地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的應(yīng)用研究

范興龍 袁久旺 姬銘澤

隨著全球能源危機(jī)的日益嚴(yán)峻，建筑節(jié)能成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。在建筑節(jié)能中，地?zé)崮茏鳛橐环N可再生、清潔的能源逐漸引起了廣泛的關(guān)注。地?zé)崮芾孟到y(tǒng)由地?zé)岵膳到y(tǒng)、地?zé)嶂评湎到y(tǒng)和地?zé)釤崴到y(tǒng)組成，通過利用地下的地?zé)崮茉礉M足建筑的供熱、供冷和供熱水等需求[1]。地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，可提高建筑能源效率，降低運(yùn)行成本，增加室內(nèi)的舒適度。為實(shí)現(xiàn)地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的最大化效益，需合理設(shè)計(jì)地?zé)嵯到y(tǒng)，綜合利用地?zé)崮茉础?/p>

1 地?zé)崮芾孟到y(tǒng)的組成和工作原理

1.1 地?zé)崮芾孟到y(tǒng)的組成

地?zé)崮芾孟到y(tǒng)主要由地?zé)崮懿杉b置、熱交換裝置、傳輸系統(tǒng)和能量利用設(shè)備4 個(gè)主要部分組成[2]:第1，地?zé)崮懿杉b置是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它負(fù)責(zé)將地下的熱能采集出來。常見的地?zé)崮懿杉b置包括地?zé)崴?、地?zé)岜靡约暗責(zé)釗Q熱器等。第2，熱交換裝置是將采集的地?zé)崮芘c需要供熱或供冷的介質(zhì)進(jìn)行熱交換的設(shè)備，常用的熱交換裝置包括換熱器和蓄熱裝置等。第3，傳輸系統(tǒng)主要是將熱能輸送至需要利用的地方，通常采用管道輸送。傳輸系統(tǒng)除了管道外，還包括泵站、閥門和配電設(shè)備等。第4，能量利用設(shè)備是將地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為需要的熱能或冷能的設(shè)備，常見的能量利用設(shè)備有暖氣片、空調(diào)機(jī)組、熱水器以及地面輻射系統(tǒng)等[3]。通過上述裝置和設(shè)備的合理配置和運(yùn)作，可以高效地利用地下的地?zé)崮苜Y源。

1.2 地?zé)崮芾孟到y(tǒng)的工作原理

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，地?zé)崮懿杉b置首先獲取地下的熱能，然后通過熱交換裝置與介質(zhì)進(jìn)行熱交換。當(dāng)利用地下熱能供熱時(shí)，地?zé)崮鼙粋魉椭列枰┡膱鏊?。在熱交換裝置中，地?zé)崮鼙粋鬟f給供熱介質(zhì)，使其升溫。熱傳導(dǎo)過程中，介質(zhì)的溫度逐漸升高，從而達(dá)到供暖的目的。反之，當(dāng)利用地下熱能供冷時(shí)，地?zé)崮芡ㄟ^熱交換裝置降低介質(zhì)的溫度，也實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷的效果。

傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)將地?zé)崮茌斔椭列枰玫牡胤?，通常使用專門的管道輸送地?zé)崮?。通過泵站、閥門和配電設(shè)備等對地?zé)崮苓M(jìn)行調(diào)控和分配，使其順利傳輸至相應(yīng)的能量利用設(shè)備。能量利用設(shè)備是地?zé)崮芾孟到y(tǒng)中的最終環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)將地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為需要的熱能或冷能。根據(jù)具體需求，能量利用設(shè)備可以是供暖設(shè)備，也可以是空調(diào)設(shè)備。

2 地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 提高建筑能源效率

地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過地?zé)崮艿睦?，能夠減少建筑對傳統(tǒng)能源的依賴，實(shí)現(xiàn)能源效率的提高[4]。地?zé)崮茏鳛橐环N可再生能源，不受季節(jié)和氣候影響，可以穩(wěn)定供應(yīng)熱能或冷能，從而降低建筑的能源消耗。通過地?zé)崮懿杉b置提取地下的熱能，再利用熱交換裝置傳遞給建筑物，有效提高了建筑的能源利用效率，減少了能源浪費(fèi)。

2.2 提升環(huán)保可持續(xù)性

地?zé)崮苁且环N清潔能源，不產(chǎn)生排放物和燃燒產(chǎn)物，減少了污染物和溫室氣體的排放。利用地?zé)崮軐λY源需求較小。因此，地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的應(yīng)用可以提升建筑的環(huán)?？沙掷m(xù)性，減少對環(huán)境的影響，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[5]。

2.3 降低建筑運(yùn)行成本

地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的應(yīng)用還能帶來經(jīng)濟(jì)效益。盡管地?zé)崮芟到y(tǒng)的初期投資較高，但由于其長期的穩(wěn)定供應(yīng)和較低的運(yùn)行成本，可以有效降低建筑的運(yùn)行成本。地?zé)崮艿睦脺p少了對傳統(tǒng)能源的消耗，節(jié)約了能源采購費(fèi)用。除此之外，地?zé)崮芟到y(tǒng)的維護(hù)成本相對較低，因?yàn)榈責(zé)崮懿杉b置具有較長的使用壽命，在使用過程中很少出現(xiàn)機(jī)械故障。因此，地?zé)崮艿膽?yīng)用可以有效降低建筑的運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 增加室內(nèi)的舒適度

地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的應(yīng)用還可以提高室內(nèi)的舒適度。地?zé)崮芟到y(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)溫度需求進(jìn)行智能調(diào)控，提供穩(wěn)定、舒適的室內(nèi)熱環(huán)境。通過地?zé)崮艿墓岷凸├?，建筑物可以?shí)現(xiàn)冬暖夏涼的效果，消除了傳統(tǒng)暖氣和空調(diào)的不適感，減少了室內(nèi)溫度的波動。此外，地?zé)崮芟到y(tǒng)還可以降低室內(nèi)空氣的干燥程度和噪音污染，提供更加舒適的居住環(huán)境[6]。因此，地?zé)崮艿膽?yīng)用可以增加建筑室內(nèi)的舒適度，提高人們的生活質(zhì)量。

3 地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的技術(shù)應(yīng)用

3.1 地?zé)岵膳到y(tǒng)

地?zé)岵膳到y(tǒng)是一種利用地下地?zé)崮茉催M(jìn)行建筑供暖的方法。該系統(tǒng)通過地?zé)崮茉刺峁┓€(wěn)定的供熱能力，能夠顯著減少建筑的能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保。地?zé)岵膳到y(tǒng)主要由地?zé)崮懿杉b置、熱交換裝置和供熱設(shè)備組成。

地?zé)崮懿杉b置通過地?zé)崴虻責(zé)岜玫确绞讲杉叵碌臒崮?，在熱交換裝置中，地?zé)崮芘c供熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，使介質(zhì)升溫。這些熱能被傳送至建筑內(nèi)的供熱設(shè)備，如暖氣片或地面輻射系統(tǒng)，通過輻射、對流或傳導(dǎo)等方式向室內(nèi)釋放熱能，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的暖氣效果。

通過地?zé)岵膳到y(tǒng)，建筑可以實(shí)現(xiàn)高效的供暖，同時(shí)減少能源消耗和碳排放。這種系統(tǒng)具有穩(wěn)定的供暖能力，保證了建筑內(nèi)部的舒適溫度，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保的目標(biāo)。

3.2 地?zé)嶂评湎到y(tǒng)

地?zé)嶂评湎到y(tǒng)是一種利用地下地?zé)崮茉催M(jìn)行建筑制冷的方法。該系統(tǒng)通過地?zé)崮茉刺峁┲评淠芰Γ瑢?shí)現(xiàn)建筑的舒適制冷和節(jié)能效果。地?zé)嶂评湎到y(tǒng)主要由地?zé)崮懿杉b置、熱交換裝置和制冷設(shè)備組成。地?zé)崮懿杉b置采集地下的冷能后，通過熱交換裝置與制冷介質(zhì)進(jìn)行熱交換，使介質(zhì)降溫。然后，冷能通過傳輸系統(tǒng)輸送至建筑內(nèi)的制冷設(shè)備，如空調(diào)機(jī)組，將室內(nèi)的熱能吸收，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)制冷效果，為建筑提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。

通過地?zé)嶂评湎到y(tǒng)，建筑可以實(shí)現(xiàn)高效的制冷，同時(shí)減少能源消耗和碳排放。該系統(tǒng)不需要額外的化石燃料，利用地下地?zé)崮茉催M(jìn)行制冷，具有較低的運(yùn)行成本和環(huán)境影響。

3.3 地?zé)釤崴到y(tǒng)

地?zé)釤崴到y(tǒng)是一種利用地下地?zé)崮茉垂?yīng)熱水的方法。該系統(tǒng)通過地?zé)崮茉刺峁┓€(wěn)定的熱水，實(shí)現(xiàn)建筑的熱水供應(yīng)和節(jié)能效果。地?zé)釤崴到y(tǒng)主要由地?zé)崮懿杉b置、熱交換裝置和熱水設(shè)備組成。地?zé)崮懿杉b置通過地?zé)崴虻責(zé)岜玫确绞讲杉叵碌臒崮埽?jīng)過熱交換裝置與水進(jìn)行熱交換，使水溫升高。這些熱能被傳送至建筑內(nèi)的熱水設(shè)備，如熱水器或供暖設(shè)備，為建筑提供所需的熱水。

地?zé)釤崴到y(tǒng)具有的優(yōu)勢：第1，地?zé)崮苁且环N可再生能源，不會耗盡。第2，地?zé)崮艿墓?yīng)穩(wěn)定可靠，不受季節(jié)和氣候影響，能夠持續(xù)為建筑提供熱水。第3，地?zé)釤崴到y(tǒng)不會產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物和二氧化碳等污染物，對環(huán)境的影響更小。

通過地?zé)釤崴到y(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)建筑的持續(xù)熱水供應(yīng)，減少能源消耗和碳排放。地?zé)崮茉捶€(wěn)定可靠，利用地下地?zé)崮茉催M(jìn)行熱水供應(yīng)，具有節(jié)能和環(huán)保的特點(diǎn)。

3.4 地?zé)峋?/h3>

地?zé)峋堑責(zé)崮芾孟到y(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，也是地?zé)崮懿杉b置的一種形式。本文研究以牛莊鎮(zhèn)牛熱5 井為例，介紹地?zé)峋膽?yīng)用。牛莊鎮(zhèn)位于山東省東營市，擁有豐富的地?zé)豳Y源。牛熱5 井是該地區(qū)的一個(gè)典型地?zé)峋?xiàng)目。該井利用鉆井技術(shù)將管道鉆入地下深處，以便獲取地下熱能。井內(nèi)通過循環(huán)介質(zhì)（如冷水）與地下的熱能進(jìn)行熱交換，將熱能傳遞到地?zé)崮芾孟到y(tǒng)中。

地?zé)峋ǔＰ枰_(dá)到一定的深度，以獲取地下更穩(wěn)定和高溫的熱能。地層溫度的高低會影響地?zé)峋臒崮塬@取效果，因此在選擇地?zé)峋奈恢脮r(shí)，需要進(jìn)行地質(zhì)勘察和評估。

牛熱5 井作為地?zé)峋?xiàng)目的典型案例，成功利用地下熱能為當(dāng)?shù)靥峁┛沙掷m(xù)、清潔的能源供應(yīng)。該項(xiàng)目為建筑節(jié)能提供了可靠的地?zé)豳Y源，降低了能源消耗和環(huán)境污染。

4 地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的應(yīng)用策略

4.1 合理設(shè)計(jì)地?zé)嵯到y(tǒng)

通過科學(xué)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，可以最大限度地利用地?zé)崮茉矗岣吣茉蠢眯?，減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在設(shè)計(jì)地?zé)嵯到y(tǒng)時(shí)，需要考慮以下3 個(gè)方面：

1）根據(jù)建筑的能耗需求和地?zé)崮艿臐摿?，選擇合適的地?zé)嵯到y(tǒng)類型。地?zé)嵯到y(tǒng)可以分為水地?zé)嵯到y(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)兩種。對于具備地下水資源的建筑，可選擇水地?zé)嵯到y(tǒng)，通過水井或水埋管進(jìn)行熱交換；對于缺乏地下水資源的建筑，可以選擇地源熱泵系統(tǒng)，通過地下埋管進(jìn)行熱交換。

2）根據(jù)建筑的實(shí)際情況確定地?zé)嵯到y(tǒng)的布局和容量。地?zé)嵯到y(tǒng)的布局應(yīng)盡可能減少傳輸損失，避免熱能浪費(fèi)。首先，獲取建筑物的地質(zhì)資料，確定地?zé)嵯到y(tǒng)埋管的深度和長度，合理安排管道的走向，充分利用地?zé)崮茉?。其次，要根?jù)建筑的能耗需求和熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，合理確定地?zé)嵯到y(tǒng)的容量，從而實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

3）要考慮地?zé)嵯到y(tǒng)與建筑其他系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)。地?zé)嵯到y(tǒng)與供暖、采暖、空調(diào)等系統(tǒng)的協(xié)同工作，可以提高能源利用效率，降低能源消耗。例如，可將地?zé)嵯到y(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)集成，利用地?zé)崮茉催M(jìn)行制冷或降溫，從而減少對傳統(tǒng)能源的依賴。此外，還可以與太陽能系統(tǒng)相結(jié)合，通過地?zé)崮茉春吞柲茉吹幕パa(bǔ)利用，進(jìn)一步提高能源效益。

4.2 綜合利用地?zé)崮茉?/h3>

綜合利用地?zé)崮茉纯梢宰畲笙薅鹊匕l(fā)揮地?zé)崮艿膬?yōu)勢，提高能源利用效率，減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在綜合利用地?zé)崮茉捶矫?，可以采取以? 個(gè)措施：

1）可以將地?zé)崮茉磻?yīng)用于建筑的供暖和采暖系統(tǒng)中。地?zé)崮茉醋鳛?種清潔、穩(wěn)定的能源來源，可以通過地下埋管或井水來進(jìn)行熱交換，為建筑提供穩(wěn)定的供熱和采暖服務(wù)。這種方式不僅能夠大幅度降低能源消耗，還可以有效減少空氣污染和溫室氣體排放，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，提高居住舒適度。

2）可以利用地?zé)崮茉催M(jìn)行制冷。利用地?zé)崮茉催M(jìn)行制冷可以通過地下冷凝和地下水蒸發(fā)冷卻等方式實(shí)現(xiàn)。這樣不僅可以降低空調(diào)和制冷系統(tǒng)的能耗，還能有效減少對化石燃料的依賴，減少溫室氣體排放量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

3）地?zé)崮茉纯梢杂糜诮ㄖ臒崴?yīng)。利用地?zé)崮茉催M(jìn)行熱水供應(yīng)可以提供穩(wěn)定的熱水供應(yīng)，并能夠減少能源消耗和碳排放。合理利用地?zé)崮茉礊榻ㄖ峁崴?，能夠顯著降低能源開支，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙重收益。

4.3 加強(qiáng)建筑節(jié)能運(yùn)行監(jiān)測

通過建筑節(jié)能運(yùn)行監(jiān)測，可以對建筑的能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決能源浪費(fèi)問題，提高能源利用效率。以下是建筑節(jié)能運(yùn)行監(jiān)測應(yīng)關(guān)注的3 個(gè)方面：

1）建筑節(jié)能運(yùn)行監(jiān)測需要安裝合適的監(jiān)測設(shè)備來實(shí)時(shí)采集建筑的能耗數(shù)據(jù)。這些監(jiān)測設(shè)備包括智能電表、溫度傳感器、濕度傳感器等，通過監(jiān)測建筑各個(gè)系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，可以全面了解建筑的能源使用情況。

2）建筑節(jié)能運(yùn)行監(jiān)測需要建立能耗數(shù)據(jù)的記錄和分析系統(tǒng)。通過記錄和分析能耗數(shù)據(jù)，可以深入分析建筑的能耗特征，找出能源浪費(fèi)的原因，為能源管理提供科學(xué)依據(jù)。

3）建筑節(jié)能運(yùn)行監(jiān)測還需要制定合理的能源指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)建筑的類型和用途，制定相應(yīng)的能源消耗限制和目標(biāo)，監(jiān)測建筑的能耗指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的措施。

4.4 建筑節(jié)能運(yùn)行維護(hù)

建筑節(jié)能運(yùn)行維護(hù)是保持建筑節(jié)能效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過建筑節(jié)能運(yùn)行維護(hù)，可以確保建筑節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保持良好的節(jié)能效果，延長設(shè)備的使用壽命，降低運(yùn)行成本，建筑節(jié)能運(yùn)行維護(hù)應(yīng)關(guān)注的3 個(gè)方面具體為：

1）建筑節(jié)能運(yùn)行維護(hù)需要建立完善的維護(hù)管理制度。制訂詳細(xì)的維護(hù)計(jì)劃和流程，明確維護(hù)工作的內(nèi)容、責(zé)任人和維護(hù)周期。例如，制訂空調(diào)設(shè)備的定期清潔計(jì)劃，規(guī)定換熱器和管道的檢查周期等。同時(shí)，建立設(shè)備維護(hù)記錄，及時(shí)記錄設(shè)備運(yùn)行情況和維護(hù)措施，方便追蹤和分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2）建筑節(jié)能運(yùn)行維護(hù)，需要定期檢查和清潔建筑的節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)。第1，定期檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括檢查設(shè)備的外觀、工作參數(shù)和傳感器的準(zhǔn)確性。第2，定期清潔設(shè)備的過濾器、排水管道等部件，確保設(shè)備的正常通風(fēng)和排水。除此之外，檢查和清潔過程中還應(yīng)采取相關(guān)安全措施，避免對設(shè)備造成損害。

3）建筑節(jié)能運(yùn)行維護(hù)還需要進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試和優(yōu)化。根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，通過調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)來提高設(shè)備的工作效率，從而減少能源的消耗。例如，調(diào)試空調(diào)系統(tǒng)、優(yōu)化溫度和濕度控制策略以及實(shí)現(xiàn)節(jié)能與舒適的平衡。

5 結(jié)語

地?zé)崮茏鳛橐环N可再生、清潔的能源，在建筑節(jié)能中具有廣闊的應(yīng)用前景。通過合理設(shè)計(jì)地?zé)嵯到y(tǒng)、綜合利用地?zé)崮茉?，可以?shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的最大化效益。同時(shí)，建筑節(jié)能運(yùn)行監(jiān)測和維護(hù)也是實(shí)現(xiàn)地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中應(yīng)用的重要策略。通過對地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的應(yīng)用研究，可以有效提高建筑能源效率，降低環(huán)境污染，為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。未來，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究，完善技術(shù)應(yīng)用和政策支持，以推動地?zé)崮茉诮ㄖ?jié)能中的廣泛應(yīng)用。