【正文】 埋管，地埋管具體結構見下圖 4。 地源熱泵系統(tǒng)的組成 以建筑 暖通為例，地源熱泵系統(tǒng) 如 圖 3 所示： 淺層地熱能 熱泵機組 室內(nèi)制冷 的采集系統(tǒng) 供 暖糸統(tǒng) 兩者之間是以水為載體的 也通過水或氣體為載體的 圖 3 地源熱泵空調系統(tǒng)示意圖 9 在向 建筑物 供熱時，淺層地熱就是熱泵機組的低溫熱源 端 ，通過水為傳媒介質，與熱泵機組進行熱交換，通過熱泵機組中的 “工質” ， 在動力驅動下， 工質在機組內(nèi)循環(huán)， 收吸淺層地熱能中的 熱量 ， 再 通過水 或 空氣等傳媒介質 的循環(huán)，把熱 傳送到 建筑 物中 去 供暖，這時 建筑物 稱為系統(tǒng) 末端 ，也稱為所謂 熱泵系統(tǒng) 的 高溫熱源 端 。 美國ASHRAE 學會認為地源熱泵技術作為真正興起、并得到廣泛應用的時期應該開始于 20 世紀 80 年代中期，到目前 為止，可以說地源熱泵技術已是一個非 常 成熟的技術，它有堅實的熱力學、熱工學的理論支撐，已有精確高效的機器裝備，在實施 中已有一整套從設計到安裝、調試、運行管理的控制程序和相應的規(guī)程規(guī)范。 與淺層地熱進行熱交換的裝置叫地源熱泵 這種地源熱泵可追溯到 1912 年瑞士佐伊利（ H、 Zoelly）一份專利。與熱 工 專業(yè) ， 暖通專業(yè)相互合作，相互滲透開辟一個新的產(chǎn)業(yè)。 除此之外，還有緊密附著在地表的各種介質，如：江、河、湖、海、水庫，水渠等地表水，甚至還包括了工業(yè)廢水，礦坑 疏干 水，城市污水等等。他把淺層熱能的下限定為 200 米。 6 圖 1 太陽輻射與大地熱流 他們 認為 地殼淺層 熱能與 太陽能的份額 比 是 1： 5000 的關 系， 所以他們認為淺 層地熱 能 的來源 是太陽能 。 但隨著科技水平的發(fā)展和科技思路的創(chuàng) 新，科技界已普遍 認 同地殼淺層大約 200—400M 范圍內(nèi)是一個“天賜的 儲 熱 庫 ”它的溫度平均在 15℃ — 20℃ 左右，它的來源主要太陽能，是一種無處不有，取之不盡，用之不竭的可再生能源，將它稱之為淺層地熱能。 是地礦部門 所說 熱田的熱能。 依靠科技 尋找出路 解決 能源危機的根本途徑是開發(fā)新能源和可再生能源 目前人類已利用和可能被利用的能源種類和儲量見下表 : 表 1 世界能源種類及儲量表 可 再 生 能 源 能源種類 儲量（標準） 太陽能 870000 億噸 /年 水能 24 億噸 /年 風、波浪能 80 億噸 /年 地熱能 億噸 /年 潮汐能 億噸 /年 非 再 生 能 源 煤 64000 億噸 石油 4100 億噸 天然氣 106 億 m3 油頁巖 31000 億噸 235U（鈾） 300 億噸 釷 109 億噸 氘 1012 億噸 摘自清華大學 2020 年物理學教材 表 1 內(nèi)，非再生能源中，油 頁巖 儲量比較大 ，顯然有一定的潛力 ， 5 但 開采 ，提取難度大，成本高，氘， 在 海水中大量存在，儲量非?？捎^，但使用的原理是要 使之產(chǎn)生核聚變 ，在常溫下聚變 尚只 在實驗室研究階段，應用前景未卜。 科學用能。 綜合以上，目前人類面臨著能源危機和環(huán)境惡化 兩 大課題， 總的問題 是人類如何保持可持續(xù)發(fā)展。 （ 4）酸雨蔓延 從我國情況看， 1982 年全國進行普查，對各省市 2400 次雨水進行抽樣檢查，結果表明屬酸雨者達 %，重慶、貴陽、南昌、武漢、沈陽、哈爾濱、廣州等城市均屬酸雨較嚴重的城市?？茖W家估計，按目前的 CO2 等排放增長率，到 2030 或 2050 年，全球溫度可上升 ℃ ~℃ 。 紫外線 還 3 會殺死水中的魚卵和單細胞 藻類，還可以導致海洋生物物種的滅絕。后來美國“雨 云 — 7 號”氣象衛(wèi)星，觀測到這個洞大如 美國領土面積，高如珠穆朗瑪峰。 節(jié)能、環(huán)保兩大課題的提出 反思過程中，世界各界專家、學者紛紛發(fā)現(xiàn)一系列影響人類持續(xù)生存和發(fā)展的問題。2 地源熱泵技術及其應用 —— 巖土工程的一個新的延伸 —— 巖土工程在節(jié)能減排中應有所作為 中工武漢 大學 設計研究有限公司 邸作述 1 緒論 人與自然的歷史回顧 18 世紀工業(yè)革命以來，人類認識和改造自 然的能力愈來愈強。人類正在或將要承受來自大自然的報復，嚴酷的現(xiàn)實迫使人類不得不對自己所走過的道路進行深刻的反思。 （ 2） 臭氧 層破壞 臭氧層是地球生物圈阻止紫外線輔射的保擴圈 (層 ),1985 年，美國科學家首先發(fā)現(xiàn) 南極 上空 臭氧 層出現(xiàn)了空洞。 臭氧 層的破壞給人類帶來非常嚴重的后果，大氣中的 臭 氧每減少1%，照射到地球表面上 的紫外線就會增加 2%，人類的皮膚癌的發(fā)病率就會增加 7%，白內(nèi)障患者就會增加 6%，紫外線對動植物的生存是災難 性 的 ， 據(jù)試驗，臭氧減少 25%，大豆將減產(chǎn) 25%，對水稻、小麥的生長都會造成極不利的影響，進而可以引發(fā)糧食危機。 （ 3）溫室效應 人類大量使用石油、 煤 炭和天然氣等礦物燃料，釋放到大氣中的CO2 氣體越來越多，之外還有水汽、甲烷、氧 化亞氡、氟氯烴等， 它們可以吸收地球表面 向外 的 輻射熱，并將其反射到地球表面，使地球氣候增溫，出現(xiàn)像塑料大棚一樣的溫室效應，造成全球氣候變暖。這一問題已引起全世界各國的高度重視， 召開了一系列國際性會議，共討應對策略。 4 （ 5）煙塵、 廢渣 及噪音等污染 城市中的機動車輛及工廠煙囪排出是主要來源，其次沙塵暴的吹揚 物也是一種污染，城市熱島效應 ，由于空調、機動車把熱氣直接排入大氣 而 形成 污染 。第二是 有 效使用能源，采取各種先進的手段， 在 能源利用、能源 持續(xù) 方面充分發(fā)揮能源的 使用 效率和作用。建設一個“天人合一”的和諧世界。 今 天要重點講一下可再生能源中的地熱能，表 1 中的地熱能儲量并不顯眼，僅 億噸 /年，這里要進行以下解釋 ： 表 1 中的地熱的儲量是指傳統(tǒng)地熱能的儲量，這個熱能是指由地心熱所產(chǎn)生的那一部分熱能。是地熱田露頭。 淺層地熱能到底從何而來？存在許多有分歧的學術觀點，但目前的主流 觀點仍然是太陽能，持這一觀點的 人對地殼表層的熱源作了如圖 1 的分析。 圖 2 淺層地熱能資源 分布 7 他估計的太陽能與地熱流共同作用的深度由下式 算 出： 2110??? ? —— 為土壤深度全年不變的深度 （ m） ? — — 土壤的熱導率，單位為： W/ 當 ? 取 W/mk 時， ? =14m，他的觀點 認 為 14m 之下，即土壤深度全年 溫度 不變的深度之下，仍是地熱熱流提 供 熱能。淺層地熱 能 它 所賦存的介質是巖石、土壤、和地下水，這是 主 要的 。因此，我認為巖土工程，工程地質，水文地質工作者應該在淺層地熱的開發(fā)利用中延伸我們的業(yè)務范圍，是大有 作為的。把淺層地熱作為低溫熱源的熱泵叫做地源 熱泵，把巖石、土壤、地下水 等 的熱量 通過水媒介 質 載體 使 地熱與熱泵 8 機組耦合 運 行 達到 制冷、制熱目的。而熱泵是通過動力驅動可把低溫熱傳遞到高溫熱中去。在巖土工程、工程地質、水文地質 學中 將會產(chǎn)生 一個新的研究領域，有強大的生命力。 與淺層地熱能進行熱交換要 通過“水”這個 傳媒介質，最典型例子就是抽地下水到機組里來，進行 熱交換 ，或者是將地表水抽入機組 進行熱交換。 “工質”在熱工學中被定義為：在 熱 泵蒸發(fā)器內(nèi) 吸收 熱量 而 蒸發(fā)成為氣態(tài)，在熱泵凝結器中能放出熱 量 凝結成液體 的物質 。 （ 1） 熱泵機組的構成 以壓縮式熱泵為例，一般 由四個主要部件構成，見下面 圖 5 圖 5 壓縮式熱泵工作原理圖 如圖 5 上所示， 有 四個主要部件指： 壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器。 液態(tài) 工質吸熱成氣態(tài)，氣態(tài)工質放熱凝冷成液態(tài)。它同時還可以根據(jù)負荷的變化，調節(jié) 工質 進入蒸發(fā)器的流量。如圖 5 所示，一端是末端，一端是地源介質 系統(tǒng) 。系統(tǒng)的功能也就改變，可根據(jù)季節(jié)和使用需求，完成制冷和 制熱功能轉變。 照片 1 熱泵機組外觀 為了 便 于理解熱交換接口，需進一步了解熱交換器的構造，詳見圖 6. 12 圖 6 殼管式冷凝器結構 （ a）臥式殼管式冷凝器 ；（ b）立式殼管式冷凝器 1— 端蓋 2— 殼體 3— 進氣管 17— 傳熱管 5— 支架 6— 出液管 7— 放空氣管 8— 水槽 9— 安全閥 11— 平衡管 12— 混合管 13— 放油閥 14— 出液閥 15— 壓力表 16—進氣閥 圖中的出水口 ，進水口，在作為冷凝器 時 ，則接末端的 風 機盤管；在 作為蒸發(fā)器時，則接地源介質中的水。 冷凝成 液態(tài) 的工質離開冷凝器后進入節(jié)流閥，其壓力 P3與 P2相等。 上述循環(huán)過程中，由狀態(tài) 4 到狀態(tài) 1 是一個等 溫 吸熱 膨脹過程，在 膨脹過程中從低溫熱源 (地溫介質 )中吸熱 ， 其熱量 設 為 Q1。這里只介紹熱泵性能系數(shù)。其的物理意義是熱泵從低溫熱源中吸出的熱量 Q1，而使低溫熱源的溫度降低，因此 Copc 被定義為 Q1與功率 W之比。 T 為絕對溫度，角碼表示高 （Ｈ） 、低 （ L）。如果室內(nèi)熱負荷為 10kw，那么驅動熱泵的