浅层地热能概念、特点及应用现状

   一、浅层地热能的概念及特点

       1、浅层地热能的概念：浅层地热能是指储藏在地下数百米以内的土壤砂石和地下水中的一种低温热能，它是深部热能向上传导和太阳辐射共同作用的结果。井水冬暖夏凉是许多人都熟悉的一个生活常识。这是因为从地表向下到达一定深度（常温层），其温度就不受外界气温的变化而改变。到达常温层的深度因地而异，一般来说在地下5-20m左右。常温层与外界气温间之差存在的能量就叫做浅层地温能。浅层地热能是一种可再生的新型环保能源，不仅可以供热取暖，还可制冷，其开发利用前景十分广阔。

       2 、浅层地热能的基本特点：分布广泛。地球浅表层（＜200m）是一个巨大的恒温体系，温度几乎不受环境气候变化的影响，如江西地下恒温带平均温度为18至21℃，其能量的来源主要是地面吸收了约40%太阳光的热能，因此，浅层地热能也是一种洁净的可再生能源。它具有容易收集和输送、参数稳定（流量、温度）、使用方便、不受地域限制等优点。

       清洁环保。浅层地热能在利用时，不象化工燃料在获取能源和产生电力的同时，向环境排放大量的燃烧产物，如CO2、SO2、粉尘等，对环境产生污染，也严重影响人们的身心健康。通过采集浅层地热能并略加提升后，不但可以满足人们的使用，同时还可以实现区域的零污染排放，改善使用区域的大气质量和环境。可用性强。使用浅层地热能在经济上成本低。在初投资上，比同样满足制冷、制热需求的集中式空调相比，高出了地下采集的费用，但在运行费用相比较，可节约1/3的费用。与传统的燃煤及燃油锅炉相比较，优势更为明显。来 源：江西地矿局

       二、国外应用现状 

       浅层地热能的开发利用得益于地源热泵技术。地源热泵的历史可以追朔到1912 年，瑞士Zoelly首次提出利用浅层地热能（地源能）作为热泵系统低温热源的概念，并申请了专利，而地源热泵真正意义的应用开始于上个世纪40年代。1946年美国建成地源热泵系统，随后，特别是1974年后，因能源危机和环境问题日益严重，美国Oklahoma州立大学、 Oak Ridge实验室和Louisiana州立大学等高等院校和科研机构开始重视以低温地热能为能源的地源热泵系统的研究。1998 年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调总保有量的19％，其中在新建筑中占30％，并以每年10％的速度增长。

       瑞典、瑞士、奥地利、德国、挪威等地源热泵在家用的供暖设备中占有很大比例，他们主要利用地下土壤埋盘管的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水等。浅层地热能的其它方面的利用在欧洲亦在得到推广，如德国2005年采用带9个200m深的钻孔热交换器（BHE）的地源热泵系统对劳特堡－巴比斯的一火车站台供暖，该站台长200m，总面积600m2，供热时热流量达140W/m2。近年来，地源热泵的利用在世界上发展迅速，如德国新增热泵单元数2008年约为1998年的10倍。目前，全世界利用热泵技术开发的地热能已占地热直接利用总量的30％以上。

       三、 国内应用现状

       我国具有较好的热泵科研成果与应用基础，早在20世纪50年代天津大学就开始进行热泵的研究。20世纪80年代末以后，地源热泵技术开始受到国内各大院校与科研单位的重视，20世纪90年代后期，北京、山东等开始出现地源热泵应用工程。

       我国地源热泵工作虽起步较晚，但后来居上，近年来发展很快。截至2009年6月，我国应用浅层地热能供暖制冷的建筑项目共2236个，建筑面积近8000万平方米，其中80％集中在京津冀辽等华北和东北南部地区。目前，北京市有1500万平方米的建筑利用浅层地热能供暖制冷，沈阳市则超过2000万平方米。北京规划2020年地源热泵供暖制冷面积达1亿m2，沈阳规划2010年达6500万m2，至少将达2亿m2以上。北京奥运会期间，地源热泵被应用于奥运体育场（鸟巢）、游泳中心（水立方）、奥运网球中心、自行车馆等运动场馆，为实现“奥运”的承诺做出了贡献，产生了良好的应用示范效果。

       奥运体育场（鸟巢）、（水立方）应用地源热泵系统

       我国目前正处于快速城镇化时期，每年房屋建筑的竣工量都在20亿平方米以上，建筑耗能在整个社会的终端耗能中已占到约27％，随着建筑量的提高和城市人口的增加，供暖、制冷和生活热水等消耗的煤炭石油等一次性能源将不断增加。在这一背景下，以环保和节能为主要特征的建筑以及开发利用浅层地热能的热泵空调系统将得到广阔的发展空间。但从总体上看，中国浅层地热资源的开发还不够规范，基础研究上还有待加强，地源热泵技术的专业队伍也有待建立，行业之间还缺少必要的合作交流，政策措施还有待完善等等，这在一定程度上影响了这项技术的推广。目前，这些问题已引起有关部门的高度重视，建设部已将地源热泵技术列为建筑业十项新技术，国土资源部将加快在各省市的浅层地热能勘查评价速度，建立范围内的浅层地热能数据库，通过合理布局、多级利用实现总量平衡，同时在采矿许可、编制规划、开发审查等环节建立严格的监管制度。如2009年7月29日，国土资源部发布了《浅层地热能勘查评价规范》，并于7月31日开始实施。这一系列举措将有效地促进浅层地热能的开发利用。

       四、 我局取得的主要成果

       自2008年以来，我局在全省启动《浅层地热能开发技术在江西的应用研究》工作，并于2008年4月我局属单位专门成立了江西华禹浅层地温能开发利用有限公司，以推进我省浅层地温能等的开发应用进程。

近年来，局属单位相继在全省范围内实施了多项不同区域的浅层地温能等的调查评价和开发应用项目，通过项目工作的开展，对江西省浅层地温能地质条件及资源潜力进行了研究与评价和开发应用，取得了一些重要成果认识，认为江西省的地下水具有水位高，土壤含水量大、热传导性高等特点，非常符合浅层地热能开发利用的条件。取得的主要认识和成果如下：

       1、江西省地温梯度和大地热流的区域分布格局表现为：位于江南造山带（I）的赣西北地区，地温梯度变化于18.0－23.7℃/km,平均值为20.5℃/km；热流值较低，变化于57.8－59.2mW/m2，平均值为58.5 mW/m2。分布于华南造山带（III）的赣南地区，地温梯度变化于17.9－33.6℃/km,平均值为25.0℃/km；其热流值明显升高，变化于62.1－79.9 mW/m2, 平均值为70.8mW/m2。介于江南造山带与华南造山带之间的萍乡－乐平拗陷和赣东北地区，由于中生代经历了拗陷沉积和褶皱推覆及基性岩浆活动，地温梯度变化于17.4－28.7℃/km,平均值为23.0℃/km；其热流值较高，变化于72.2－82.5mW/m2，平均值为77.4mW/m2。

       
       2、因江西省土壤的常温带一般在5m～15 m以下，地下恒温层的温度约为17～22℃，而全省平均地温梯度变化于20.1－25.0℃/km，地下100 m深度完全可以达到35℃－40℃以上，足以满足地源热泵对浅层热能的需要。

       3、在江西地源热泵项目市场上，江西省勘察设计研究院（江西华禹浅层地温能开发利用有限公司）在我省参与承接浅层地温能地源热泵中央空调的勘察、设计、施工项目。先后完成山水青大酒店、江中紫金城、江西师范大学、江西省移动公司、鄱阳湖大酒店、江中制药新办公大楼、江西日报社、江西省交通厅办公大楼、江西省武警南昌支队、中航大厦、江西省奥林匹克体育中心、江西省气象局、南昌市奥林匹克体育中心、宜丰县行政中心大楼、江西阳光新地中心住宅小区、湖景商务酒店、绿地兰宫别墅群等地源热泵项目的水源热泵水文地质勘察及水资源论证、地埋管热物性测试、设计和水井施工以及部分项目的空调末端安装整体工程。

       4、随着经济快速的发展，人们更讲究高质量、高品位的生活，追求舒适的环境，对制冷供暖的需求比过去更强烈，同时节能减排的意识不断增强，预计未来几年,江西在浅层地热能利用会出现一个井喷的发展趋势。