浅层地能及其开发利用
所谓浅层地能（热）是在太阳能照射和地心热产生的大地热流的综合作用下，存在于地壳下近表层数百米内的恒温层中的土壤、砂岩和地下水里的低温地热能。浅层地能（热）是一个从有人类开始就为人的生存供暖的热能，延安的窑洞、北京郊区的菜窖、温室以及利用防空洞为室内降温等等，都是浅层地能（热）的原始应用。据专家测算，我国近百米内的土壤每年可采集的低温能量达1.5万亿千瓦，是我国目前发电装机容量4亿千瓦的3750倍，而百米内地下水每年可采集的低温能量也有2亿千瓦。由于储量巨大，分布普遍，因此许多专家将浅层地能比喻为一个巨大的绿色聚宝盆。
浅层地能（热）是一种清洁的可再生资源，其开发利用对于节能减排、保护环境具有重要的作用。近年来我国利用浅层地热能供暖制冷的建筑工程数量及面积增加迅速，目前已超过6000万平方米，服务工程也由原来以中小型项目为主向大型项目发展。
特点及优势
浅层地能（热）是太阳能的一种存在形式，是地热可再生能源家族中的一名新成员。由于浅层地下收集了太阳射向地球60％的能量，相当于人类每年能耗的近2万倍，加上地核芯热综合作用，这个地层形成相对恒温层带，因此：
与传统能源相比，浅层地能具有储量巨大、再生迅速、分布广泛、温度四季适中，并且取之不尽、用之不竭的特点，是巨大的绿色能源宝库；
与传统地热相比，具有投资及运营风险较小、易于回灌、可再生性强、对地下水影响小、地域局限性小等优势，并且浅层地能不属于国家矿产资源，不需要支付资源费用。
浅层地能与热泵
什么是热泵？
人们所熟悉的泵是一种能提高位能的机械设备，比如水泵主要是提高水位或增加水压，而热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位热，经过电力做功，输出可被人们所用的高品位热的设备，热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。
热泵有几种？
根据热源不同，热泵可分为空气源热泵、水源热泵、地缘热泵。据统计，目前已竣工工程中采用水源热泵系统的约占58%，采用地缘热泵的约占37%，采用空气源热泵系统的只占5%。
工作原理是什么？
热泵主要由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀四部分组成。热泵机组设备内专置一种吸热介质冷媒，它在液化的状态下低于零下20℃，与外界温度存在着温差，因此，冷媒可吸收外界的热能，在蒸发器内部蒸发汽化，通过热泵机组中压缩机的工作提高冷媒的温度，再通过冷凝器使冷媒从汽化状态转化为液化状态，在转化过程中，释放出大量的热量，传递给水箱中的储备水，使水温升高，达到制热水的目的，这便是该产品的独特之处，也是市场潜力的理由所在。
与其它设备相比，热泵有什么优势？
1、成熟技术（集成），性能可靠；2、高效、低耗、环保、安全；3、一套设备冬夏两用：冬季从地下水和土壤取热，向建筑物供热，夏季向地下水和土壤放热，向建筑物供冷，年周期内环境系统基本维持热平衡；4、无任何污染排放的绿色环保系统。
浅层地能的采集技术
浅层地能（热）的提取方法很多，主要有抽水井式、地埋管式和单井抽灌式。
1、抽水井式：这是国外在1964年提出的利用浅层地能采暖的方案。工作原理是在地上开凿两眼以上水井，从其中一口井取出地下水进入机组放热，之后地下水温度降低进入第2口井（回灌井）回灌于地下。由于这种方式会破坏地下水的自然分布，对地质、建筑等带来严重影响，引起地下水交叉感染，并且会引起取水井塌陷和回水井堵塞、大大降低系统生命周期，因此从上个世纪70年代后受到严格限制发展。
2、地埋管式：这种方式分为水平埋管、垂直埋管和螺旋埋管等形式。对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大；对于垂直式埋管系统，其优点有：占用土地面积小，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高。
3、单井抽灌式：单井抽灌采集技术是一个以水为介质的密闭循环的热量采集装置。运行过程中没有水资源消耗，对区域地下水状态和地质结构无影响，大大减少从能源开发到能源使用的过程投入；显著提高能源利用率，与传统电锅炉相比节电3/4，大大减少了供电配置。
地埋管式与单井抽灌式互为补充以解决所有地质条件的土壤取热。在地下水资源丰富的地区采用单井抽灌比较理想，在无水或者少水地区采用地埋管式较为理想。 应用现状及发展前景
国外
瑞士Zoelly在1912年首次提出利用浅层地热能作为热泵系统低温热源的概念，并申清了专利，标志着地源热泵系统的问世。但真正意义的商业应用只有10几年的历史，且发展相当迅速。现今，地缘热泵已在北美、欧洲等地广泛应用，技术趋于成熟。美国正在实现每年安装40万台地缘热泵的目标；与美国情况不同，在瑞士、奥地利、丹麦等北欧国家，主要利用浅层地热资源，采用地下土壤中埋盘管的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年统计，家用供暖设备中，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%，比1996年以前有明显提高。
国内
20世纪80年代初至90年代末，随着城市能源结构的变化，在我国暖通空调领域 (论坛 新闻)掀起一股热泵热，热泵供暖制冷的应用在一些大城市日益广泛。进入21世纪以来，随着国家相继出台了支持可再生能源开发利用的一些方针政策，地源热泵行业有了较快发展。据初步统计，全国范围内，除港、澳、台地区外，31个省、直辖市、自治区均有热泵项目，热泵工程应用数量逐年增加，而且形成了成倍数增加的趋势。企业的资本从100万元到数亿元不等，但还是以中小企业居多，这说明地源热泵行业目前还是处于起步阶段。目前，我国境内地缘热泵系统生产企业主要集中在北京、广东和山东3个省、市，约占全国生产企业总量的70%，另外30%主要来自上海、江西、辽宁、内蒙古、四川、天津等地。
问题与对策
就目前浅层地能（热）存在的问题，专家们认为主要表现在3个方面：
1、政府支持和补贴尚显薄弱，各项法规亟待健全。目前，虽然出台了国家的《可再生能源法》、《节约能源法》、《水法》和《可再生能源发展的专项资金管理办法》以及地方性政策，比如北京市9部委联合发布的《关于发展热泵系统的指导意见》和近期的补充说明等，政府对推动热泵技术比前几年有了很大改善。但仍存在多头管理、缺乏监督机制等问题，影响热泵技术的推广应用。
2、地源热泵产品型号和规格相对较少，并且以国外的原配件组装的产品为主。有些国外地源热泵公司在国内投资建厂（合资为主），国内生产水源热泵较大的企业是山东省富尔达空调设备有限公司，还有北京恒有源、华清集团、清华同方等，我国自主知识产权的产品很少，研发力度不够。
3、技术应用方面。首先，地源热泵技术是暖通空调技术与水文地质条件相结合的综合技术，两者缺一不可，由于从业人员不了解水文地质条件而导致工程失败，如在运行过程中发现回灌成了大问题等等。其次，在一些工程中，设计与应用地源热泵系统时忽视了冷热的平衡问题。三是缺乏必要的地下监测工作，大部分已建热泵工程未建立地下水与岩土的监测系统（井）。四是缺乏对岩土热物性特征的了解，未进行实际测试。五在地源热泵工程设计中，需要开展探讨适应地源热泵系统的地质环境综合评价方法。六是设计中缺少对地热泵供图的经济合理性分析。七缺少必要的宣传和推广活动。八技术队伍良莠不齐。
针对以上问题，原国务院参事，建设部环境中心主任王秉忱开出了以下药方：
1、继续加大政府对地源热泵技术推广应用的支持力度，逐步建立相关鼓励政策和健全工程建设的技术审批和工程运行的监督管理制度。应结合不同地区的环境特征，制定地方能源使用种类和区域布局的专门规划，在整体规划中加强可再生能源的使用力度。
2、对设计、施工和监管部门建立专项设计施工资质管理制度，实行市场准入制和工程的监理制以及技术人员的培训上岗制，以保证施工队伍的技术水平和工程质量。
3、随着地源热泵技术的不断推广应用和深入发展，还应逐步开展结合我国特征的、较详细的相关规程规范的编制工作。组织不同领域的专家，从各自的专业领域出发，结合地源热泵系统的特点，编制综合性的技术规程规范，以指导地源热泵行业的健康发展。
4、建立国家专项基金，大力支持地源热泵技术的研发力度。
5、在必要的规程规范中，明文规定任何地源热泵工程都必须建立地下水与岩土监测系统，以保证对地质环境的了解和地源热泵系统的正常运行。
6、在全国主要大中城市和经济发达地区，开展浅层（100米以上）的岩土热物性参数测试工作，建立全国与地源热泵工程有关的水文地质数据库。
7、成立国家级多学科的专家组，对拟建大型地源热泵系统工程，有计划地开展经济、技术、地质环境综合评价。
8、广泛开展地热泵技术的宣传和推广活动。
9、加强对大型地源热泵工程的优化设计管理，使其真正达到节能，环保，经济。
链接：我国支持地热能开发的相关政策
2006年1月1日实施的《中华人民共和国可再生能源法》，地热能的开发与利用被明确列入新能源所鼓励的发展范围，地热能源首次被列入政策扶持范围；
2007年6月，《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》中，明确提出要推进风能、太阳能、地热能、水电、沼气、生物质能利用以及可再生能源与建筑一体化的科研、开发和建设，地热能再次成为被关注的焦点；
2008年12月，《国土资源部关于大力推进浅层地热能开发利用的通知》（国土资发〔2008〕249号 ）提出，按照在开发中保护，在保护中开发的要求，摸清浅层地热能资源，编制开发利用规划，科学利用浅层地热能，统筹当地经济社会与资源、环境协调发展。加强组织领导，抓好技术培训，制定优惠政策，实行规范管理，促进浅层地热能开发利用工作健康发展。这为地热能的开发掀起了新一轮的热潮。
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