河北省平原地区节能建筑中浅层地热能的应用研究

【摘要】：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。 【关键词】：浅层地热能 地源热泵 河北平原 应用
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-22
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 课题研究的目的和意义13
• 1.3 研究的内容、方法以及思路13-15
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 研究方法14
• 1.3.3 研究思路及技术路线14-15
• 1.4 国内外浅层地热能应用研究现状15-22
• 1.4.1 国外浅层地热能应用研究现状15-18
• 1.4.2 国内浅层地热能研究应用现状18-21
• 1.4.3 浅层地热能应用中存在的问题及对策21-22
• 第2章 节能建筑与浅层地热能简介22-37
• 2.1 节能建筑简介22-29
• 2.1.1 我国当前建筑能耗概况22
• 2.1.2 节能建筑概念与发展历程22-25
• 2.1.3 节能建筑设计内容25-26
• 2.1.4 河北省平原地区建筑节能发展情况分析26-28
• 2.1.5 未来建筑节能的发展28-29
• 2.2 浅层地热能简介29-37
• 2.2.1 浅层地热能概念、特点与应用范围29-31
• 2.2.2 浅层地热能的开发方式与工作原理31-35
• 2.2.3 地源热泵技术的特点35-37
• 第3章 河北省平原地区浅层地热能基本特征37-50
• 3.1 自然地理特征37-39
• 3.1.1 地形地貌特征37-38
• 3.1.2 气候特征38-39
• 3.1.3 降水特征39
• 3.2 区域地质特征39-41
• 3.3 含水层的空间分布及水文地质特征41-42
• 3.4 水质评价42-43
• 3.5 地温场特征43-45
• 3.5.1 本区地温场面貌43
• 3.5.2 地温梯度43-44
• 3.5.3 大地热流值44-45
• 3.6 浅层地热能资源储量45-46
• 3.6.1 计算原则45
• 3.6.2 计算公式45
• 3.6.3 计算结果45-46
• 3.7 热泵的适宜性46-47
• 3.7.1 热泵的适宜条件46
• 3.7.2 热泵的适宜性评价46-47
• 3.8 浅层地热能应用特点47-50
• 3.8.1 项目数量和服务面积呈快速增长趋势47-48
• 3.8.2 项目以地下水地源热泵系统为主48
• 3.8.3 项目分布不均匀48-49
• 3.8.4 项目应用以民用建筑为主49-50
• 第4章 节能建筑中浅层地热能的应用实例50-70
• 4.1 工程简介50-53
• 4.1.1 地理位置与设计理念50-51
• 4.1.2 功能与布局51
• 4.1.3 建设概况51-52
• 4.1.4 “四新四节一环保”技术的应用52-53
• 4.2 围护结构节能设计53-54
• 4.2.1 建筑围护结构53-54
• 4.2.2 热桥的保温处理54
• 4.3 浅层地热能的应用54-64
• 4.3.1 采用土壤源地源热泵系统的可行性分析55
• 4.3.2 浅层地质结构与埋管换热性能测试55-59
• 4.3.3 系统工作原理59
• 4.3.4 地源热泵系统59-62
• 4.3.5 冬夏热平衡的措施62
• 4.3.6 复核室外气象条件62-64
• 4.4 地源热泵的施工64-66
• 4.4.1 热交换器的安装64-65
• 4.4.2 室内空调系统的安装65
• 4.4.3 主机的安装65
• 4.4.4 调试65-66
• 4.5 项目经济效益分析66-69
• 4.5.1 节能效益分析66-67
• 4.5.2 运行效果分析67-68
• 4.5.3 存在问题68
• 4.5.4 环境效益分析68-69
• 4.6 社会效益综合分析69-70
• 结论70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间取得学术成果76

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