一種新型地能

摘 要：文章對(duì)空調(diào)的危害進(jìn)行了剖析，引出了地能（特別是淺層地能）和太陽(yáng)能兩種清潔可再生能源的使用，著重分析了一種可以替代空調(diào)的新型地能-太陽(yáng)能地下溫控系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)能夠在一定程度上替代空調(diào)，而且無(wú)能耗，溫控效率高，不足的是成本較空調(diào)貴，但從長(zhǎng)期使用角度出發(fā)，考慮時(shí)間價(jià)值的話，該系統(tǒng)還是經(jīng)濟(jì)可行的。

關(guān)鍵詞：地能；太陽(yáng)能；溫控系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TK512 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）9-0001-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民物質(zhì)水平的提高，空調(diào)成為十分普及的日用品，但它在給人們帶來(lái)舒適的同時(shí)也存在著許多的不足。首先是能耗大，城市建設(shè)的發(fā)展，建筑能耗占全國(guó)總能耗的30%左右，而空調(diào)耗能占整個(gè)建筑能耗的60%以上，且耗能比例還在不斷增加。城市每年的用電高峰在夏季，其中空調(diào)耗電占總發(fā)電量的30%左右，2013年杭州夏季的日用電量首度突破900萬(wàn)kW大關(guān)，創(chuàng)歷史新高達(dá)到912萬(wàn)kW，而其中空調(diào)用電就占到了將近30%，廣州地區(qū)更高，能達(dá)50%～60%；其次長(zhǎng)期使用空調(diào)還容易對(duì)人們的健康造成危害，使人們?nèi)菀谆佳装Y和感冒，而且空調(diào)房間內(nèi)一般比較密封，不透風(fēng)，很容易滋生有害細(xì)菌；再次空調(diào)中制冷劑所使用的氟利昂對(duì)大氣臭氧層的破壞非常嚴(yán)重，根據(jù)全球總臭氧觀測(cè)的結(jié)果表明，除赤道外，1978～1991年總臭氧每10年間就減少1%～5%，到目前為止95%的臭氧層遭到破壞。臭氧層耗竭，會(huì)使太陽(yáng)光中的紫外線大量輻射到地面，對(duì)人類(lèi)及其生存的環(huán)境造成不利后果：臭氧破壞將打亂生態(tài)系統(tǒng)中復(fù)雜的食物鏈，導(dǎo)致一些生物面臨滅絕；也會(huì)使農(nóng)作物大量減產(chǎn)，導(dǎo)致糧食危機(jī)；臭氧破壞還將引起全球氣候變暖，海平面上升等危害。正因?yàn)樯鲜鰡?wèn)題，人們已不斷開(kāi)始尋求新能源的替代，例如風(fēng)能、太陽(yáng)能、地能，本文將以地能和太陽(yáng)聯(lián)動(dòng)來(lái)研究溫控系統(tǒng)。

1 地能-太陽(yáng)能介紹

地能和太陽(yáng)能都是新時(shí)代的清潔可再生能源。地能也稱(chēng)為地?zé)崮埽瑖?guó)際上按照地?zé)豳Y源的溫度不同，通常把熱儲(chǔ)溫度>150 ℃者稱(chēng)為高溫地?zé)崮埽?lt;150 ℃而>90 ℃者稱(chēng)為中溫地?zé)崮埽?lt;90 ℃者稱(chēng)為低溫地?zé)豳Y源。地?zé)釡厝南孪逌囟榷?5 ℃，按照25 ℃的界限，通常把地?zé)岱殖蓛煞N，25 ℃以上的稱(chēng)為傳統(tǒng)地?zé)崮埽?lt;25 ℃的稱(chēng)為淺層地?zé)崮堋鹘y(tǒng)地?zé)崮鼙皇褂玫帽容^早，也較為廣泛，主要在溫泉上比較多；而淺層地?zé)崮茏鳛橐环N低溫能源，一般在地下15 m開(kāi)始至數(shù)百米之間，溫度恒定，是一處恒溫帶，我國(guó)恒溫帶溫度水平在25 ℃以下，一般略高于當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁?，其中北方?5±5 ℃，而南方20±5 ℃，全國(guó)各地恒溫帶溫差一般7～8 ℃。由于溫度較低、基本處于恒溫而且又可再生，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，淺層地?zé)崮艿拈_(kāi)采和利用也越來(lái)越受到重視，其主要用于調(diào)節(jié)室溫，作為制冷的冷源和供暖的熱源比較多。

近幾年，太陽(yáng)能的使用也越來(lái)越受到普及，太陽(yáng)能發(fā)電是太陽(yáng)能使用中占的比重比較大。太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光-熱-電轉(zhuǎn)換發(fā)電，另一種是光-電直接轉(zhuǎn)換發(fā)電。前一種方式類(lèi)似于火力發(fā)電，但是其效率較低而且成本很高，在大規(guī)模地利用上很不經(jīng)濟(jì)；光-電直接轉(zhuǎn)換發(fā)電是現(xiàn)在社會(huì)上用得比較多的一種方式，常見(jiàn)的是使用硅的光電效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電，效率相對(duì)較高，而且清潔無(wú)污染。

2 地能-太陽(yáng)能新型溫控系統(tǒng)方案

2.1 溫控系統(tǒng)裝置

將淺層地?zé)崮芎吞?yáng)能相結(jié)合，以下是一種新型溫控系統(tǒng)的方案的模型圖，其機(jī)械設(shè)計(jì)部分如圖1所示。

該系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)由空氣輸入裝置1，導(dǎo)熱管2，保溫氣體輸出管3和氣體輸出分配裝置4組成，系統(tǒng)裝配為細(xì)長(zhǎng)型組合裝置，長(zhǎng)度4～8 m。具體運(yùn)作時(shí)外界待調(diào)溫空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)鼓入空氣輸入裝置1，其中風(fēng)機(jī)由太陽(yáng)能電池供電，帶調(diào)溫空氣經(jīng)過(guò)埋在地下的導(dǎo)熱管2（具體實(shí)施時(shí)使用紫銅導(dǎo)熱管）熱交換后通過(guò)氣體輸出分配裝置4輸出到室內(nèi)，其中紫銅導(dǎo)熱管全部埋在恒溫帶中，導(dǎo)熱管從恒溫帶輸出到房屋這一段用聚氨酯保溫管進(jìn)行保溫，阻止傳輸中與外界的熱交換，減少熱量損失；系統(tǒng)采用溫控裝置與調(diào)速電機(jī)結(jié)合，通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變氣體流經(jīng)導(dǎo)熱管的時(shí)間（即熱交換時(shí)間）來(lái)達(dá)到輸出不同溫度氣體的目的。溫控裝置檢測(cè)輸出的氣體溫度，與需求的溫度進(jìn)行比較，利用經(jīng)實(shí)際檢測(cè)得到的溫度和轉(zhuǎn)速公式對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到溫度可控的目的。

系統(tǒng)利用了淺層地?zé)崮?，通過(guò)將待調(diào)溫空氣導(dǎo)入恒定低溫層調(diào)溫后返還到室內(nèi)，達(dá)到了調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的效果，徹底杜絕了氟利昂的使用，只需使用太陽(yáng)能對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行供電，避免了空調(diào)的高能耗，由于地下恒溫層溫度基本保持不變，所以能夠使室內(nèi)達(dá)到冬暖夏涼的效果。

2.2 溫控導(dǎo)熱管的設(shè)計(jì)

導(dǎo)熱管是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，外界待調(diào)溫氣體通過(guò)導(dǎo)熱管直接與恒溫層的土壤或流水進(jìn)行熱交換。導(dǎo)熱管以導(dǎo)熱效果極好的紫銅為材料，導(dǎo)熱管呈螺旋狀，以增大熱交換面積，為了讓更多的氣體更好地進(jìn)行熱交換，導(dǎo)熱管的口徑制得較細(xì)，一個(gè)導(dǎo)熱裝置由多根導(dǎo)熱管并行排列構(gòu)成。

導(dǎo)熱管長(zhǎng)度L的計(jì)算，具體使用系統(tǒng)時(shí)導(dǎo)熱管的長(zhǎng)度是要經(jīng)過(guò)計(jì)算的，具體計(jì)算方法如下：

假設(shè)：

①恒溫帶可以看成完全恒溫，熱交換過(guò)程導(dǎo)熱管周?chē)鷾囟炔蛔儯?/p>

②管子足夠細(xì)且傳熱效果極好，可看成空氣直接與恒溫帶進(jìn)行熱交換；

③保溫管絕對(duì)保溫，空氣經(jīng)過(guò)導(dǎo)熱管熱量損失為0；

結(jié)合以上已知條件，并通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)分析得：輸入待冷卻氣體（30 ℃），輸出25 ℃的冷卻氣體，以12 m3/min流量速度冷卻，結(jié)合房屋大?。僭O(shè)為70 m3左右），即可在5～6 min使溫度降下來(lái)，空調(diào)一般立即制冷要求在5 min以?xún)?nèi)，所以此系統(tǒng)的制冷效果還是較為不錯(cuò)的，由于吸熱和放熱的過(guò)程是可逆的，所以系統(tǒng)整體效率是較好的。

2.2 溫控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

系統(tǒng)采用太陽(yáng)能電池作為能量來(lái)源，淺層地能作為空氣調(diào)溫的能源，這兩種能源都屬于可再生能源，在使用中無(wú)耗能，這也是該系統(tǒng)優(yōu)于空調(diào)高耗能的地方。

系統(tǒng)需要紫銅管作為熱交換管，利用太陽(yáng)能電池板提供能源，加之輸風(fēng)管與送風(fēng)保溫管的購(gòu)買(mǎi)，系統(tǒng)的費(fèi)用一般在6 000左右（太陽(yáng)能電池板費(fèi)用在4 000左右），還有安裝埋管的相關(guān)費(fèi)用，成本比空調(diào)高，但無(wú)能耗，使用效率較高，按長(zhǎng)期算還是十分經(jīng)濟(jì)的，而且可同時(shí)供應(yīng)多間房間，使用空間比空調(diào)更加寬泛。

3 結(jié) 語(yǔ)

新型地能-太陽(yáng)能地下溫控系統(tǒng)方案較傳統(tǒng)空調(diào)相比，由于完全杜絕了氟利昂的使用，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染；經(jīng)濟(jì)成本更本，由于應(yīng)用了太陽(yáng)能和地能，使用過(guò)程中基本無(wú)能耗的浪費(fèi)，對(duì)于家庭、企業(yè)來(lái)說(shuō)節(jié)約了使用過(guò)程中的成本支出；溫控系統(tǒng)制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)便，安裝難度較小，適合推廣。

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