近日，作為“第十六屆清華大學(xué)建筑節(jié)能學(xué)術(shù)周”活動的專題會議，清華大學(xué)建筑學(xué)院組織召開了“太陽能光熱利用技術(shù)云端研討會”。會議上，甘肅省建材科研設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司甘肅省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田斌守副總工程師介紹了“太陽能光熱及中深層地?zé)峁┡夹g(shù)”。他用甘肅省建材科研設(shè)計(jì)院建成運(yùn)行的實(shí)際工程案例分析了“地?zé)?太陽能光熱”互補(bǔ)供暖技術(shù)，透露了工程投資和運(yùn)行成本等經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)。整理如下，以供參考。
地?zé)?太陽能互補(bǔ)供熱示范工程
2017年12月15日，由甘肅省建材科研設(shè)計(jì)院、中國科學(xué)院電工研究所等五家單位合作建設(shè)的國內(nèi)首個(gè)“地?zé)?太陽能”互補(bǔ)供暖示范工程在蘭州市建成投入運(yùn)行。該工程集成中深層地巖熱利用、太陽能熱利用及跨季節(jié)儲熱等技術(shù)，可規(guī)模化、低成本、連續(xù)穩(wěn)定利用可再生能源進(jìn)行清潔能源供暖。經(jīng)初步運(yùn)行測評，該工程可滿足1.5萬-2萬㎡節(jié)能建筑的供暖需求，工程投資折算為每平方米供暖面積230元-250元；每月運(yùn)行成本約為1.9元/（月?㎡），還可根據(jù)需要形成3萬、5萬、10萬平方米的供熱（制冷）工程化模塊。
該項(xiàng)目建有地?zé)釗Q熱井1口，深度為2500m，配套太陽能系統(tǒng)為停車場與集熱場一體化實(shí)現(xiàn)土地高效利用，集熱面積202㎡，12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)停車位。
通過測試數(shù)據(jù)顯示：地巖熱與太陽能互補(bǔ)供熱系統(tǒng)，供水端最高溫度51.3℃、回水端最高溫度38℃，溫差13.3℃。供水端平均溫度45℃、回水端平均溫度35.1℃，溫差9.9℃。
由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析可看出：供暖季系統(tǒng)累計(jì)供熱量為418687 kW?h，系統(tǒng)累計(jì)耗電量81661.3 kW?h，整個(gè)供暖季系統(tǒng)COP為5.2。整個(gè)供暖季采用地巖熱井直供期間，地巖熱井累計(jì)供熱量約170914 kW?h，供熱占比為40.82%。
地?zé)?在校園供暖工程中的應(yīng)用
1、校園供暖系統(tǒng)的特點(diǎn)
校園工程的供暖系統(tǒng)與學(xué)校的作息時(shí)間相關(guān)，負(fù)荷變化較大；對于無住宿要求的學(xué)校，一周5天供暖，且學(xué)生放學(xué)后晚上不供暖；最寒冷時(shí)期，學(xué)校放寒假，也無需供暖；即“三不供”，因此可以設(shè)計(jì)為在非供暖期間，系統(tǒng)達(dá)到防凍要求即可。
2、示范工程基本情況
該項(xiàng)目位于甘肅省定西市通渭縣平襄鎮(zhèn)，屬于嚴(yán)寒C區(qū)，年均氣溫5.7～7.7℃。小學(xué)附屬一個(gè)幼兒園，總建筑面積14697㎡。由于學(xué)校地處縣城郊區(qū)，周邊沒有市政集中供熱管網(wǎng)。為實(shí)現(xiàn)冬季正常采暖，本工程項(xiàng)目利用中深層地巖熱技術(shù)供暖。
3、建設(shè)過程回顧
（1）從開工至成井、安裝換熱管道約30天時(shí)間。
（2）打井工作完成后，委托中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所對井溫、地溫梯度分布情況，進(jìn)行了現(xiàn)場測試。
（3）井底溫度達(dá)到69.5℃，換熱段平均地溫梯度約7℃/hm。實(shí)際結(jié)果優(yōu)于最初的設(shè)計(jì)條件。
（4）2019-2020年度采暖季運(yùn)行概況：
◎換熱井出水溫度39-51℃，供回水溫差11.5-18.2℃。日換熱量4270 kWh。
◎在地?zé)峋惫顟B(tài)下，供暖成本約0.08-0.1元/(㎡·月)。
◎供暖季還未結(jié)束后，整個(gè)采暖季的供暖成本還沒有出來，預(yù)測在1.5元/(㎡·月)-1.8元/(㎡·月)
從以上兩個(gè)典型案例可以看出，工程投資折算為每平方米供暖面積230元-250元、運(yùn)行成本低于2.5元/（月?㎡）的建筑供熱；“三不供”學(xué)校的整個(gè)采暖季的供暖成本在1.5元/(㎡·月)-1.8元/(㎡·月)，在經(jīng)濟(jì)上是可行的。那么技術(shù)上要如何實(shí)現(xiàn)呢？
中深層地巖熱供熱技術(shù)
太陽能雖然總量大、具有普遍性，但其能量密度低，不穩(wěn)定不連續(xù)，故而在太陽能供熱技術(shù)中，存著太陽能供給與熱負(fù)荷之間存在季節(jié)性不平衡的矛盾。
地?zé)崮苤饕醋缘厍虻娜廴趲r漿和放射性物質(zhì)的衰變，以地?zé)嵝问酱鎯τ趲r石、土壤、地下水和氣體中，是一種綠色低碳的可再生能源，運(yùn)用地?zé)崮茏詈唵魏妥詈虾醭杀拘б娴姆椒ǎ褪侵苯尤∮眠@些熱源。
1、淺層土壤源熱泵
該技術(shù)是利用地下土壤溫度相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)與建筑物內(nèi)部完成熱交換。
利用方式是：冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖；夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。在200m以淺，恒溫層熱匯平衡是這種技術(shù)長期有效利用的關(guān)鍵。
2.水源熱
水源熱泵是利用地下熱水，采用熱泵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移。
利用方式是：則從水源中提取能量，利用熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中，為建筑物供暖。
該技術(shù)的缺點(diǎn)是：地下熱水不具普遍性，存在回灌困難，地基下陷，地下水源污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
3.干熱巖
干熱巖也稱增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS），是一般溫度大于200℃，埋深數(shù)千米（約3000m以上），內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體。
像新聞報(bào)道中的青海共和干熱巖項(xiàng)目就是在3705m處井底溫度為236℃、2800～3705m井段地溫梯度大于80℃/km的高品質(zhì)干熱巖。
其特點(diǎn)是：優(yōu)質(zhì)資源，不具普遍性。
地?zé)釣榫蘖康那鍧嵞茉矗叵聼崴疄椴豢稍偕馁Y源。所以，開發(fā)利用中深層巖熱資源，只有“取熱不取水”才具有可持續(xù)發(fā)展的開發(fā)理念。“目前中深層巖熱資源開發(fā)，主要采用的是中深層地?zé)峁┡夹g(shù)，其基本原理是：向地下一定深處巖層鉆孔，在鉆孔中安裝一種封閉循環(huán)的熱交換設(shè)備——深層換熱器，通過專用設(shè)備系統(tǒng)向地面建筑物供熱。可廣泛應(yīng)用于建筑供暖、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工、食品加工、工業(yè)干燥等。比如北方設(shè)施農(nóng)業(yè)的大棚供暖均可以實(shí)現(xiàn)。”田斌守介紹道。
中國工程院徐德龍?jiān)菏繄F(tuán)隊(duì)認(rèn)為：地下4000m以內(nèi)、半徑250m以內(nèi)區(qū)域蘊(yùn)藏著豐富的熱能，巖層溫度降低1℃可釋放1.48′109MJ熱量，可為10萬㎡小區(qū)供暖30年。對于4000m的換熱井，其采熱影響半徑小于15m，經(jīng)過6個(gè)月的恢復(fù)，地下巖層溫度能夠完全復(fù)原。
上海交通大學(xué)代彥軍教授團(tuán)隊(duì)研究認(rèn)為：換熱井不同深度熱影響半徑不同，最低處熱影響半徑為8m。在采暖季結(jié)束后90天內(nèi)地溫基本恢復(fù)，120天全程恢復(fù)。
據(jù)測算：中深層地巖熱供暖系統(tǒng)簡單——換熱井+機(jī)組，可實(shí)現(xiàn)無人值守；單口換熱井（約2500m）可滿足1.5萬~2萬㎡的節(jié)能建筑的供暖需求；供暖成本低于2.5元/(㎡·月)，但其瓶頸是初始投資略高。
地?zé)?太陽能互補(bǔ)供熱技術(shù)
基于中深層地巖熱和太陽能光熱技術(shù)的各自優(yōu)勢和局限性，將兩種能源聯(lián)合應(yīng)用，形成互補(bǔ)供熱的技術(shù)和系統(tǒng)，即：中深層地巖熱太陽能互補(bǔ)供熱技術(shù)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)：1、供暖季可采用地巖熱與太陽能聯(lián)合供熱；2、非采暖季可將豐富的太陽能以熱能的形式儲存于地巖熱井，進(jìn)行跨季儲熱；3、實(shí)現(xiàn)太陽能光熱系統(tǒng)的年利用率最大化，投資效益的最大化。
系統(tǒng)的特點(diǎn)是：綜合了兩種可再生清潔能源的優(yōu)勢，既克服了太陽能季節(jié)不平衡性和不連續(xù)性，又融合了地巖熱安全穩(wěn)定、簡便靈活的優(yōu)勢，提高資源利用率的同時(shí)降低了運(yùn)行成本，同時(shí)無任何污染和排放。
“地巖熱—太陽能”互補(bǔ)供熱系統(tǒng)運(yùn)行原理研發(fā)和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，“中深層地巖熱-太陽能互補(bǔ)供熱技術(shù)”是綠色低碳的供熱技術(shù)，可靠且能實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定供熱，操作簡便、不受地域條件限制、對自然環(huán)境干擾甚微，經(jīng)濟(jì)可行。這為北方地區(qū)冬季清潔取暖、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作提供了新的參考途徑。
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