提高温室地热利用率的关键技术

郑晓菲

（天津地热勘查开发设计院，天津 300250）

提高温室地热利用率的关键技术

郑晓菲

（天津地热勘查开发设计院，天津 300250）

本文分析了地热温室的温室特性和地热特性，研究了提高温室地热利用率的关键技术，构建了地热温室复合供热系统模型。

温室特性；地热特性；地热利用率；地热温室复合供热系统

建立高地热利用率温室供热系统，是地热温室获得最佳的栽培效果和提高经济效益的重要保障。在提高温室地热利用率的研究中，首先应当了解温室的结构特性和温室生产的特点与规律；其次应当掌握地热资源本身的供热特点，存在的问题与解决办法。只有将温室特性和地热特性结合起来，以此为基础，研究地热资源高效利用的有效途径，才能真正促进地热温室供热的可持续发展。

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1 温室特性

气温是作物的重要生活因子之一，作物的光合、呼吸、蒸腾、从土壤中吸收养分及其它一些生理过程,只能在一定的温度范围内进行。在温室种植开始，应首先了解作物生长的温度范围，生长、发育和产量形成的适宜温度，在适宜温度范围内，温度与作物的生长是成正相关的；在适宜温度的范围之外，最高温度和最低温度的限度以内，作物尚能生存，但不能正常生长和发育，这一限度之内称为适应温度（即生存温度）,适应温度的范围较宽。

不同作物或同一作物不同发育时期,适宜温度和适应温度是不同的,表1介绍了几种果菜营养生长的适宜温度与适应温度。

加大昼夜温差,大胆降低夜温，减少养分消耗，增加物质积累是增产的有效措施[1]。作物正常生长需要有昼夜温差，白天温度在适温范围内稍高一些，有利于营养物质的积累,夜间温度低一些，可以减弱呼吸作用的消耗。如果昼夜恒温，甚至形成倒温差，对作物生育极为不利。

地温直接影响植物根系的生长和养分水分的吸收,只有根系发达，地上部才能正常生长发育。在寒冷季节或阴雪天气，温室内的地温稍高而气温稍低，对植物生长发育有利。栽培时应注意与气温的配合，二者可以互补。

2 地热特性

受地质条件的限制，不同地热井的出水温度、出水量和开采投资差异较大。就一眼地热成井而言，其出水温度比较固定。与常规锅炉供热系统不同，地热供热系统可以看成是有恒定热源温度的开口热力系统，而常规锅炉供热可以看成是有恒定热流密度的闭口热力循环系统。因此，在地热利用过程中，在获取地热水热量，进行热能利用的同时，伴随着地热水的排放或回灌。一眼地热井的供热负荷与地热井出水量和地热利用温降有关。

3 温室高地热利用率的实现途径

3.1 保持地热井满负荷运行的方法

1.地热蓄水储能

地热蓄水储能可以实现地热井全天满负荷运行。图2表明由于太阳辐射的存在，地热负荷大幅降低，当太阳辐射提供的热量可以满足温室的负荷需求时，地热供热负荷降为零。地热停供时段的长度与室外温度和天气情况有关，由于不论晴天或阴天，温室内的气温变化趋势会滞后于太阳辐射强度的变化约1～2小时[8]，因此一般晴天地热停供时段可取9：00～16：00，约7个小时。结合温室特性和地热特性，将这一时段内的地热水从井中泵出，储存起来，可用于其它时段温室供热，宏观上扩大了温室供热面积。通过采用地热蓄水储能技术，地热井基本实现全天满负荷运行，地热井日取水量增加41%。

2.配置调峰热源

配置调峰热源可以提高整个采暖季地热井利用率.由供热负荷延时图（图2）可以看出，在室外温度很低时，采暖累积时数很少，而供热负荷很大，绝大部分时间供热系统在低于设计热负荷状态下运行。如果整个采暖期的供热负荷均由地热负担，那么只有在短暂的高峰期地热井才会满负荷运行，而在采暖期绝大部分时间里，地热井未得到充分利用。

为了增加采暖期地热井取水量，使地热井接近满负荷运行，应该配置调峰热源（锅炉或热泵），组成地热、调峰热源联合供热系统，即将温室供热负荷分为基本负荷和尖峰负荷，基本负荷运行时间长，由地热承担；尖峰负荷运行时间短，由调峰热源承担，如图3。

3.2 降低地热排水温度的方法

降低地热排水温度意味着增大地热水利用温差，这往往受到供热系统采暖方式的限制。结合温室生产需求，利用多种采暖方式串联技术、地热尾水余热利用技术和低温热泵技术,是实现地热梯级的有效方式。其中，利用热泵可以在不改变采暖方式的条件下，达到进一步降低地热排水温度的目的，如果热泵系统配置得当，可以降到理论排水温度以下，而经济上可以承受。

广义上讲，提高地热利用率，不仅要提高地热利用的温差，还要提高地热利用的流量，它综合表现在提高采暖期地热累积供热量上。综前所述，结合温室特性和地热特性，提高温室地热利用率的主要途径包括：地热蓄水储能、配置调峰热源和地热梯级利用，这三种途径是实现温室高地热利用率的技术核心。

4 地热温室复合供热系统模型

根据实现温室高地热高利用率的三种途径，综合地热蓄水储能技术、地热调峰技术和地热梯级利用技术，设计构造的地热温室复合供热系统模型，如图4。

复合供热系统模型是在单纯地热间接供热系统的基础上增加了地热蓄热水池、调峰锅炉和水源热泵。蓄热水池用于调节地热井供热负荷的日不均匀性，与地热井联合供热；调峰锅炉用于保障整个采暖期地热井大流量运行，也用作地热井泵维修时的安全备用热源；水源热泵用于提取采暖回水中的余热，降低地热排水温度。

该系统针对温室特性和地热特性，综合了提高温室高地热高利用率的三种途径，实现了采暖季地热井满负荷运行。与单纯地热供热系统相比，温室采暖期地热利用率显著提高，单井供热规模显著增加，是实现地热温室可持续发展的有效途径。

S215文献识别码B

1673-2251（2010）01-0070-02

10.3969/j.i ssn.1673-2251.2010.03.016