地热能的应用分析
随着我国政府和社会公众对保护大气环境的越来越重视，城镇中已经普遍禁止采用中小型燃煤锅炉供热。因此，除了集中供热的形式以外，急需发展其他替代燃煤锅炉的供热方式。地热能就是能有效减少大气污染的供热和空调手段。地热能从严格意义上说不是可再生能源。但是地热能蕴藏十分巨大，几乎取之不尽，所以是重要的新能源。据估算，其经济可开发资源总量约为5亿标准煤。低温地热在供暖及生活供应方面有明显的优势。
2.常用空调热泵的种类及其特点
地源热泵系统利用200M以内的浅层地壳中储存的地热能对建筑进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益。根据中华人民共和国国家标准《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)中的表述，根据地热能采集系统形式的不同，地源热泵系统分为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。其中地表水地源热泵系统受到自然条件和水源的限制。而地下水地源热泵技术也存在明显的先天缺陷。首先，这种抽取地下水的办法需要当地有丰富的地下水作为先决条件，如果地下水位较低，水泵的耗电量将大大降低系统的效率。此外，虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层，但在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度，因此会造成地下水资源的流失。即使能够把抽取的地下水全部回灌，怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的课题。水资源是当前最紧缺、最宝贵的资源之一，任何对水源的浪费或污染都是不允许的。因此，发达国家对推广应用这种系统已经采取非常谨慎的态度。地埋管地源热泵系统正是保留了地下水地源热泵系统的优点，同时又避免了它的缺点的一种热泵供热空调技术，将成为地源热泵供热空调技术中的主导形式。
3.地埋管地源热泵的工作原理
地埋管地源热泵就是在地下埋设管道作为换热器，管道与热泵机组连接形成闭式环路。管道中有液体流动通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下(供冷工况)，或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热(供热工况)。
4.地埋管地源热泵地下换热器的形式
地埋管源热泵换热器有多种形式，如水平埋管、竖直埋管等。这两种埋管型式各有自身的特点和应用环境。在中国采用竖直埋管更显示出其优越性：节约用地面积，换热性能好，可安装在建筑物基础、道路、绿地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能，甚至可在建筑物桩基中设置埋管，见缝插针充分利用可利用的土地面积。
5.竖直埋管换热器形式
最常用的竖直埋管换热器就是由垂直埋入地下的U型管连接组成。如下图所示：
竖直U型埋管的换热器采用在钻孔中插入u型管的方法，一个钻孔中可设置一组或两组u型管。
6.竖直埋管深度
竖直埋管可深可浅，须根据当地地质条件而定，如20m、30m……直到200m以下。确定深度应综合考虑占地面积、钻孔设备、钻孔成本和工程规模。例如天津地区地表土壤层很厚，钻孔费用相对便宜，宜采用较深的竖直埋管，因深埋管的成本低、换热性能好、并可节约用地。
7.竖直埋管材料
埋管材料最好采用塑料管，因与金属管相比，塑料管具有耐腐蚀、易加工、传热性能可满足换热要求、价格便宜等优点。可供选用的管材有高密度聚乙烯管(PE管)，铝塑管等。竖直埋管的管径也可有不同选择，如DN20、DN25、DN32等。
8.竖直埋管换热器钻孔孔径及回填材料
竖直埋管换热器的形成是从地面向下钻孔达到预计深度，将制作好的u型管下入孔中，然后在孔中回填不同材料。在接近地表层处用水平集水管、分水管将所有u型管并联构成地下换热器。
根据地质结构不同，钻孔孔径可以是φ100、φ150、φ200或φ300，天津地区地表土壤层很厚，为了钻孔、下管方便多采用φ300孔径。
回填材料可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容易、造价低，可广泛采用。
9.地埋管地源热泵系统的冷(热)负荷计算及其作用
地埋管地源热泵系统空调房间设计冷、热负荷(以下简称负荷)的计算方法与常用空调系统的完全相同。可参照现行有关规范和空调设计手册进行。
设计负荷是选择空调系统末端设备和热泵主机容量及机房辅助设备的主要依据。但应当指出的是，地埋管地源热泵系统中地热换热器容量的设计不仅与瞬时峰值负荷的大小及其延续时间有关，还与某段连续运行时间内的平均负荷有关。另外，地热换热器夏季传递到地层中的热量与其冬季取自地层中的热量是否平衡，在一定程度上也影响着地热换热器性能的好坏。如果这两个热量平衡，则地热换热器长期运行时，不会引起地层中热量的积累而使其性能退化。因此，在负荷计算中应包括设计负荷计算，冬夏连续运行期间内的平均负荷计算以及夏冬季工况通过地热换热器传递到地层中热量计算。
10.地源热泵热源系统的选择与设计
热泵热源系统的选择应遵守因地制宜、因工制宜，合理利用自然资源的原则。在冬季气候温暖、地下水丰富或有地表水可利用的地区，如我国南方地区，可优先考虑地下水水源热泵或地表水水源热泵。反之，在冬季寒冷、地下水或地表水紧缺的地区，如我国北方大部分地区，地埋管地源热泵应是优先选择的系统。
11.结语
地热能的综合利用既符合国家的能源政策，又可给业主带来可观的效益，因此，其开发潜力是非常大的。但目前不少工程存在诸如浪费资源、破坏环境、地热利用率低、设备使用寿命短、管理不科学、设计水平低下等问题。这就要求我们在开发利用中端正态度，高度重视，合理设计，综合应用，正确选材，优化控制，力求做到开发与保护相结合，使其真正成为可持续发展的新能源，长久的造福人类。