的熱能。前者以地下熱水和水蒸氣的形式出現,溫度較高,主要用于發電、供暖等生產生活目的,其技術已基本成熟,歐美國家有很多用于發電,我國則多用來直接供熱,這種地熱能品位較高,但受地理環境及開采技術與成本的影響因而受限較大;后者由太陽能轉換而來,蘊藏在地球表面淺層的土壤中,溫度較低,但開采成本和技術相對也低,且不受地理環境的影響,特別適合于建筑物的供暖與制冷,因而受到了暖通空調及節能行業越來越多的關注。
地球表面是一座巨大的天然太陽能集熱器和儲熱庫。到達地球表面的太陽能相當于全世界能源消耗量的2000倍,只是由于太能能流密度低,地球表面的溫度變化大,使得對這部分熱能的直接利用困難較多。但實際上,溫度受天氣變化影響較大的部分主要集中在地表面至地下10m之間的區域內,從10m深度再往下,大地溫度就穩定在當地全年的平均氣溫上了。我國大部分地區這個溫度都在15℃左右,如果把這樣的溫度搬運到地面上來稍做處理,就可成為很好的空調系統,這就是目前淺層地熱能利用的主要方式。
淺層地熱能利用通常需借助于熱泵,它是一項新興綠色節能技術。在冬天它以大地為低溫位熱源,從大地中提取熱量,經過地面上熱泵的轉換,提高溫位向房屋供暖;在夏天則以大地為高溫位熱源,將房屋內的熱量輸送到大地土壤中。由于地下溫度十分穩定且很接近房屋居住所需的溫度,因此,相對于以大氣環境為熱源的熱泵和燃煤、燃油的供暖供冷系統,以大地為提取熱量或排放熱量的熱源的熱泵效率大大提高,同時還減少了燃燒產物的排放和制冷劑的用量,對環保十分有利。
從大地土壤中提取熱量用于房屋的供暖早在20世紀30年代就已提出,只是由于長期以來石化燃料價格低廉,供應充足,它才沒有得到重視,導致其進展緩慢。到20世紀80年代以后,由于全球性能源緊張和環境污染日趨嚴峻,這項技術才逐漸受到青睞,目前已趨于成熟,正在歐洲、北美和日本得到推廣應用。在我國則還處于實驗研究階段,目前國內幾家科研院所和高校正在開展這方面的研究,要進入商業化的實際工程應用尚需進行長期不懈的努力。
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