地热能在建筑生态节能系统中的应用获奖科研报告

地热能在建筑生态节能系统中的应用获奖科研报告【关键词】地热能;建筑工程;生态节能系统;应用

引言：

随着社会经济飞速发展，人们日常生活和社会经济生产对能源的需求量逐渐增加，不仅为能源合理分配、高效利用带来了巨大挑战，还为生态环境可持续发展造成严重威胁。这也在一定程度上突出了节能环保的重要性。建筑行业作为我国支柱型产业，现阶段仍然存在耗能较高问题，加上近年来我国城市化进程不断深入，建筑工程建设规模逐渐扩大，建筑行业对能源的需求量与日俱增，如果不尽快采取措施解决能源消耗问题，势必会造成我国能源短缺[1]。因此，在新形势背景下，研究和使用新能源，已经成为建筑行业实现可持续发展目标的当务之急。地热能作为一种新能源，当前已经广泛应用到建筑领域，并取得了初步成果，不仅有效提高了工程质量，还对改善生态环境带来了积极影响。

一、我国能源状况及建筑行业能源消耗情况

（一）我国能源状况

我国虽然地大物博、幅员辽阔、资源丰富，但是资源分布较为分散，人均拥有量过低，加上社会经济发展迅速，各行各业对能源的需求量不断增加，导致我国一度面临能源紧缺的现状。长久以来，煤炭资源一直是我国社会经济生产的主导材料，在总能源消耗中占有较大比例。另外，这种能源虽然消耗较大，但是效率较低，并且会对环境造成严重污染。结合我国能源储藏、分布以及运输情况来看基本处于稳定状态，但是各地区受经济发展差异影响，导致部分地区存在严重的能源短缺现象[2]。例如：东南沿海地区经济发展水平较高，所以对能源需求量较大，这也使得该地区能源储备严重不足。而西北地区经济发展相对落后，能源需求量较小，能源储备较为充足。在这一发展背景下，国家为了各地区均衡发展，提出开发大西北资源策略。但是与发达国家相比，我国能源利用率仍然较为落后，仅为33%左右，而发达国家资源利用率能够达到43%。

（二）建筑行业能源消耗情况

建筑行业是我国支柱型产业，在促进国民经济持续发展，提高社会群众生活水平方面发挥重要作用。近年来，随着城市化进程不断深入，建筑行业迎来了发展高峰期，作为能源消耗大户，其能源需求量也在不断上升，甚至达到了社会能源总消耗的32%左右。结合国家经济发展趋势进行分析，建筑行业未来仍然会处于稳步发展状态，其能源消耗也会不断增加，如果没有及时采取措施解决建筑资源消耗问题，将会为生态环境和社会经济造成巨大负面影响。

二、地热能的可利用性

上文提到，我国幅员辽阔、地大物博，资源丰富，其中地下热能资源储备另能够替代8532*109吨的标准煤炭资源，能够直接开发和利用的地热能能够替代256*1010吨标准煤炭资源。另外，现阶段我国已经构成一定规模的地热井高达数千眼，平均出口温度为54℃，在开采和利用方面十分便利。然而，虽然我国地热资源较为丰富，但是相对于发达国家而言在开发和利用方面起步较晚，一直到20世纪70年代左右才展开大规模勘察和开发。众所周知，我国北方地区空气质量相对较差，Pm2.5合格率较低，引起了政府及相关部门的高度重视，因此，建筑企业应积极使用地热能，从而在提高建筑施工质量的同时促进生态环境持续发展。

三、地热能在建筑生态节能系统中的具体应用

（一）利用地源热泵系统开采地热

开采地热能的方式有很多种，其中利用地源热泵系统开采方式最为常见。这种方式不仅操作简便、实用性强，而且能够利用设备处理地热和气温间的不同数值，简单来说就是能够满足冷热变换处理需求。在建筑生态节能系统中应用这种地热能开采方式，可以将地下水加热，并送往建筑工程室内，以此来达到取暖效果，同时也可以将地下水制冷送往室内，从而达到制冷效果。结合以往施工经验以及相关资料分析可以确定，一般在地下30-100m范围内的水资源，温度通常在15℃左右，并且我国大部分地区冬夏温度较为恒定，所以通过地源热泵系统地热能，并对其进行加热和降温处理，能够充分满足建筑工程制冷和供暖需求。现如今，在科学技术推动下，地源热泵系统也得到了进一步优化和完善，其工作原理大致有两种，第一种为开式地缘热泵系统。第二种为地源耦合热泵系统，后者较为适合我国地热资源特点，也是目前建筑工程中应用较为广泛的一种形式[3]。这种系统主要由控制其、热交换器、水循环系统以及主机组组成，其应用优势在于不会污染地下水，不会影响地质结构，不会降低地下水位，并且其消耗仅占常规系统的30%左右，所以在建筑节能系统中值得被大力推广和广泛应用。

（二）地热水应用到低温地板辐射采暖中

低温地板采暖技术是新时期背景下建筑供暖工程中的一种新型采暖方式，具有舒适、节能、环保、卫生等多种优势，并且能够节约建筑空间面积，提高室内美观性。现如今被广泛应用到住宅及其他公共建筑中，这种供暖方式满足人体热量需求规律，是一种从脚步到头部逐渐降温的供暖模式，能够充分满足人体舒适需求。结合相关测试验证分析，采用低温地板辐射采暖方式，温度在16℃时，其带给人体的感觉与普通散热器18℃时的感觉一样。而降低2℃，室内计算热负荷也会随之降低，所以这种采暖方式在促进建筑工程节能改革方面发挥重要作用，在建筑供暖工程中采用低温地板辐射采暖方式，大多需要利用交联聚乙烯管沿着地面全部铺设，这种材料稳定性较高，并且具有较高的抗腐蚀效果，同时易弯曲，有利于为建筑施工提供便利。通常情况下，如果热度小于70℃，其使用寿命能够达到50年甚至更长时间。结合以往施工经验总结分析，通常水文在60℃左右最为适宜。如此，我国大多地热资源都可以直接应用到低温地板辐射采暖中。不仅能够节约锅炉等热源设备，还可以降低运行费用，有效提高建筑企业经济效益和社会效益。

（三）地热水应用到温泉疗养中

地热水中含有大量稀有矿物质，有益于人体健康，可以作为较好的温泉疗养水。并且地热水含盐量较高，能够起到杀菌作用，在建筑工程施工中，将地热水进行简单处理，可以很好的应用到西域、保健等方面，有利于满足家庭健康需求，提高社会效益[4]。另外，部分地下水中含有超标的铁离子和硫离子，如果长期暴露在空气中会产生难闻一味，并且用于洗衣或洗刷器皿会导致物体变黄。针对这一问问题，需要在系统中加入地