一、基本概念
當(dāng)今社會，環(huán)境污染和能源危機(jī)已成為威脅人類生存的頭等大事，如何解決這一問題，已成為全人類的課題。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)運而生，而開發(fā)淺層地?zé)崮艿臒岜每照{(diào)系統(tǒng)正是滿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、儲量大、清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實惠、安全性強(qiáng)和可用性強(qiáng)等特點。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藏的一種低溫?zé)崮埽淠芰恐饕獊碓从谔栞椛浜偷厍蛱荻仍鰷?。與深層地?zé)嵯啾?，淺層地?zé)崮芊植紡V泛、儲量巨大、再生迅速、采集方便、開發(fā)利用價值更大。主要采用熱泵系統(tǒng)（包括水源熱泵和地源熱泵兩種）進(jìn)行開發(fā)利用。
地源熱泵技術(shù)是開發(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)廢水等其中儲存的大量低品位的能源，通過少量的電能，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的冷熱量來自免費的能源。采用水源熱泵技術(shù)，可以大幅度降低用戶的能源使用費用，同時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污染，而且經(jīng)濟(jì)可行、普遍適用。其優(yōu)勢所在如下：
1、熱泵機(jī)組的高效率在供暖模式上用運行系數(shù)COP來表示，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，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？因為它除消耗一定的電能之外，另從低溫的地下水或土壤中吸取了大量的能量。
2、據(jù)專家稱，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，它是目前市場上可獲得的減少二氧化碳排放量最大的單項技術(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)峋菢邮艿赜蚓窒蕖Ｒ虼?，普遍適用于世界各地，哪怕是寒帶也無妨。
二、淺層地?zé)崮艿奶攸c
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，其能量的來源主要是地面吸收了約40%的太陽輻射熱能。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)勢越來越受到國家和社會的重視。
2、淺層地?zé)崮軆α烤薮?。?jù)專家測算，我國地下近百米深度內(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)專家測算北京平原區(qū)按6900平方公里計算，每年可開采淺層地?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，不像化石燃料那樣在獲取能源和產(chǎn)生電力的同時，排放大量的CO2、SO2、NOx、粉塵等燃燒產(chǎn)物，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，引起溫室效應(yīng)、酸雨、土地沙漠化等問題，嚴(yán)重影響人們的身心健康。因此，開發(fā)利用清潔無污染的淺層地?zé)崮苜Y源已是社會發(fā)展的必然趨勢。目前供暖、制冷和生活熱水消耗的能源，主要來自于煤、油、氣等一次性能源的燃燒，不僅造成能源利用的浪費，而且還會污染環(huán)境。通過采集淺層低溫地?zé)崮懿⒙约犹嵘螅坏梢詽M足供暖（冷）的需求，同時還可以實現(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%，其運行費用明顯低于其他清潔能源，且就地取能，免于運輸、傳送，沒用廢渣，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^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_發(fā)利用的發(fā)展概況
1、國外發(fā)展概況
雖然淺層地?zé)崮苜Y源儲量巨大，屬節(jié)能環(huán)保綠色能源，但若不進(jìn)行開發(fā)利用，不能體現(xiàn)其價值。用于開發(fā)淺層地?zé)崮艿臒岜眉夹g(shù)是1912年由瑞士人提出的，1946年第一個熱泵系統(tǒng)在美國俄勒岡州誕生。1974年起，瑞士、荷蘭和瑞典等國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。在國際社會中，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)開發(fā)利用淺層地?zé)崮茌^好的國家有美國、瑞典、瑞士和德國，已有大量裝機(jī)的國家有加拿大、奧地利、法國和荷蘭，開始重視和推廣應(yīng)用的國家有中國、日本、俄羅斯、英國等。熱泵增長較快的主要還是在美國和歐洲地區(qū)。如美國，截止1985年全國共有14,000臺地源熱泵，而1997年就安裝了45，000臺，到目前為止已安裝了400，000臺，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。
美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國地源熱泵協(xié)會，該協(xié)會在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作。美國計劃到2010年達(dá)到每年安裝40萬臺地源熱泵的目標(biāo)，屆時將降低溫室氣體排放1百萬噸，相當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植樹1百萬英畝，年節(jié)約能源費用達(dá)4.2億美元，此后，每年節(jié)約能源費用再增加1.7億美元。
至2005年，全世界有33個國家已安裝了130萬臺地源熱泵裝置，總裝機(jī)15723MWt,是2000年的2.98倍，合每年增長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、國內(nèi)發(fā)展概況
我國1965年研制成功國內(nèi)第一臺水冷式熱泵機(jī)組，隨后發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)80年代末，相關(guān)領(lǐng)域才開始了一些研究，在熱泵模型仿真、試驗裝置、能耗評價以及系統(tǒng)材質(zhì)等方面取得了一些進(jìn)展。
北京市、天津市、沈陽市是我國應(yīng)用地源熱泵技術(shù)開采淺層地?zé)崮?，對建筑物進(jìn)行控溫較早且發(fā)展較快的城市。近年來，河南、陜西、內(nèi)蒙古、山東、安徽、湖北、湖南、廣東等省也都開始了開發(fā)利用淺層地?zé)崮艿奶剿骱驮圏c工作。從地域分布上，在我國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％。
隨著國家對節(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，先后出臺的扶持地溫資源開發(fā)利用與地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)政策法規(guī)，促使我國在這方面有了較大發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2008年中期，全國利用（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m2，每年正以約20％的速度增長，可以預(yù)計中國的地源熱泵市場前景廣闊。
3、北京市淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用現(xiàn)狀
通過考察得知：對于淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用，北京市地勘局認(rèn)識早、起步快。從1999年開始開展利用淺層地?zé)崮転榻ㄖ锕┡难芯颗c試驗，2002年起先后與清華大學(xué)、天津大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、中科院能源所及國外公司在北京地區(qū)合作開展技術(shù)研發(fā)，先后完成了北京市第一個大型地源熱泵項目和第一個大型水源熱泵項目。
截止到2008年6月，北京地區(qū)淺層地溫資源開發(fā)利用項目數(shù)量為548項，服務(wù)面積近1225萬m2，水源熱泵項目445項，服務(wù)面積約883萬 m2，占72%；地源熱泵項目103項，服務(wù)面積約343萬 m2，占28%。完成的熱泵工程項目種類全，既有土壤源熱泵系統(tǒng)，如國內(nèi)目前運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)岵膳痉豆こ獭⑷珖畲蟮娜济哄仩t改為水源熱泵供暖項目---北京友誼醫(yī)院項目、北京第一個大型商用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)--空軍招待所水源熱泵項目和北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院立水橋基地水源熱泵項目等。這些項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)。
通過實踐，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_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?，為北京市大?guī)模開發(fā)淺層地?zé)崮苜Y源奠定了基礎(chǔ)，也為在全國大規(guī)模開發(fā)淺層地?zé)崮苜Y源積累了經(jīng)驗。
北京市地勘局的探索與實踐，受到了有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的充分肯定和高度好評。2005年3月，國土資源部原部長孫文盛、北京市副市長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。中國地調(diào)局原局長孟憲來也多次聽取北京市地勘局專題匯報。受孫文盛部長委托，2005年9月22日，部長顧問方克定教授率部地質(zhì)勘查司、地質(zhì)環(huán)境司、礦產(chǎn)開發(fā)管理司和中國地調(diào)局發(fā)展研究中心相關(guān)人員，專程調(diào)研淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用情況。2007年1月29日～30日，由國土資源部主辦，中國地調(diào)局、北京市國土資源局和北京市地勘局共同承辦的“全國地?zé)幔\層地?zé)崮埽╅_發(fā)利用現(xiàn)場經(jīng)驗交流會”在京召開，國土資源部黨組副書記、副部長李元和副部長贠小蘇等出席會議，來自全國400多位代表考察了示范工程，并就國內(nèi)外地?zé)豳Y源勘查評價、開發(fā)利用情況等進(jìn)行了經(jīng)驗交流。2007年1月27日，中國地質(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。該中心專門從事全國淺層地?zé)崮苎芯颗c推廣工作。
責(zé)編：dhl
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