一、基本概念
當(dāng)今社會(huì)，環(huán)境污染和能源危機(jī)已成為威脅人類(lèi)生存的頭等大事，如何解決這一問(wèn)題，已成為全人類(lèi)的課題。在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，而開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮艿臒岜每照{(diào)系統(tǒng)正是滿(mǎn)足這些要求的新興中央空調(diào)系統(tǒng)。
淺層地?zé)崮苁琴x存在地球表層巖土體中的低溫地?zé)豳Y源，是一種新型的優(yōu)質(zhì)清潔能源，具有可再生、分布廣、儲(chǔ)量大、清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、安全性強(qiáng)和可用性強(qiáng)等特點(diǎn)。它是地球淺表層數(shù)百米內(nèi)（<200米）的土壤巖石和地下水中所蘊(yùn)藏的一種低溫?zé)崮?，其能量主要?lái)源于太陽(yáng)輻射和地球梯度增溫。與深層地?zé)嵯啾?，淺層地?zé)崮芊植紡V泛、儲(chǔ)量巨大、再生迅速、采集方便、開(kāi)發(fā)利用價(jià)值更大。主要采用熱泵系統(tǒng)（包括水源熱泵和地源熱泵兩種）進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。
地源熱泵技術(shù)是開(kāi)發(fā)和利用淺層地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹募夹g(shù)，是將低品位能源搬運(yùn)到高品位能源的技術(shù)，它可以利用自然界大量可再生的能源，如地下水、地?zé)崴?、土壤、江河湖水、工業(yè)廢水等其中儲(chǔ)存的大量低品位的能源，通過(guò)少量的電能，將其轉(zhuǎn)化成高品位的能源，其能效轉(zhuǎn)化比可達(dá)到1：4，即消耗1kw的電能可以得到4kw的冷熱量，其中另外3kw的冷熱量來(lái)自免費(fèi)的能源。采用水源熱泵技術(shù)，可以大幅度降低用戶(hù)的能源使用費(fèi)用，同時(shí)也因大量取代燃煤鍋爐，可以緩解環(huán)保的壓力。
地?zé)釤岜媚艹蔀槭澜缟习l(fā)展最快的可再生能源之一，其原因在于它的高效率和無(wú)污染，而且經(jīng)濟(jì)可行、普遍適用。其優(yōu)勢(shì)所在如下：
1、熱泵機(jī)組的高效率在供暖模式上用運(yùn)行系數(shù)COP來(lái)表示，它是輸出能量與輸入能量（電能）之比，目前熱泵機(jī)組的COP一般都能達(dá)到4～５左右。這等于說(shuō)，熱泵的效率是400%～500%，而我們知道，空調(diào)機(jī)（空氣-空氣熱泵）的效率是200%，電的效率是100%，燃油的效率是90%，燃煤的效率是55%，因此熱泵的效率最高。熱泵的效率為什么這么高？因?yàn)樗囊欢ǖ碾娔苤猓韽牡蜏氐牡叵滤蛲寥乐形×舜罅康哪芰俊?/span>
2、據(jù)專(zhuān)家稱(chēng)，熱泵作為供熱裝置可以減少全球6%以上的二氧化碳排放量，它是目前市場(chǎng)上可獲得的減少二氧化碳排放量最大的單項(xiàng)技術(shù)之一。雖然熱泵本身不排放二氧化碳，但電廠發(fā)電時(shí)的二氧化碳排放有1/3至1/4要算在熱泵的帳上，所以熱泵攤到有少量二氧化碳排放，但沒(méi)有其它污染產(chǎn)生。
3、地源熱泵利用淺層地溫的能源只需要鉆50～100m深的鉆孔，有的地方或許需要200m深，但比起地?zé)徙@井就更經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易得多。
4、淺層地?zé)崮艿馁Y源條件到處都具備，不像地?zé)峋菢邮艿赜蚓窒?。因此，普遍適用于世界各地，哪怕是寒帶也無(wú)妨。
二、淺層地?zé)崮艿奶攸c(diǎn)
1、淺層地?zé)崮芊植紡V泛。淺層地?zé)崮軓V泛存在于地球淺表層（<200米）巨大的恒溫帶中，土壤溫度相對(duì)恒定，幾乎不受環(huán)境氣候變化的影響，再生迅速，可循環(huán)使用。如北京地區(qū)淺表層年平均溫度為13度～15度，南昌地區(qū)淺層地溫年平均為18度～22度，其能量的來(lái)源主要是地面吸收了約40%的太陽(yáng)輻射熱能。因此，淺層地?zé)崮芤云浞植紡V泛、潔凈、使用方便、不受地域限制、可再生等優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到國(guó)家和社會(huì)的重視。
2、淺層地?zé)崮軆?chǔ)量巨大。據(jù)專(zhuān)家測(cè)算，我國(guó)地下近百米深度內(nèi)的土壤每年可采集的低溫能量是我國(guó)目前發(fā)電裝機(jī)容量4億千瓦的3750倍，而地下百米內(nèi)地下水每年可采集的低溫能量也有2億千瓦。據(jù)專(zhuān)家測(cè)算北京平原區(qū)按6900平方公里計(jì)算，每年可開(kāi)采淺層地?zé)崮艿馁Y源量相當(dāng)于1.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，為2003年北京供暖能源消耗的1100萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的12倍。
3、淺層地?zé)崮芮鍧嵀h(huán)保。淺層地?zé)崮茏鳛橐环N清潔可再生能源，在利用時(shí)，不像化石燃料那樣在獲取能源和產(chǎn)生電力的同時(shí)，排放大量的CO2、SO2、NOx、粉塵等燃燒產(chǎn)物，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，引起溫室效應(yīng)、酸雨、土地沙漠化等問(wèn)題，嚴(yán)重影響人們的身心健康。因此，開(kāi)發(fā)利用清潔無(wú)污染的淺層地?zé)崮苜Y源已是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前供暖、制冷和生活熱水消耗的能源，主要來(lái)自于煤、油、氣等一次性能源的燃燒，不僅造成能源利用的浪費(fèi)，而且還會(huì)污染環(huán)境。通過(guò)采集淺層低溫地?zé)崮懿⒙约犹嵘?，不但可以滿(mǎn)足供暖（冷）的需求，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)供暖（冷）區(qū)域的零污染排放，直接改善適用區(qū)域的大氣質(zhì)量。
4、使用淺層地?zé)崮茉诮?jīng)濟(jì)上比較劃算。一平方米建筑投資約為250元～380元，比同樣滿(mǎn)足供暖、制冷和生活熱水條件的燃?xì)夂涂照{(diào)系統(tǒng)等降低20%～30%，其運(yùn)行費(fèi)用明顯低于其他清潔能源，且就地取能，免于運(yùn)輸、傳送，沒(méi)用廢渣，因此其可用性強(qiáng)。
5、淺層地?zé)崮馨踩詮?qiáng)。淺層地?zé)崮艿睦弥饕峭ㄟ^(guò)水源熱泵能量交換循環(huán)或地埋管能量交換兩種方式進(jìn)行，不同于傳統(tǒng)利用燃煤、燃油為能源的鍋爐取暖方式，從而避免了因燃燒過(guò)度或材料因素引起的鍋爐爆炸等安全隱患，使住宅供暖的安全性得到保障。
三、淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的發(fā)展概況
1、國(guó)外發(fā)展概況
雖然淺層地?zé)崮苜Y源儲(chǔ)量巨大，屬節(jié)能環(huán)保綠色能源，但若不進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，不能體現(xiàn)其價(jià)值。用于開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮艿臒岜眉夹g(shù)是1912年由瑞士人提出的，1946年第一個(gè)熱泵系統(tǒng)在美國(guó)俄勒岡州誕生。1974年起，瑞士、荷蘭和瑞典等國(guó)家政府逐步資助建立示范工程。20世紀(jì)80年代后期，熱泵技術(shù)日臻成熟。在國(guó)際社會(huì)中，由于其在減少二氧化碳方面得到普遍認(rèn)可而受到廣泛關(guān)注。
利用熱泵技術(shù)開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮茌^好的國(guó)家有美國(guó)、瑞典、瑞士和德國(guó)，已有大量裝機(jī)的國(guó)家有加拿大、奧地利、法國(guó)和荷蘭，開(kāi)始重視和推廣應(yīng)用的國(guó)家有中國(guó)、日本、俄羅斯、英國(guó)等。熱泵增長(zhǎng)較快的主要還是在美國(guó)和歐洲地區(qū)。如美國(guó)，截止1985年全國(guó)共有14,000臺(tái)地源熱泵，而1997年就安裝了45，000臺(tái)，到目前為止已安裝了400，000臺(tái)，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。
美國(guó)地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國(guó)能源部、環(huán)保署、愛(ài)迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國(guó)地源熱泵協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開(kāi)發(fā)、研究和推廣工作。美國(guó)計(jì)劃到2010年達(dá)到每年安裝40萬(wàn)臺(tái)地源熱泵的目標(biāo)，屆時(shí)將降低溫室氣體排放1百萬(wàn)噸，相當(dāng)于減少50萬(wàn)輛汽車(chē)的污染物排放或種植樹(shù)1百萬(wàn)英畝，年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元，此后，每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加1.7億美元。
至2005年，全世界有33個(gè)國(guó)家已安裝了130萬(wàn)臺(tái)地源熱泵裝置，總裝機(jī)15723MWt,是2000年的2.98倍，合每年增長(zhǎng)24.4%,占世界地?zé)嶂苯永每傃b機(jī)容量的56.5%，已是地?zé)峁┡蓊~(14.9%)的3.8倍。
2、國(guó)內(nèi)發(fā)展概況
我國(guó)1965年研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)水冷式熱泵機(jī)組，隨后發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)80年代末，相關(guān)領(lǐng)域才開(kāi)始了一些研究，在熱泵模型仿真、試驗(yàn)裝置、能耗評(píng)價(jià)以及系統(tǒng)材質(zhì)等方面取得了一些進(jìn)展。
北京市、天津市、沈陽(yáng)市是我國(guó)應(yīng)用地源熱泵技術(shù)開(kāi)采淺層地?zé)崮?，?duì)建筑物進(jìn)行控溫較早且發(fā)展較快的城市。近年來(lái)，河南、陜西、內(nèi)蒙古、山東、安徽、湖北、湖南、廣東等省也都開(kāi)始了開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮艿奶剿骱驮圏c(diǎn)工作。從地域分布上，在我國(guó)華北和東北南部地區(qū)工程數(shù)量較多，占總工程數(shù)量的78％。
隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)環(huán)保的可再生能源不斷加大支持力度，先后出臺(tái)的扶持地溫資源開(kāi)發(fā)利用與地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)政策法規(guī)，促使我國(guó)在這方面有了較大發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2008年中期，全國(guó)利用（深、淺層）地溫（熱）資源，建立地源熱泵系統(tǒng)工程的制冷（供熱）面積約8000萬(wàn)m2，每年正以約20％的速度增長(zhǎng)，可以預(yù)計(jì)中國(guó)的地源熱泵市場(chǎng)前景廣闊。
3、北京市淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀
通過(guò)考察得知：對(duì)于淺層地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用，北京市地勘局認(rèn)識(shí)早、起步快。從1999年開(kāi)始開(kāi)展利用淺層地?zé)崮転榻ㄖ锕┡难芯颗c試驗(yàn)，2002年起先后與清華大學(xué)、天津大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、中科院能源所及國(guó)外公司在北京地區(qū)合作開(kāi)展技術(shù)研發(fā)，先后完成了北京市第一個(gè)大型地源熱泵項(xiàng)目和第一個(gè)大型水源熱泵項(xiàng)目。
截止到2008年6月，北京地區(qū)淺層地溫資源開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目數(shù)量為548項(xiàng)，服務(wù)面積近1225萬(wàn)m2，水源熱泵項(xiàng)目445項(xiàng)，服務(wù)面積約883萬(wàn) m2，占72%；地源熱泵項(xiàng)目103項(xiàng)，服務(wù)面積約343萬(wàn) m2，占28%。完成的熱泵工程項(xiàng)目種類(lèi)全，既有土壤源熱泵系統(tǒng)，如國(guó)內(nèi)目前運(yùn)行的最大地源熱泵系統(tǒng)工程--中石化管理干部學(xué)院地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、國(guó)家北方苗木基地地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)等，又有地下水源熱泵系統(tǒng)，如國(guó)內(nèi)單體規(guī)模最大的地?zé)岵膳こ?-北苑家園地?zé)岵膳痉豆こ?、全?guó)最大的燃煤鍋爐改為水源熱泵供暖項(xiàng)目---北京友誼醫(yī)院項(xiàng)目、北京第一個(gè)大型商用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)--空軍招待所水源熱泵項(xiàng)目和北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院立水橋基地水源熱泵項(xiàng)目等。這些項(xiàng)目分布在北京市的不同地區(qū)，既有適宜于水源熱泵的地區(qū)，也有適宜于土壤源熱泵的地區(qū)；有北部地區(qū)，也有南部地區(qū)。
通過(guò)實(shí)踐，北京市地勘局不僅建立了完善的地源熱泵、水源熱泵等淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)技術(shù)，而且取得了北京地區(qū)豐富的淺層地?zé)崮芟嚓P(guān)信息資料，基本摸清了北京市不同地區(qū)淺層地?zé)崮艿幕咎卣鳎瑸楸本┦写笠?guī)模開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮苜Y源奠定了基礎(chǔ)，也為在全國(guó)大規(guī)模開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮苜Y源積累了經(jīng)驗(yàn)。
北京市地勘局的探索與實(shí)踐，受到了有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的充分肯定和高度好評(píng)。2005年3月，國(guó)土資源部原部長(zhǎng)孫文盛、北京市副市長(zhǎng)陸昊先后視察了中石化管理干部學(xué)院等熱泵工程，明確指出，地?zé)崮苁亲匀坏牡叵沦Y源，它的開(kāi)發(fā)利用符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是很好的環(huán)保節(jié)能手段，希望北京市地勘局進(jìn)一步深入研究，做好示范，在更大范圍內(nèi)推廣利用。中國(guó)地調(diào)局原局長(zhǎng)孟憲來(lái)也多次聽(tīng)取北京市地勘局專(zhuān)題匯報(bào)。受孫文盛部長(zhǎng)委托，2005年9月22日，部長(zhǎng)顧問(wèn)方克定教授率部地質(zhì)勘查司、地質(zhì)環(huán)境司、礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)管理司和中國(guó)地調(diào)局發(fā)展研究中心相關(guān)人員，專(zhuān)程調(diào)研淺層地?zé)崮苜Y源開(kāi)發(fā)利用情況。2007年1月29日～30日，由國(guó)土資源部主辦，中國(guó)地調(diào)局、北京市國(guó)土資源局和北京市地勘局共同承辦的“全國(guó)地?zé)幔\層地?zé)崮埽╅_(kāi)發(fā)利用現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)”在京召開(kāi)，國(guó)土資源部黨組副書(shū)記、副部長(zhǎng)李元和副部長(zhǎng)贠小蘇等出席會(huì)議，來(lái)自全國(guó)400多位代表考察了示范工程，并就國(guó)內(nèi)外地?zé)豳Y源勘查評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)利用情況等進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)交流。2007年1月27日，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局淺層地?zé)崮苎芯颗c推廣中心成立，中心設(shè)在在北京市地勘局。該中心專(zhuān)門(mén)從事全國(guó)淺層地?zé)崮苎芯颗c推廣工作。
責(zé)編：dhl
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