地球的“熱”情

吳璋翔 李先庭

地球內(nèi)部隱藏的寶藏

地?zé)崮艿膬蓚€來源

地?zé)崮苤饕袃蓚€來源，一是地球最初形成時留下的熱量，二是地球內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量。

這種內(nèi)部能量通過地殼巖石的熱傳導(dǎo)，以大約44太瓦（1太瓦=1012瓦特）的速率緩慢向外傳遞。深度每增加100米，全球平均溫度就會增加約3攝氏度。不同地區(qū)因地質(zhì)環(huán)境不同，地?zé)崮芴荻龋囟茸兓┮膊煌?h4>地?zé)崮軕?yīng)用的限制

人類很早就開始利用地?zé)崮埽缋脺厝逶?，利用地下熱水取暖、建造農(nóng)作物溫室等。

有些科學(xué)家認(rèn)為，地?zé)崮苁悄軌蛉〈剂习l(fā)電的、最有前途的低碳能源。那么，我們能不能像科幻電影中那樣，直接深入地心獲取地?zé)崮苣?？答案是否定的，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中的情況比較復(fù)雜——地殼的平均厚度約為30千米，要深入地心獲取能源，技術(shù)難度非常大。

地?zé)崮馨l(fā)電也能制冷

人類可以利用地?zé)崮墚a(chǎn)生電能，即通過地?zé)嶂迫「邷責(zé)崃黧w后，將其送至電廠產(chǎn)生電能。第一座地?zé)岚l(fā)電站建于20世紀(jì)初，位于意大利的拉德瑞羅（Larderello）火山區(qū)。目前，世界已有數(shù)百個地?zé)岚l(fā)電廠。在一些地?zé)峄钴S的地區(qū)，例如冰島，地?zé)崮苌踔量梢詾檎麄€城市提供電力和暖氣。

我國的地?zé)豳Y源分布廣，高、中、低溫地?zé)豳Y源全都有。例如，20世紀(jì)70年代，我國在西藏自治區(qū)建成了羊八井地?zé)犭娬尽?/p>

此外，地?zé)徇€能夠制冷。聽起來熱與冷是兩個完全對立的概念，二者之間是如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的呢？

蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)是和空調(diào)、冰箱一樣的、利用電能產(chǎn)生冷的設(shè)備

什么是制冷

制冷是使自然界的某物體或某空間達(dá)到低于周圍環(huán)境的溫度，并使之維持這個溫度。人類依靠制冷從自然環(huán)境開創(chuàng)了人工環(huán)境。當(dāng)然，隨著人工環(huán)境需求的增多，也要付出能源和環(huán)保的代價。因此，應(yīng)充分利用自然環(huán)境，以減少能源需求，并創(chuàng)造更優(yōu)質(zhì)的人工環(huán)境。

實(shí)現(xiàn)制冷的兩種途徑

實(shí)現(xiàn)制冷有兩種途徑：一是利用天然冷源，二是利用人造冷源。公元前1000年，人類就有計劃地存貯和應(yīng)用天然冰，用于食品貯存和環(huán)境降溫；1890年前后，空氣調(diào)節(jié)獲得初步發(fā)展，出現(xiàn)了工業(yè)空調(diào)和舒適性空調(diào)，創(chuàng)造出人類所需的溫濕環(huán)境。

通常，我們接觸到的制冷技術(shù)屬于普通制冷范圍，主要采用液體汽化制冷法（或者叫蒸發(fā)冷卻），其原理在日常生活中也很常見，例如游泳上岸后會覺得冷、酒精涂抹在皮膚表面會感到?jīng)龅?，都是蒸發(fā)冷卻的緣故。

欲制冷 先發(fā)電

地?zé)崮苤评涞牡谝环N途徑是利用地?zé)岙a(chǎn)生電能，再進(jìn)行制冷：將地?zé)崮馨l(fā)出的電能輸給蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)。大家可以把蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)看成和空調(diào)、冰箱一樣的、利用電能產(chǎn)生冷的設(shè)備。通過這個系統(tǒng)可以制取低溫冷凍水（例如7～12攝氏度），再將冷凍水送入用戶。

高溫?zé)崴?也能制冷

地?zé)崮苤评涞牧硪环N途徑是通過地?zé)崮苤迫「邷責(zé)崴苯油ㄈ胍环N叫作吸收式制冷系統(tǒng)中。該系統(tǒng)以熱能為主要驅(qū)動力制取冷凍水。

吸收式制冷系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是，幾乎不消耗電能，可以通過例如地?zé)崴⒐I(yè)余熱、太陽能等熱源制取的熱水來驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行。該系統(tǒng)的能效與地?zé)釡囟扔嘘P(guān)，一般1份熱量約能制取0.3～0.5份冷量。

利用淺層地?zé)崮?直接制冷

前兩種形式主要是通過采集深層高溫地?zé)崮?，產(chǎn)生電能或高溫?zé)崴M(jìn)行制冷，而淺層地?zé)崮芤彩俏覀兛梢岳玫囊环N冷量。

通過地下熱能交換器，地?zé)嶂评湎到y(tǒng)可以將熱量從建筑物內(nèi)部或其他熱源中吸走，然后將熱量傳遞到地下，利用地下相對較低的溫度來實(shí)現(xiàn)制冷。研究表明，華北地區(qū)2米以下土壤溫度在15～18攝氏度，這為我們提供了一種很好的冷量來源。

利用淺層地?zé)嶂苯又评湎到y(tǒng)原理

我們可以在地下鋪設(shè)地埋管換熱器，將溫度較高的水通入地下降溫，從而獲取低溫水為用戶提供冷量。此外，夏季運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)時，室外機(jī)會產(chǎn)生大量熱（實(shí)際上，是將室內(nèi)提取的熱量排至空氣中），我們可將這部分熱量排入地下，從而提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

在未來，或許科學(xué)家能開發(fā)出一種新型的鉆探設(shè)備，可以抵達(dá)地球的深處，讓巨大的地?zé)崮転榈厍蛱峁o盡的能源！

（責(zé)任編輯 / 高琳? 美術(shù)編輯 / 周游）