地熱系統

地熱系統，英文為Geothermal system，是以整個地面為散熱器，通過地板輻射層中的熱媒，均勻加熱整個地面，利用地面自身的蓄熱和熱量向上輻射的規律由下至上進行傳導，來達到取暖的目的。

地面輻射供暖是一項既古老又嶄新的技術。從古至今，人類不斷傳承文明，開拓創新，發展進步。隨著科技時的到來，地面供暖技術已從原始的煙道散熱火炕式採暖發展成為以現代材料為熱媒的地面輻射供暖。

基本介紹

• 中文名：地熱系統
• 外文名：Geothermal system
• 特點：以整個地面為散熱器
• 熱媒：地板輻射層
• 原理：地面蓄熱和熱量向上輻射
• 領域：能源利用

發展歷史

地熱系統是一項既古老又嶄新的技術。在中國地面採暖可追溯到明朝末年，為皇宮王室才能擁有的取暖方式，如現存中國的故宮，在青磚地面下砌好煙道，冬天通過煙道傳煙併合理配置出煙窗以達到把青磚溫熱而後傳到室內，使室內產生溫暖的效果。以後中國北方農村出現火牆、火炕的取暖方式，韓國、日本出現地炕。從古至今，人類不斷傳承文明，開拓創新，發展進步。

地熱系統示例

新標準的地熱系統也是中國近幾年在黃河以北地區已開始興起的一種新型採暖方式，在中國的山東、天津、遼寧、東北、內蒙、河北等地，其套用已經相當廣泛。例如天津市，地面採暖已占新建築的40%，受到居民的普遍歡迎。中國政府已將地面採暖列為重點推廣套用的建築節能技術。從發展前景看，未來的居民採暖，60%以上將會採取地面採暖，套用前景喜人，有巨大的開發市場。

系統優點

（1）舒適、保健

地面輻射供暖是最舒適的供暖方式。據有關資料顯示，通常人們感覺適宜的腳部溫度為 24 ℃ ，頭部溫度為 20 ℃ 。用地面輻射供暖時，室內地表溫度均勻，室溫由下而上逐漸遞減，給人以腳溫頭涼的良好感覺，與人體的生理需求最接近，從而改善血液循環，促進新陳代謝。

地面輻射供暖

（2）衛生益於健康

不易造成污濁空氣對流，室內空氣潔淨。由於上海地區傳統的採暖方式為空調採暖，而空調機會使空氣的對流速度加快，室內灰塵大量漂移，細菌易被吸入人體，且空調機有一定的噪音，易引起室內空氣乾燥等缺點，所以，地面輻射採暖以其無噪音、無污染、不乾燥、不悶熱、節能而被稱為“綠色採暖”。

（3）高效節能

輻射供暖方式較對流供暖方式熱效率高，熱量集中在人體受益的高度內;傳送過程中熱量損失小;低溫地面輻射供暖可實行分戶分室控制，用戶可根據情況進行調控，有效節約能源。並且在採用傳統的空調或散熱器取暖時，室內開花板處溫度高，地面溫度低，其溫差約有 10 ℃ 左右，這樣就把相當一部分的熱量浪費在無人活動的房間上半部分，而採用地面採暖時，就很好地解決了這個問題。

散熱器

（4）節約空間

地面輻射採暖採用地下埋管的方式，室內取消了暖氣片及其支管，增加了房間的使用面積，便於裝修和家居布置。

（5）熱穩定性好

地面供暖地面層及混凝土層蓄熱量大，熱穩定性好，在間歇供暖的條件下，室內溫度不會有明顯波動。

（6）使用壽命長

低溫地面供暖中塑膠管材埋入地下，不結垢、不腐蝕，無人為破壞，使用壽命與建築物同步。較對流供熱節約維護和更換費用。

大型系統

已有的所有採暖通風空調系統都需要消耗大量的能源，甚至超過了房屋平均能源總需求的一半。而安裝了地熱系統後，能大大減少能源消耗，因為溫度的起點改變了——原先要從0度加溫到28度，只用從10度加熱至28度了。

"高效經濟"、"節能節電"、"降低礦物燃料使用"、"省錢"……這些都是家用地熱系統的最吸引人的標籤。《大眾機械師》10月刊中就為我們詳細介紹了家用地熱系統的工作原理、安裝方法等指南。

家用地熱系統的構造和熱量循環圖解。

"你不是在製造熱能，而是轉移熱能。"美國羅拉多州地熱安裝人員吉-林奇的總結非常精闢。林奇所從事的地熱安裝主要是深入地殼就結霜線以下的位置——通常在10攝氏度左右，充分利用這裡的熱能來幫助家庭取暖和降溫。

與太陽能、風能不同，地熱能源的來源相對要穩定的多。Water Furnace設備製造商工程副總裁鮑勃-布朗稱："大地是不會消失的。無論是取暖還是降溫，地熱能源都能提供非常穩定的支持。我們要做的就是在地下埋塑膠管，灌入液體，你瞧，整個系統就已經輕鬆搞定了。"

系統構造

地下：25毫米厚高密度聚乙烯(HDPE)管道內注水，形成封閉循環管線，在房屋和地下之間運送熱量。管道連線直徑達1.2-1.8米的垂直地井，地井的具體數量和深度由房屋的位置和大小決定。之後，管道匯合相連，將微溫的水傳送到地下層牆面。利用灌漿（或粉煤灰製成的增強版水泥漿）回填每個鑽孔，已實現最大限度的地熱傳導性。

地熱系統安裝

屋內：利用泵使管道中的水循環流動經過系統的核心部位——作用類似空調和加熱爐的地熱器。地熱器利用製冷劑和來自地下管道的溫水，來完成加熱或冷卻空氣的工作。溫度改變後的空氣通過標準的管道系統散發到屋內，起到調節室溫的作用，其效果與採用標準的採暖空調系統完全相同。此外，配合一款名為減溫器的設備，地熱組件還可以利用多餘的熱量來加熱家庭生活用水，而無須增加任何成本。

熱量循環

管道中的空氣 (1)地熱組件中的製冷劑; (2)以及管道中的水 (3)一環扣一環地流通。根據季節的不同，來自地下的水會將熱量傳遞給製冷劑或從製冷劑吸收熱量。和空調一樣，該組件會根據氣溫的不同來壓縮或膨脹製冷劑，以實現升溫或降溫。最後，加熱到80攝氏度或冷卻到4攝氏度的製冷劑將被注入到冷凝/蒸發彎圈管道中。輸氣管中的空氣經過彎圈管道時進行熱交換，被加熱或冷卻，最後釋放到屋內。

所需的主要設備：

鑽頭：這種泥鑽頭可以將泥土打散，鑽出中空通道。而要打穿堅硬的岩石則需要螺旋鑽頭。新款的泥鑽頭轉速可達1000 rpm，向下的推進壓力可達300-500磅，輕而易舉就能鑽出5個50米深的洞。

鑽頭

地熱器：地熱器相當於加熱爐和空調的結合體，可以從地下室控制全季節氣候的溫度。所採用的原理與冰櫃類似，冰櫃能移除食物中的熱量，而地熱器和埋在地下的管道則可以移除地下或屋內的熱量。地熱器與50安培的電路連線，工作過程中無需通風，無需燃燒燃料，也不存在一氧化碳中毒的風險。

三種安裝方案

（1）垂直線圈；

（2）水平線圈；

（3）池塘系統。

第一種垂直線圈是最佳方案，要比水平線圈更節省HDPE管道，而且管道深入地下霜凍線以下，可以保證即使在寒冷的冬天管中的水也不會結冰。而第三種方案池塘系統, 所鋪設的線圈管需要確保管子和連線處的防水處理。

在鋪設垂直線圈時，如果挖掘管道遇上十分堅硬的地層，建議換一個位置試試，或者退而求其次，選擇第二種、第三種方案。

成本的節約

也許安裝工作看上去很複雜，不過，一切麻煩都是值得的，因為地熱系統在一年中90%的時間內都可以使用，而傳統的窯爐、地暖和管道暖氣只有在每年最冷的日子才會工作，平均需要使用12-15年才可收回成本，而整套地熱系統只需使用3-6年即可。

系統誤區：

（1）地熱=溫泉。

溫泉和其他形式的地下蒸氣和家用地熱不是一回事。溫泉只是地熱能量在一些特殊地理位置上表現形式，而家用地熱系統幾乎在任何地方都可以安裝。

（2）地熱能發電。

工業規模的地熱發電廠可以利用地熱能源發電，但是這和家用系統無關。家用系統主要的功能是代替燃料型取暖設備和空調製冷設備，起到安全、節能、節電的作用。

普及區域擴充

地暖一直都局限在三北和華北地區，然而中原、華東等地區冬季零度以下也要在一到兩個月的時間。而隨著人們生活水平的不斷提高，對住所舒適度的要求也越來越高，加之越來越多國外移民定居中國，對傳統的集中供熱採暖區域限制提出挑戰

在中國，冬季集中供熱采。新型獨立採暖方式因此迎來發展機遇。地暖以其較強的靈活性、適應性和先進性，恰好順應市場發展之需求。

地面採暖舒適，節能效果明顯，三北地區普及程度正在迅速提高，個別城市普及率可達70-80%，如河北秦皇島、廊坊以及山東東營等。在個別地區，地暖已不再是新型取暖方式，而普遍成為建設單位的首選。隨著市場需求進一步增加，地暖已由大中城市推廣到地縣級城市，在區域上有較大突破，如上海、無錫、南京、合肥、九江、遵義、貴陽等低緯度城市、地區迅速接受並採用地面輻射採暖。

認知度廣為提高

即便是在普及度較高的東北地區，地暖在最初推廣階段也是極其困難的，居民的認知度、在採暖領域中的影響力均較低。地暖最初是以新興技術姿態進入到採暖市場的，地暖的安裝過程是隱蔽的，早期的地暖公司在推薦介紹、可行性分析、溝通設計、樣板間演示、工程實施等等方面傾注了大量的心血。地暖工程伴隨設計人員的推薦，建設單位的主動選型，工程實例的效應影響越來越來為社會認同。在推動地暖套用的過程中，地暖公司逐漸壯大，形成規模。

2001年，東北市場只有專業的水暖市場，能零星見到一些地暖專用管材。

到2005年，已至少有80%以上的城市居民了解了地暖，消費需求推動城市建築，尤其是民用商住樓採用地暖採暖的比例迅速上升，2005年地暖採暖方式約占總市場份額的30%以上，這一比例還在繼續增長。

發展空間

這種供暖方式早在30年代就被公認為是一種最舒適的供暖方式。

在歐洲、北美、亞洲的許多國家早已套用，而且套用面積極廣，1994年已占德國、日本、韓國採暖市場50%以上，但在我國，地板採暖的鋪裝面積不到10%，具有很大的發展空間。

國外使用情況

美國內地熱產業增長近三成

據地熱能源協會（GEA）發布的講演，2009年美國地熱發電行業繼承強勁增長，至2010年4月美國地熱發電出產和發展更新數據顯示，在2009年中，美國開發中的新項目增長26%，有188個項目在15個州進行之中，可望產生高達7,875MW（兆瓦）新電力。
根據地熱能源協會（GEA）的講演，正在開發的項目待其完成之時將投資超過350億美元。
地熱發電成為應對全球變暖的樞紐能源，例如，加利福尼亞州用地熱替換燃煤，以維持能源需求，可望達到其2020年應對全球變暖的減排目標。
根據地熱能源協會的分析，內華達州繼承引領開發中的項目，進行中的項目擁有超過3000MW。增長最快的地熱發電州是美國猶他州，開發中項目將使地熱發電翻三番，新墨西哥州將翻二番，愛達荷州將翻一番，俄勒岡州將增長50%。此外，路易斯安那州、密西西比州和德克薩斯州也首次有地熱項目在開發中。
總之，這些項目直接、間接和誘發創造的就業機會，估計長期工作為29750人，建造和製造業為112,000人。一旦建成，這些項目投資將超過350億美元。
來自太平洋到墨西哥灣15個州進行中的新的地熱發電項目業已驗明，這些州是：阿拉斯加州，亞利桑那州，加利福尼亞州，科羅拉多州，夏威夷州，愛達荷州，路易斯安那州，密西西比州，內華達州，新墨西哥州，俄勒岡州，德克薩斯州，猶他州，華盛頓州和懷俄明州。

地熱系統

結論

綜上所述地板採暖系統初期投資在各種採暖方式中居於中等水平，但因其具有很好的節能性和與建築壽命相當的服役期限，是一項回報很高的投資（該投資在家人健康，生活質量上的效益因無法精確化而不在此進行分析。