什么是浅层地热可再生能源

浅层地热能

，又名浅层地温能，是指地表以下一定深度范围内（一般为恒温带至

200

m

埋深），温度低于

25℃，在当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部的热能资源。浅层地热能是地热资源的一部份，也是一种特殊的矿产资源。

其能量主要来源...

我国浅层地热能分布广泛、应用前景广阔。我国中东部共143个地级以上城市，是最适宜开发利用浅层地热能的地区，年可开采量折合标准煤4.6亿吨。

可实现建筑物供暖制冷面积210亿平方米，可基本满足地区供暖制冷需要。

陈建平

（北京市国土资源局）

摘要：2008年北京奥运，引发了一场绿色革命，国人对改善环境保护环境的意识空前提高，并已成为一项十分重要的自觉行动。为了实现绿色奥运，北京市采取措施，大力发展清洁能源。地热是一种良好的清洁能源，本文重点对深层地热和浅层地热及其利用进行积极的探讨。

引言

北京市开发利用地热资源（温泉）历史悠久，利用地热进行采暖已经多年。1999年时，为了改善环境、支持申奥，大力改善能源结构，地热等清洁能源的利用被列入了城市能源发展规划，得到重视。在市政府地热采暖示范工程顺利进行的同时，浅层地温的利用、研究，在北京地区取得了重大进展。低温地热的梯级利用技术研究项目取得的成果，进一步扩大了地热资源利用的范围。

深层地热：指传统意义上的地热，国际规范温度大于25℃。地热有多种形态，其中地热水是集“热、矿、水”三位一体的宝贵的自然资源，是一种清洁可持续利用的能源。北京工业大学、郭庄北里、北京地质勘察技术院等地热采暖示范工程的试验成功，对改善能源结构、发展可再生能源，将产生积极的意义和影响。采暖示范项目在地热回灌与地热热泵技术的应用上，以及地热保护与梯级利用、综合利用技术方面，也具有十分重要的意义。

示范工程试点之一的崇文区郭庄北里小区，6栋居民楼数万平方米的建筑采用地热采暖，彻底解决了该小区由于历史原因造成的20多年没有供暖的问题，实现了地热采暖多级换热、全封闭循环、热泵技术应用、地热采暖尾水100%回灌的试验目标，有效保护了地热资源。项目的试验的成功，受到市政府的高度重视。

浅层地热：是低温地热能的另一种形式，它涉及从地下常温层以下至一定深度以内（北京地区约为150m以浅）的浅层地热资源，包括土壤中和地下水中的热能等，大大地拓展了地热应用的范畴。在地下恒温层以上（特别是接近地表）的土壤地层中，还包含太阳能辐射到地表所形成的热能，优点是利用中操作简单、投入较少，但这部分辐射热能受外界条件的影响较大，不很稳定，其热能利用的效果与热量储量不能与地热（包括地温）相比。

国际上热泵技术的利用发展已经数十年，国内的研究是从20世纪90年代开始的。近年来，北京地区热泵技术利用发展较快，从2000年开始到2004年，仅3年多的时间，全市热泵供暖面积已经超过500万m2。浅层地热的利用在热泵技术的发展中占有很大比例，说明了其具有的独特优势和特点。通过各种试验得出的技术和经济分析表明，它将在未来推动我国低品位能源的应用。

1 国外地热能利用的发展情况

1.1 法国

深层地热：法国本土的地热资源以≥50℃的低焓地热水为主，法国对地热的利用发展于20世纪80年代。法国以供水井和回灌斜井组成的“对井”而著称；两口地热井在地面上相距10m，但在千余米地下的距离，可达400～1000m；1998年的统计资料，巴黎仍有41个区域供暖的“对井”机房在运行，至2005年时数量略有减少。

浅层地热：对于更低温的地热能，法国使用地热热泵进行供暖和制冷。如巴黎塞那河畔的法国电视台，钻井仅几百米深，地下水温可达到23℃，被用于地热供暖系统。

1.2 德国

深层地热：德国地热利用以采暖为主，特点是：建立相对集中的大型供热站。由于热泵用电，引用了“季节特性系数”，即供热量与消耗电量之比，一般为5～7的范围；此外，全年热量输出的85%使用地热，全年热量的15%采用由石油或燃气燃烧器形成的辅助热源，主要解决峰值供暖负荷。到2002年，已有9个集中供热站，其地热井深度从1100～2400m不等，总供热量136MW。用于采暖、温室等；

浅层地热：德国广泛使用分散的浅层地热能及小型地热热泵，供采暖之用；地下换热器包括水平的热收集器、垂直的地下换热器，或地下水换热器等；据介绍，仅德国北部，就有有4.5万根地下换热器。据报告，到1999年底止，德国全国至少安装有1.8万台平均制热量19kW的热泵机组。由于在利用中德国多使用双U型地埋管，如以每台19kW机组配以3根深100m的地下换热器，推算1999年底之前，德国应至少有5.4万根的地下换热器。

德国的供暖系统，习惯于使用热水/冷水供热制冷；德国的供暖水温标准是75/65℃，采用的地板采暖水温仅仅38℃。由于一般住宅夏天并不使用空调，土壤温度靠自然恢复，冬季热泵的水源侧水温常常降到0℃，负荷侧温度38℃，所以其热泵COP值也达4以上。

2 国内地热利用的发展情况

2.1 地热供暖

传统意义上的低温地热水的概念是：温度范围从25～90℃，主要来自深部地层。

20世纪70年代开始，北京地区地热采暖主要利用60℃多度地热水进行直供。由于北京地区的地热水温度多在40～60℃范围，所以当时尝试用60℃的地热水通到暖气片中，为达到供暖效果，依靠加大暖气片的片数作保证。而由于当时条件的限制（建筑结构、保温质量、供暖管道材质等），往往在最冷天时室温不够高，供暖效果经常不能保证，或者需要进行调峰处理。

随着近代建筑节能技术的发展，居住建筑供暖热指标已逐渐下降（约20W/m2左右），因此进一步降低供暖水温度，成为一种趋向和可能。由于供暖技术的进步，如采用冷热两用型的风机盘管机组，可以大大降低所要求的热源温度。实际运行的供暖水温经常在45℃左右，甚至更低。30～35℃的地板采暖供热温度，也是目前住宅或公共建筑可以接受的可行的温度。

因此，北京地区40～60℃的地热水，也将发挥重要的能源作用。地热热泵技术的发展，将会很大程度的利用35～40℃的地热采暖尾水。预计在未来能源的构成中，低温地热能的利用，会占越来越大的比重。

2.2 地热热泵

地热热泵，按水源侧能承受的工作温度和负荷侧供热制冷温度，可以分为两种类型：冷热两用型热泵、升温型热泵；

35℃，是冷热两用型热泵的可承受的水源侧最大温度；其负荷侧供回水温度，冬季50/43℃，夏季7/12℃；北京工业大学地热供暖示范工程课题组在2000年初，引进了当时北京第一台国外厂家生产的，能承受35℃地热尾水温度的冷热两用型水-水型热泵及水风型热泵进行实验；后来又在中试工程中，和大型工厂工程进一步使用，都取得了很好的效果。用热泵提升尾水温度的做法，在实际利用中具有十分广泛和积极的意义。

55℃，是升温型热泵所能承受的水源侧最大温度；升温型热泵，仅供冬季负荷侧供回水温度85/70℃，也可以为75/65℃，70/60℃以满足民用采暖的需要。

经在某工程测试的数据计算，热泵运行最低效率为2.7～3.4。

2.3 地热的梯级利用

不论是哪种温度的地热水，梯级利用都是一个最佳的利用方案。所谓梯级利用，就是按照用户终端需要的供热水温，从高到低排序；高能高用，温度适用，分配得当，各得其所，通过梯级利用，可有效提高地热资源利用率。

北京申办2008年奥运会成功以来，由于地质勘查钻井技术的进步，大大加强了钻井的能力与深度，北京地热水的温度有了新的提高，最高达到89℃。

当然，不论地热水提供的温度多高，供暖所需温度和用户所需要的水温，仍然是一定的。地热热泵技术的利用与设备水平的不断进步，有助于进一步提高地热资源的利用率。

2.4 地热梯级利用的实例

根据北京工业大学地热供暖示范项目组的测试和阶段总结，该校使用地热供暖的初投资，与常规集中供热区域锅炉房的价格基本相当；而运行费用，经在2002，2004年两次分别复测，总效率约在5.79～6.54范围内；费用低于天然气。

在北京热泵技术的应用研究与发展中，研究工作已有10多年的历史。据不完全统计，水源、地温热泵的利用发展超过一般的想像，仅在北京地区及周边，已安装的土壤源地埋管换热器约几千根以上，除一般用于小型别墅外，一些大型的工程也在尝试这种可再生能源的利用试验（初步试验的效果理想）。

3 国内浅层地热能供热的发展

3.1 技术可靠性与基础工作

在土壤源热泵系统的设计中，从土壤中吸和放的热量一定要平衡，才能保持可靠、稳定的运行，因此，逐时的负荷计算很重要。如果冬夏逐月总制热量和总制冷量不平衡，以及冬夏季峰值负荷不平衡，超过一定限度时，会出现一些问题，比如：在冬天，热泵水源侧温度达到－2～－4℃，低于设计值，这时，热泵制热量减少，结果可能不能保证供暖温度；而在夏天，由于夏季负荷过大，热量散不出去，水源侧水温升得很高，会造成热泵停机。这时，就得要考虑辅助一个冷却塔；如果用户要求只需供热，不需供冷；或要求只需供冷，不需供热；则在使用这种系统时，要有足够的补救措施。

地热供暖及各种热泵供暖系统，梯级利用的方案示意图如下：

浅层地热能：全国地热（浅层地热能）开发利用现场经验交流会论文集

大地导热系数包括：塑料管材，回填料，土壤在内的综合的导热系数，还与现场的土壤含水量等因素有关，也只能在现场测定；研究表明，仅就土壤和岩石两类土壤材料的导热系数来说，其数量级可以由0.4W/（m·℃）至6.0W/（m·℃），随其密度及湿度有所不同；常遇到的土壤材料的导热系数，会相差两倍以上；如果大地导热系数相差两倍，在一定的条件下，设计管长，可以减少大约20%；同时，在提高回填材料的导热系数上，多年来国外都做了不少改进。

大地导热系数的测定，要在没有被热扰动过的土壤中现场进行。依据国际上的大地导热系数模拟装置的原理，大地导热系数模拟装置已测出多种数据；该装置由北工大地热供暖课题组，在研究工作中，自行研制、设计和施工；经过了实验检验；并且经改进后，还扩大了其功能。

3.2 合理的热泵选择

一是根据当地的地质与水文地质条件、经济能力、政策导向等因素，进行合理的选择，已采用效率高、费用可以接受的热泵方式及设备。

二是按照低的进水温度选热泵，以免制热量不够；由国外某知名的热泵厂家给出的数据表明，该热泵水源侧供水温度3.9℃时的制热量，比14℃时的制热量，大约小一倍；并且样本上说明，不鼓励在该低温工况下运行。

三是要选能承受冬季的低温，夏季的高温的土壤源专用热泵；能承受水源侧进水温度－5℃，和43℃的热泵；不仅在自控上体现了保护温度的不同，在制冷系统上，还应该有必要的措施。

3.3 严格的施工技术

（1）要有定点专用厂家生产关键的设备与管件材料：例如，热泵主机的性能稳定，U型管的底部接头、双U型管的上部接头等，是导致水流阻力加大的主要部位。

（2）井孔的回填材料和方法：回填材料影响导热系数；要使用砂浆泵加压灌浆法，可以保证较高的导热系数。

（3）施工单位要有相应的资质，施工人员（包括电熔焊工和下管，回填工）要进行培训，并有合格证书。

（4）杜绝低劣，粗放的设计，施工工艺，才能保证效果。

3.4 长期的效果监测

根据大地导热系数的测定结果，在设计、工完成后，可以进行使用20～50年的效果模拟预测，主要是确定热泵水源侧，冬夏的最高，最低温度的逐年变化；这样就可以知道其制热量和制冷量的逐年变化；一般说，当冬夏热冷负荷基本一样时，水源侧的冬夏的最高，最低温度也还会逐年上升，这对于北方的供暖有利。

3.5 规范化管理和许可证制度

国家应制定统一标准，包括：地埋管的钻孔，设计，施工规范等。我国是一个大国，任何事情，无序发展，势必造成混乱；由于钻孔的高利润，只要买个小钻机，个体的钻孔很容易实现；据调查，有的工地，钻孔的斜度，可以与相距4～6m的临近钻孔相交汇。地下工程是隐蔽工程，如果无序进行，对于其他地下设施，势必会造成影响；

政府有关部门，应制定地热地源发展规划。北京是世界最大的城市之一，热泵技术的发展（包括土壤源和地下水源等）应在浅层地温条件调研的基础上，由有关部门提出科学的发展规划。为加强管理，应制定法规，以规范这一技术的有序发展。

对于土壤源热泵系统，可能带来的土壤环境保护问题，应有所准备；要有序钻孔，以保护一个清洁的地球。

4 北京地区深层地热、浅层地热的发展与政策

4.1 深层地热

为科学引导地热的发展，北京已经编制2006—2020年地热资源可持续利用发展规划。近年内的发展重点，一是进一步探讨为加强地热资源的科学管理，实行保护性限量开采的有关政策。市政府有关部门已经发出通知，支持地热供暖项目的发展，但要求采取回灌措施，保证将采暖弃水进行回灌；强调温泉休闲度假旅游项目的发展，按不同用途进行循环过滤、中水处理、综合利用，实现零排放的目标。二是支持延庆生态农业县的无烟城建设，提高当地的旅游品牌。例如延庆县城人口不足10万，按规划目标，总建筑面积约500万m2，当地地热埋深2000m，可打出70℃左右、日采3000m3地热水，具有发展地热供暖的地热资源条件。实现地热供暖，可为当地减少50%左右以上的燃煤锅炉。

4.2 浅层地热

浅层地热的开发利用，需要具备一定的地质和水文条件，才能取得较高的效率，达到理想的供暖/制冷效果。为加强地热资源的开发管理，规范开发中的市场行为，应该立项进行全市浅层地热资源情况和水文地质条件的调查，并在调查的基础上，划定适合于不同热泵技术发展的条件和范围，编制相关的发展规划，以便引导浅层地热能科学合理的利用。

4.3 地质环境的监测

加强对浅层地热利用的管理和规范，特别是保证水源热泵系统中地下水资源的回灌、水质检测与地质环境监测，十分重要，应引起有关部门的足够重视。

4.4 发展前景

鉴于改善能源结构和节约资源的需要，北京市为加强浅层地热资源等可再生能源的利用，提出未来几年内发展1亿m2供暖面积的目标。这一目标的提出，完全体现了北京地区发展清洁能源和节约资源的紧迫性。为实现这一目标，在市发改委的牵头下，市政府9个委办局共同研究、制定了相关的扶持政策，加强对地热与浅层地温资源利用的支持，引导地热于浅层地源热泵项目，给予一定数量的项目改造或建设资金的补助政策。预测在这一政策的促进下，北京市地热与浅层地热等可再生能源的利用会有一个快速的发展。

参考文献

［1］丁良士等.从深层到浅层地热供热/制冷看北京2008奥运场馆能源建设.2003

［2］北京市地质矿产局地热处.北京市地热资源2001—2010年可持续利用发展规划.1999

［3］陈建平.北京地热资源管理研究.2002.北京地热国际研讨会论文集，北京：北质出版社，273～283

一、开发利用浅层地热能是我国能源战略和重要国策

浅层地热能是一种清洁的、可再生的能源，是国家要求大力探索和发展的新能源。胡锦涛总书记在中央人口资源环境工作座谈会上指出：建立资源节约型国民经济体系和资源节约型社会，逐步形成有利于节约资源和保护环境的产业结构和消费方式，依靠科学进步推进资源利用方式的根本转变。胡总书记在“十七大”报告中又指出：“建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式。循环经济形成较大规模，可再生能源比重显著上升。主要污染物排放得到有效控制，生态环境质量明显改善。……开发和推广节约、替代、循环利用和治理污染的先进适用技术，发展清洁能源和可再生能源，保护土地和水资源，建设科学合理的能源资源利用体系，提高能源资源利用效率。”

温家宝总理在哥本哈根气候大会上庄严承诺，中国“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，在如此长时间内这样大规模降低二氧化碳排放，需要付出艰苦卓绝的努力。我们的减排目标将作为约束性指标纳入国民经济和社会发展的中长期规划，保证承诺的执行受到法律和舆论的监督。”因此，要实现这一减排目标，就必须大规模削减和节约利用化石能源，大力发展清洁能源和可再生能源。浅层地热能的勘查与开发是我国发展节能型经济，建设节能社会的迫切需要。

《中华人民共和国可再生能源法》明确指出：“国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展列为科技发展与高技术发展的优先领域。国家财政支持可再生能源的资源调查、评价和相关信息系统建设”。国务院颁布的《民用建筑节能条例》第四条中指出“国家鼓励和扶持在新建建筑和既有建筑节能改造中采用太阳能、地热能等可再生能源”。可再生能源法和民用建筑节能条例的实施为浅层地热能的调查、评价和开发利用提供了强有力的法律依据和政策保障。

浅层地热能是一种能自然补给，且可循环利用的可再生清洁能源。有关数据显示，我国浅层地热能的应用才刚刚起步，浅层地热能在能源结构中的比例还很低，目前还主要应用于城市建筑节能。随着经济的发展，浅层地热能的应用可能逐步向县城和农村推广。

河南省属大陆季风气候区，具有夏季炎热、冬天寒冷、四季分明之特点。夏热冬冷的气候条件为浅层地热能的利用奠定了基础。

河南省平原地区是省内人口最密集的地区，其中城市集中分布在中东部平原区，该区也是河南省经济最活跃的地区。东部平原是河南省乃至全国重要的粮食主产区，但经济相对落后。能源短缺是制约河南平原经济发展的瓶颈，尤其是广大的东部平原，能源短缺严重制约和影响了该区县域经济的可持续发展和社会主义新农村建设进程。

河南平原广大农村能源比较缺乏，平原及西部山间盆地又多分布厚度较大的第四系松散层，浅层含水层岩性由砂砾石、中粗砂、中细砂、细砂组成，浅层地热能利用层位较松散且地下水较丰富，适宜浅层地热能开发利用。研究表明：河南省平原有较丰富的浅层地热资源和优越的开发利用条件，适宜于建筑节能和人居环境的改善。查清河南省平原区浅层地热能的埋藏、分布规律及循环特征，评价浅层地热能资源开发利用潜力，研发适宜于农村浅层地热能开发利用的先进技术，对于节能技术的推广应用，提高浅层地热能开发利用的科技水平具有重大意义。

加强浅层地热能勘查评价，制定开发利用及保护区划，对合理开发利用浅层地热能，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，促进循环经济和社会经济可持续发展具有十分重要的意义。

进入21世纪以来，国际能源价格大幅上涨，尤其是原油、天然气、煤炭等化石能源价格成倍增加，各城市集中供热价格也随之不断上升。因此，大力开发替代能源，是时代的必然，是各级政府重点支持和发展的产业。浅层地热能作为可再生的绿色能源，其开发将有力促进和谐社会建设，改善人居环境，也一定能取得良好的社会、生态和经济效益。

二、浅层地热能开发利用势头强劲

我国的地源热泵及地能开发利用事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。清华大学、天津大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始重视利用浅层地热能，并对其利用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的浅层地能开发市场前景广阔。据行业统计，目前地能中央空调系统在全国推广达数千万平方米。已遍及北京、上海、天津、河北、河南、山西、辽宁、四川、湖南、西藏、新疆等省区。应用的建筑类型包括宾馆、住宅、商场、写字楼、学校、体育场馆、医院、展览馆、军队营房、别墅、厂房等。浅层地热能的利用方式也有最早地下水源热泵系统发展到地埋管地源型热泵系统、地表水源热泵系统（包括江水源、湖水源、污水源等）。我国成功举办了北京奥运会，其绿色奥运的重要标志就是包括水立方、奥运村等多个体育场馆、设施利用了地温中央空调系统，受到了奥组委和各国运动员的好评。上海世博会场馆也设计利用了地表水源热泵系统。

目前我国各级政府非常重视浅层地热能的开发利用，国土资源部、中国地质调查局等部门多次召开浅层地热能勘查开发经验交流会、技术研讨会，并出台了《浅层地热能勘查评价规范》，做到了浅层地热能勘查开发有标准可依。2006年建设部、财政部联合发布了《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》（建科[2006]213号），“意见”中明确规定了国家重点支持浅层地热能开发利用的示范工程、技术集成及标准制定。国家从中央财政安排专项资金用于支持可再生能源建筑应用示范和推广，财政部、建设部已批准下达3批包括浅层地热能利用的可再生能源建筑应用示范推广项目。北京、辽宁等省市也相继出台一些地方规定和优惠政策，有力地促进了浅层地热能开发利用技术的推广。例如在北京开发利用浅层地热能政府给予财政补贴；沈阳市要求全市范围内具备条件的建筑都要使用浅层地热能开发利用系统；成都、重庆、宁波等城市都设立可再生能源专项资金，用于浅层地热能开发利用产业化发展，相关企业可享受贴息贷款、高新技术企业等优惠政策。许多省市都在积极开展城市浅层地热能调查评价与开发利用规划。河南省财政厅、建设厅联合下文鼓励并支持有关房地产企业和单位积极申报国家可再生能源建筑应用示范推广项目，省财政厅、国土资源厅早在2007年就批准省地质调查院申报的“河南省重点城市浅层地热能调查评价与开发利用研究”科研项目，2009年又批准下达了郑州、洛阳、开封和三门峡4城市的浅层地热能勘查评价与区划项目，有力地促进了河南浅层地热能开发利用技术的发展。

当前河南省浅层地热能开发利用中应用较多的是地下水源热泵，也就是以地下水作为冷、热源体，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑物供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放、实现对建筑物供冷。浅层地热能的勘查和开发利用还多局限于城市，大多数县城和广大农村还是个空白，尤其是平原区城镇及农村缺乏能源.大多数地区经济还相对落后，随着能源价格的上涨，对农村人民群众的生活影响会更大。河南平原是黄淮海平原的重要组成部分，人口集中，土地肥沃，是我国重要的商品粮基地，素有“中原粮仓”之称。同时，这一地区又因地理位置和地质条件的特殊性，“三农”问题尤为突出。随着经济的发展和社会主义新农村建设的推进，浅层地热能在广大平原城镇和农村有着更广阔的开发利用前景，尤其是在现代农业发展方面更值得示范和推广。

三、前景分析与展望

浅层地热能开发利用就是利用地源热泵系统，把地下200m以浅至恒温带中的土壤与含水层作为地源热泵系统冷热源。在夏季供冷时，向地下排放冷凝热，经过整个夏季冷凝热排放与积聚后，使土壤或地下水在恒温带会形成局部4～6℃的升温。在冬季供热时，热泵要从土壤或地下水中不断吸取低品位低温热量，使土壤或地下水在恒温带以下形成局部4～6℃的降温，经过一年的供冷供暖周期后又回复到原始恒温带温度。根据这一特点，浅层地热能开发利用与地质、水文地质条件密切相关，即地质、水文地质条件决定了浅层地热能开发利用。

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的需求。在发达国家中，供热和空调的能耗可占到社会总能耗的25%～30%。我国的能源结构主要依靠矿物燃料，特别是煤炭，矿物燃料燃烧产生的大量污染物，包括大量SO2等有害气体以及CO2等温室效应气体，给人们生活、健康和环境造成很大影响。

1.浅层地热能开发利用前景

前已述及，河南省发展浅层地热能利用有其独特的优势，尤其是气候条件和地质条件为发展浅层地热能利用提供了很好的前提。①河南省大部分地区属于东亚季风气候，也就是常说的夏热冬冷地区，由于该地区供冷和供暖天数大致相当，冷暖负荷基本相同，因此适合于在该地区推广浅层地热能利用，充分发挥地下蓄能的作用；②河南平原区地质条件适合推广浅层地热能利用，该区浅层分布第四系松散地层，岩性以粉土、砂层、砂砾石层和黏性土为主，有利于地源热泵地下换热器的施工，也有利于地下换热器的传热和地源热泵系统的运行；③浅层地热能是清洁能源，与此同时由于厂家密封制冷剂，使用过程中不泄露，不补充，减少了对臭氧层的破坏，所以，浅层地热能开发利用对降低温室效应、缓解空气污染问题起了积极作用；④由于地源热泵仅仅用来传输能量，而不是产生能量，所需能量70%来自于地下，冬天供热、夏天制冷都具显著的节能效果，能缓解用电高峰期的能源压力。地源热泵是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的制冷、供暖空调与供热水工程系统，该技术能提高能源利用率，是合理用能的典范。近几年来，我国对建筑节能的要求越来越高，地源热泵技术为减少大气污染，降低能耗、节约能源这一问题提供了有效的解决方案，具有广阔的发展前景。

2.浅层地热能开发利用优势

（1）节能高效

开发利用浅层地热能可以大大降低一次能源的消耗。即先利用燃烧燃料产生的高温热能发电，然后利用电能驱动热泵从周围环境中吸收低品位的热能，适当提高温度再向建筑供热，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供热的一次能源消耗。采用地源热泵为建筑物供热可大大降低供热的燃料消耗，不仅节能，同时也大大降低了燃烧矿物燃料而引起的CO2和其他污染物的排放。

（2）有利于环境保护

河南省冬季干燥寒冷，夏季炎热多雨，是能源消耗最大的时段，尤其是建筑能耗供需矛盾十分突出，从气候上要求冬季供暖夏季制冷，而浅层地热能的开发利用，对环境的破坏和影响较小。浅层地热能的利用需要在冬季提取地下热能用于供暖，而在夏季则需要向地下储存热能，这样可保持地下热能平衡，使其对环境的影响最小。

（3）资源可循环利用

地下水的回灌问题是地下水源热泵系统浅层地热能利用的关键环节，多年来回灌技术一直没能得到很好的解决，成为水源热泵利用的瓶颈。可喜的是近几年这一技术有了很大提高，地下水回灌综合技术取得突破，使水源热泵技术实现资源可循环利用成为可能。

（4）经济社会环境效益显著

在以利用浅层地热能的实例中，地源热泵效益与一般燃料效益进行了对比，地源热泵系统初期投资较大，但运行成本大大降低，运行成本可节约40%左右。地源热泵技术具有节能、环保、运行费用较低的优点，经济效益及环境效益显著，具有广阔的发展前景，浅层地热能的开发利用可使各级政府完成节能减排目标。

3.开发利用浅层地热能，推动我省新农村建设

河南省地处中原，也是农业大省，农村土地、人口占了很大的比例，在城镇与农村中大力发展无污染、可循环利用的可再生能源，不仅能为河南省经济建设作出贡献，更能有效地提高城镇及农村居民的人居环境，积极发展现代农业，符合我国新农村建设的发展方向。

（1）浅层地热能向农村推广的可行性

河南省处于中国第二沉降阶梯的过渡地带，东部平原，南阳盆地，洛阳盆地等区域都分布着较为丰富的浅层地热能，开发利用具有广阔的前景。目前，郑州、开封、新乡、许昌、漯河、周口、安阳、濮阳、焦作、南阳等城市都在不同程度地开发利用浅层地热能，当务之急需将这一先进技术向县城及以下农村推广。

在河南省广大农村发展高效农业和家庭空调，推广浅层地热能热泵技术，无论是从地质条件还是技术方法都是成熟与可行的。

根据河南省实际情况，在村镇建设推广建设该系统可根据各地情况有选择性地进行。在水文地质条件较好的地区，可发展水源热泵系统，而在水文地质条件不理想的地区发展土壤源热泵，如果自然条件允许，可发展复合热泵系统。

在广大城镇农村地区，有较多的开发利用空间。只要地质条件允许，就可以合理有序的规划开发利用浅层地热能，将热泵系统的利用效能提升至最高。在新农村建设中，将热泵系统的优势最大化的发挥出来。

在农村城镇中进行浅层地热能开发，自家院落即可利用，占地少，效能高，效果显著，运行费用经济。相比较传统的供暖.可以降低污染能耗，增加取暖效果，提高村镇居民生活水平。

（2）农村浅层地热能利用前景展望

1）大力发展村镇连片或单户供热和空调：河南省地处冬季采暖区，如此广大面积上的村镇，以往绝大多数是传统的燃煤、烧柴、锅炉取暖，进入21世纪的今天，完全有条件开发新能源，其中就包括浅层地热能源来逐步替代污染型化石能源。农村开发利用浅层地热能具有资源有保证、开发利用风险小、经济效益好的特点。

在广大村镇进行热泵的应用推广是高科技通向节能环保的桥梁，是促进地热直接利用领域中的一次规模性的、重要的技术革新。应用热泵技术几乎可以将到处都有的低品位地热能作为冷热源扩大供热或制冷面积，提高热利用效率。

2）大力发展农村地热旅游业：当代旅游业已成为世界上发展势头最强的最大的产业。河南省是一个旅游资源十分丰富的地区。开发以农村城镇为中心的地热旅游资源，不仅丰富河南省旅游业的内容，多增添一个新生长点、新品种，而且也为振兴当地经济起到促进作用。

3）坚持“一热多用”发展高效农业：低品位地热资源多源于多层性热储，多个水热动力系统和多种水热地球化学特征的地热流体，充分利用其资源的多功能性，坚持一热多用的开发原则，提高热利用率，积极发展高效农业，如大棚种植反季节蔬菜、花卉种植、热带鱼养殖和冷库贮藏保鲜等，充分利用浅层岩土层和地下水这一恒温的冷热源，以求取得最佳的经济效益。

河南省浅层地热能资源丰富，地质、水文地质条件良好，气候条件适宜，浅层地热能利用潜力巨大，发展前景广阔，经济效益和社会效益显著。因地制宜、科学利用浅层地热能，对于河南省的新农村建设，节能减排，推动河南省能源利用结构的调整和经济发展具有重要的现实和长远意义。

目前，浅层地热能在大中城市已逐步开始利用，县城及以下广大农村基本还是空白，加强浅层地热能在农村的应用研究，创新现代农业技术体系，研制适宜农村单户利用的地下水源热泵，改善农村人居环境和种植业、养殖业结构，加快社会主义新农村建设。

近年来，浅层地热能开发利用得到迅速发展，成为节能减排大军中一股不可忽视的力量。北京约有2000万m2的建筑利用浅层地热能供暖和制冷，沈阳市已超过4300万m2。北京国家大剧院和奥运村、上海世博会等标志性工程都使用了地源热泵系统。作为可再生能源之一，浅层地热能开发利用工作将成为城市地质工作中的重要部分，做好城市地质工作中浅层地热能开发利用工作，对生态城市建设和节能环保发展具有十分重要的意义。

一、我国浅层地热能

（一） 浅层地热能资源

地热能是可再生的清洁能源，按照埋藏深度，200米以浅的称为浅层地热能，浅层地热能的温度略高于当地平均气温3～5 ℃，温度比较稳定，分布广泛，开发利用方便，具有十分广阔的开发利用前景。浅层地热能的利用，主要是通过热泵技术的热交换方式，将赋存于地层中的低品位热源转化为可以利用的高品位热源，既可以供热，又可以制冷。开发浅层地热能，可以改善我国能源消费结构，减少二氧化碳排放。

（二）我国浅层地热能应用潜力

我国浅层地热能资源十分丰富。最新数据表明，我国287个地级以上城市浅层地热能资源量为每年2.78×1020J，相当于95亿吨标准煤。每年浅层地热能可利用资源量为2.89×1012kWh，相当于3.56亿吨标准煤。扣除开发消耗电量，则每年可节能2.02×1012kWh，相当于标准煤2.48亿吨，减少二氧化碳排放6.52亿吨。到2015年，我国利用的浅层地热能资源量将达到4.26×1011kWh，相当于5269万吨标准煤（占我国浅层地热能可利用资源总量的14.8%）。

（三）地源热泵技术

地源热泵技术的进步是带动浅层地热能开发利用的关键因素，实践证明，利用地源热泵技术开发浅层地热能是实现节能减排十分有效的途径。

1912年瑞士人首先提出了地源热泵技术，1946年第一个地源热泵系统在美国俄勒冈州诞生。1974年起，瑞士、荷兰和瑞典等国政府逐步资助建立了示范工程。20世纪80年代后期，地源热泵技术日臻成熟，其节能和减排效果得到了普遍认可。2010年世界地热大会的统计数据，地源热泵的年利用能量达到了214782 TJ（1012焦耳），与2005年世界地热大会的统计数据相比，五年内增长了2.45倍，平均年增长率达到了19.7%。2010年世界地热大会的统计的地源热泵的设备容量为35236 MWt（兆瓦热量），其在五年间增长了2.29倍，平均年增长率为18.0%。

二、浅层地热能开发利用现状

我国起步较晚，九十年代才引入地源热泵技术。清华大学徐秉业教授把这项技术引入中国，从此开启了地源热泵技术在中国的发展潮流。我国利用地源热泵技术开发浅层地热能与国外相比，虽然起步晚，但发展很快，其范围之广、规模之大已远超国外。据初步统计，目前在全国范围内，除港澳台地区外，31个省、市、直辖市、自治区均有开发浅层地热能的地源热泵系统工程。应用浅层地热能供暖制冷的建筑物面积1.4亿m2，浅层地热能供暖、制冷的单位（住宅小区、学校、工厂等）约3400个，80%集中在华北和东北南部地区，包括北京、天津、河北、辽宁、河南、山东等省市。北京约有2000万m2的建筑利用浅层地热能供暖和制冷，沈阳已超过4300万m2。据估算，2010年浅层地热能的开发利用，使我国二氧化碳减排约2200万吨。

（一） 政策推广

为促进浅层地热能开发利用，北京市、沈阳市和国家有关部门先后出台了有关文件。2006年5月，北京市发改委等九个部门联合印发了《北京市关于发展热泵系统的指导意见》，对选用地下（表）水地源热泵的每平方米补助35元，选用地埋管地源热泵和再生水地源热泵的，每平方米补助50元。2007年7月，沈阳市出台了《地源热泵系统建设应用管理办法》，凡符合城市供热规划和地源热泵技术推广应用规划要求，并具备应用地源热泵技术条件的新建、改建、扩建项目，以及耗能大的单位，应当建立地源热泵系统。

2009年7月，财政部、住房城乡建设部下发了《关于印发可再生能源建筑应用城市示范实施方案的通知》，对纳入示范的城市，中央财政将予以专项补助5000万元；对推广应用面积大，技术类型先进适用，能源替代效果好，能力建设突出，资金运用实现创新，将相应调增补助额度，每个示范城市资金补助最高不超过8000万元。《通知》中的“可再生能源”即为太阳能和浅层地热能。

　此外，各地方政府也先后出台了一系列发展地源热泵技术的相关政策和措施。

（二）浅层地热能资源调查评价

浅层地热能资源调查评价是浅层地热能利用的基础工作，决定浅层地热能利用的科学性和可持续性。2008年，国土资源部在全国启动了浅层地热能调查评价试点工作，并于当年印发了《关于大力推进浅层地温能开发利用的通知》，发布了《浅层地温能勘查技术规范》，成立了浅层地温能研究推广中心。国土资源部在2009年制定的《国土资源系统应对全球气候变化工作方案》和2010年印发的《关于做好“应对全球气候变化地质响应与对策”有关工作的通知》中，又对浅层地热能调查评价与开发利用工作进行了再部署。

自2008年国土资源部下发了开展浅层地热资源调查工作通知后，全国各省（自治区、直辖市）市根据《浅层地温能勘查技术规范》分别对辖区内适宜开发利用浅层地热能的主要大中城市，以及经济发展规划区开展浅层地热能调查。

目前，此项工作已经在各省、自治区、直辖市国土资源系统进行。现已经完成的有北京市、河北省和天津市等。

重要成果：天津浅层地热资源调查评价工作

2009年至2010年，国土资源部和天津市联合开展了“天津市浅层地温能调查评价与开发利用”试点工作。试点工作包括浅层地热能调查评价、开发利用规划编制、地热动态监测网建设和浅层地热能利用示范工程建设等四项工作，试点工作取得了一系列重要成果。

一是全面完成了天津市浅层地热能资源调查，查明了天津市浅层地热能分布特点和赋存条件，评价了资源量和开发利用潜力。计算出浅层地热能的可利用资源量为1748万亿kJ，冬季可供暖面积13.4亿m2，夏季可制冷面积12.6亿m2。每年浅层地热能可利用资源量全部开发可节约标准煤5974万吨，扣除开采的电能消耗，可节约标准煤4480万吨，减少向大气排放二氧化碳等1.17亿吨，减少环境治理费用15.32亿元。

二是在调查评价的基础上，结合天津市社会经济发展、城市建设和土地利用规划，编制完成了天津市浅层地温能资源开发利用规划，划定了开发适宜区，分别圈定了适宜地下水、地埋管开发方式的地段，提出了合理的开发利用规模。

三是实施了梅江会展中心等10个具有代表性的浅层地热能开发利用示范工程。通过示范工程建设，提出了工程建设与管理的标准和要求，为浅层地热能开发利用规范化建设提供了依据。10个示范工程项目总供热、制冷面积约100万m2，建成后每年可节约标准煤4万吨，减少排放二氧化碳等10万吨。

四是建立了由12个动态监测站、1个试验场和1个试验研究基地组成的浅层地热能动态监测网，制定了《地埋管地源热泵动态监测技术规程》。

五是为实现统一管理、科学规划、有序开发、合理利用浅层地热能资源，全面系统地开展了政策研究工作，完成了《浅层地热能资源开发利用相关政策研究》报告和《关于推进天津市浅层地温能开发利用工作的建议》。

（三）可再生能源建筑应用项目示范及城市示范

住房城乡建设部2006年启动了可再生能源建筑应用示范项目，示范项目具有典型性、代表性，技术类型上以太阳能和浅层地热能为主。到现在为止成功实行了四批示范项目。四批示范项目371个，第一批25个，第二批57个，第三批130个，第四批159个，总补贴金额约26亿元。

住房城乡建设部2009年启动了可再生能源建筑应用城市示范，对纳入示范的城市，中央财政将予以专项补助。目前，纳入示范的城市有44个，资金补助基准为每个示范城市5000万元，具体根据2年内应用面积、推广技术类型、能源替代效果、能力建设情况等因素综合核定，切块到省。推广应用面积大，技术类型先进适用，能源替代效果好，能力建设突出，资金运用实现创新，将相应调增补助额度，每个示范城市资金补助最高不超过8000万元；相反，将相应调减补助额度。

（四）存在问题

由于浅层地热能利用较传统地热资源利用发展晚，且涉及多领域、多行业，开发利用过程中也存在一些问题。

1.工程前期未进行浅层地热能资源勘查评价

《地源热泵系统工程技术规范》(GB 50366-2005)强制要求地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地现状调查，并对浅层地热能资源进行场地勘察。

然而，很多工程设计前都没有进行勘察工作，一方面在地下水地源热泵不适宜区采用了此换热方式，造成系统建成后产生耗电量大、系统COP低、运行不稳定、回灌困难，甚至系统报废等问题；另一方面根据其经验布设换热孔，导致大量浪费。

2.设计参数依据不足

部分地源热泵工程由热泵提供方进行设计，一些商家在设计时，完全凭借经验，以最简单的估计模式去设计系统，不少企业在设计时并没有做负荷分析，只是简单地选择一个经验数据。由于设计参数依据不足，导致一些系统设计出现“大马拉小车”或者设计负荷不足的现象。

3.缺乏可靠的技术支撑

第一，地下水回灌技术不够完善，成井工艺有待提高。地下水地源热泵工程的成井口径、填砾层厚度、滤水管类型及滤料的选用对回灌量均有较大影响，大多数施工单位未掌握回灌井施工技术，特别是成井口径、填砾层厚度、滤水管类型及滤料的选用等，造成许多井不能正常回灌。

第二，部分用户取水系统的设计、安装存在一些问题。部分用户设备安装不配套（无测压管、多无精滤装置）。热泵系统安装密封性差，回灌困难，大部分单位每年都需洗井。

第三，部分用户水源井地层层位确定存在较大的问题，特别是选用第1I含水组地层做为采灌井利用层位时，普遍存在水位偏浅，回灌困难的问题。

第四，部分热泵运行管理不够完善，导致回灌运行管理不规范。一些单位缺乏基本的常识，近三分之一工程运行不回扬，多数工程运行记录不完整（多无抽水及回灌水水温、水量、水位），有些工程存在混层采灌水的问题。

4.管理体制不健全

浅层地热能开发利用行政监督管理主体不明确，监督管理所依据的法律、法规、政策、标准欠缺，造成浅层地热能开发利用秩序混乱。主要表现在项目没有报批登记手续，不按地质条件开发，施工队伍资质、施工过程监管空白，验收标准不统一。

5.缺乏对浅层地热能资源开发利用动态监测

近年来，全国各地建成了大量的地源热泵系统，但尚未建立地源热泵地下换热系统监测体系，缺少对地源热泵系统中温度、水位、水质等动态变化的监测，无法评价浅层地热能资源开发利用对地质环境的影响；大多数地源热泵工程系统中都没有安装必要的节能计量装置，如温度表、流量计、功率表等，使得项目的节能计算工作存在一定困难，同时也不便于管理部门的进一步节能评定工作。

三、浅层地热能开发利用发展趋势

（一） 继续推进浅层地热能资源调查评价工作

推进浅层地热能资源调查评价工作是地源热泵技术发展的基础，“十二五”期间，浅层地热能资源调查评价与开发利用工作将继续成为城市地质工作的重点。工作的主要任务是查明我国主要城市浅层地热能分布特点和赋存条件，评价资源量及开发利用潜力，编制开发利用规划，建立监测网络，推动浅层地热开发利用示范城市建设。

国土资源部“十二五”工作部署中，2012年前将完成省会级城市调查评价工作，2015年前完成地级市和部分重点县级城镇调查评价工作。2011年29个省会级城市浅层地热能调查评价项目年内分两批实施。第一批实施的城市包括石家庄、呼和浩特、沈阳、长春、杭州、合肥、济南、郑州、重庆、西安、兰州、乌鲁木齐等12个城市。第二批实施的城市包括太原、哈尔滨、上海、南京、福州、南昌、武汉、长沙、广州、南宁、海口、成都、贵阳、昆明、拉萨、西宁、银川等17个城市。

其目标是：

（1）初步查清主要大中城市的浅层地热能赋存、分布特征及相应的水文地质工程地质特征，测试岩土体热物性参数，估算可利用资源量。

（2）开展浅层地热能利用工程（地下水、地源热泵系统）适宜区划分。

（3）选择有代表性的1～2个城市建立监测实验区。对已运行工程进行地下（岩土、水）温度场的监测（至少1个运行周期）工作，评价地源热泵工程对地质环境的影响，同时记录运行工况和能耗，计算换热能效比，检验项目节能效果。

（4）制定相关技术标准，建立浅层地热能开发利用适宜区划分、评价数据库。为合理开发利用浅层地热资源提供基础数据，为政府宏观规划与科学管理提供决策依据。

（5）在调查评价的基础上，结合当地行政区域可再生能源开发利用中长期目标，编制完成主要城市（镇）浅层地热能开发利用专项规划。

（二） 加大科研实力和技术创新

加强相关技术研发与投入，提高浅层地热能利用效率。

（1）加强浅层岩土热物性测试的研究；

（2）建立不同地层热物性数据库；

（3）开展不同换热方式地下传热模型的模拟试验；

（4）建立地温场长期观测，包括换热井及周围地层温度、水位、水质以及换热（换冷）情况，了解（监测）其变化规律，特别是换热井回灌能力和温度恢复情况；

（5）观测地下换热系统的实际换热（换冷)效果，测量地层热流值及热传导系数。

（三）积极参与示范城市建设，带动浅层地热能资源开发利用

在对当地浅层地热资源调查评价的基础上，结合工程的具体地质环境，积极开展地源热泵技术的推广应用，建立符合本地实际需求的示范工程，并摸索方法，总结经验，逐步推广。积极申报“可再生能源示范城市”，参与示范城市建设，用好国家专项资金，稳步推进以城市为单位的浅层地热能开发利用工作。

利用地源热泵技术开发浅层地热能资源，为建筑物供暖制冷，是符合国家节能减排这一历史进程的。随着这项技术的不断发展，我们将进一步认识到，不断加强地热资源调查评价工作，加大科研力度和技术创新，积极参与示范城市建设将是一项具有重大意义并值得持续推进的长远工程。