恒有源科技發(fā)展集團（微信號：HYYESSTD）專注于淺層地能作為建筑物供熱的替代能源的科研、開發(fā)和推廣。致力于原創(chuàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，實現(xiàn)為建筑物無燃燒供熱，大力發(fā)展地能熱冷一體化新興產(chǎn)業(yè)。
利用地源熱泵技術(shù)開發(fā)利用淺層地溫能來供暖、制冷，對促進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，建設(shè)低碳城市具有重要的戰(zhàn)略意義。
淺層地溫能是一種新型能源，具有清潔環(huán)保、經(jīng)濟適用的特點，且分布廣泛、方便利用，潛力巨大。淺層地溫能是地?zé)豳Y源的重要組成部分，是指蘊藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中，具有開發(fā)利用價值的低于25℃的熱能。利用地源熱泵將淺層地溫能資源作為冷熱源進行能量轉(zhuǎn)換，從而為建筑物進行供暖和制冷。
淺層地溫能的利用依靠地源熱泵技術(shù)而發(fā)展迅速：20世紀(jì)40年代美國建立第一個地源熱泵系統(tǒng)，從60年代起我國國內(nèi)高校開始研究熱泵技術(shù)，70年代瑞士、荷蘭等相繼建立示范工程，90年代地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用逐漸推廣，到21世紀(jì)，地源熱泵技術(shù)及應(yīng)用迅猛發(fā)展。自2004年以來，我國地源熱泵市場規(guī)模年增長率超過30%，遠高于同期世界20%～22%的平均發(fā)展速度，目前已躍居世界第二位。
省會城市淺層地溫能評價成果
我國淺層地溫能資源分布廣泛，儲量巨大。為推動淺層地溫能這一新型能源的開發(fā)利用，在北京市及天津市淺層地溫能調(diào)查示范的基礎(chǔ)上，2011年政府投入1.72億元分兩批啟動了29個省會級城市淺層地溫能調(diào)查評價工作，由各省、自治區(qū)、直轄市相關(guān)地勘單位承擔(dān)，通過2年的工作，共完成1:5萬水文地質(zhì)測繪28845.5km2、水文地質(zhì)鉆探70709.47m、現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗379組/3345臺班、抽水回灌試驗228組/2231臺班、水樣測試3271組、巖土體熱物性測試9402組。
歷經(jīng)2年調(diào)查評價工作，通過調(diào)查評價，查明了各地區(qū)淺層地溫能分布特點和賦存條件，評價淺層地溫資源量及開發(fā)利用潛力，編制淺層地溫能開發(fā)利用適宜性區(qū)劃，建立重點城市淺層地溫能開發(fā)利用數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)，制定相關(guān)技術(shù)要求與規(guī)程，為各地區(qū)淺層地溫能合理開發(fā)利用和保護提供依據(jù)，具有很強的實際應(yīng)用價值。
在適宜性分區(qū)的基礎(chǔ)上分別進行淺層地溫能容量和淺層地溫能換熱功率計算。根據(jù)省會城市淺層地溫能資源調(diào)查評價結(jié)果，我國31個省會城市200m以淺熱容量為2.34×1016kJ/℃。地下水熱泵系統(tǒng)夏季換熱功率為7.52×107kW，冬季換熱功率為3.41×107kW；地埋管熱泵系統(tǒng)夏季換熱功率為8.49×108kW，冬季換熱功率為5.69×108kW。因北京、天津未開展綜合換熱功率評價，其余29個省會城市地源熱泵系統(tǒng)總的換熱功率夏季為5.66×108kW，冬季為4.48×108kW。地下水熱泵系統(tǒng)夏季可制冷面積為1.00×109m2，冬季可供暖面積為6.22×108m2；地埋管熱泵系統(tǒng)夏季可制冷面積為9.06×109m2，冬季可供暖面積為1.12×1010m2。因北京、天津未開展綜合換熱功率評價，其余29個省會城市地源熱泵系統(tǒng)夏季可制冷面積為6.17×109m2，冬季可供暖面積為8.65×109m2。
淺層地溫能開發(fā)利用的總能量折合標(biāo)準(zhǔn)煤4.67×108t，如果淺層地溫能開發(fā)利用能效率取35%，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.63×108t，約是實際能源消耗的0.1倍，是目前建筑物供暖制冷消耗的1.42倍，可為供暖和制冷提供豐富的能源儲備。環(huán)境效益方面：可減排二氧化硫2.78×106t、減少氮氧化物排放量9.80×105t、二氧化碳3.90×108t、懸浮質(zhì)粉塵1.31×106t、灰渣1.63×107t，可節(jié)約環(huán)境治理費4.61×106萬元。
緩解京津冀地區(qū)資源環(huán)境壓力
京津冀地區(qū)是我國政治、經(jīng)濟、文化中心，也是我國三個“增長極”之一所在區(qū)域，在全國的社會經(jīng)濟發(fā)展中具有極其重要地位。該地區(qū)總面積占全國面積的2.26%，卻承載了全國10%的人口，過高的人口密度、經(jīng)濟活動產(chǎn)生巨大的能源消耗，使得該地區(qū)環(huán)境生態(tài)情況持續(xù)惡化，霧霾現(xiàn)象頻出，對居民健康、經(jīng)濟發(fā)展造成了負面影響。
為了改善目前的環(huán)境狀況，各城市主要應(yīng)對措施是減少煤炭使用，改為燃氣供暖。但天然氣資源供應(yīng)不容樂觀，且管道輸氣能力有限，缺口較大。而目前所占比重較小的淺層地溫能將有效改善京津冀地區(qū)的能源、環(huán)境狀況。
根據(jù)調(diào)查評價的結(jié)果，北京、石家莊、天津三地地下水熱泵系統(tǒng)夏季可制冷面積為2.90億m2，冬季可供暖面積為1.78億m2；地埋管熱泵系統(tǒng)夏季可制冷面積為28億m2，冬季可供暖面積為23.8億m2。京津冀地區(qū)淺層地溫能開發(fā)利用的總能量折合標(biāo)準(zhǔn)煤3.91億t，如果淺層地溫能開發(fā)利用能效率取35%，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.37億t，約是實際能源消耗的28%。可減排二氧化硫232萬t、減少氮氧化物排放量82萬t、二氧化碳32600萬t、懸浮質(zhì)粉塵109萬t、灰渣1370萬t，可節(jié)約環(huán)境治理費386萬元。淺層地溫能資源開發(fā)利用可以極大地緩解京津冀地區(qū)的資源和環(huán)境壓力。
南方城市供暖潛力
淺層地溫能帶來的環(huán)境效益不但可以緩解、改善目前北方城市霧霾嚴(yán)重、能源緊缺的問題，還可以有效的解決南方城市冬季供暖問題。
目前一直施行的南北方供暖區(qū)劃分是由周恩來總理親自主導(dǎo)，以秦嶺、淮河為界，劃定理由是累年日平均氣溫穩(wěn)定≤5℃的日數(shù)≥90天的北方為集中供暖區(qū)。但近幾年隨著全球氣候變化，厄爾尼諾等現(xiàn)象導(dǎo)致極端氣候頻現(xiàn)，中原地區(qū)的冷空氣不斷南下，早已把雨雪分界線推到了秦嶺淮河以南，如2009年1月上海曾出現(xiàn)-8℃等氣溫，并在0℃間浮動持續(xù)一周左右。這種南北分界線一刀切來決定是否集中供暖的做法已不合時宜，如何解決南方供暖問題成為當(dāng)今的熱點問題。
我國南方14省（市）除去海南省，均地處亞熱帶，四季氣候分明，淺層地溫能開發(fā)利用潛力巨大，總的城市熱容量為1.57×1016kJ/℃。地下水熱泵系統(tǒng)夏季換熱功率為3.26×107kW，冬季換熱功率為2.19×107kW；地埋管熱泵系統(tǒng)夏季換熱功率為2.42×108kW，冬季換熱功率為1.73×108kW。若夏季按5個月計算，則每年地源熱泵系統(tǒng)夏季換熱量為9.89×1011（kW?h），折合標(biāo)準(zhǔn)煤約1.22億t；若冬季按4個月計算，則每年地源熱泵系統(tǒng)冬季換熱量為5.61×1011（kW?h），折合標(biāo)準(zhǔn)煤約0.69億t。每年地源熱泵系統(tǒng)總換熱量為1.55×1012（kW?h），折合標(biāo)準(zhǔn)煤約1.91億t。淺層地溫能的開發(fā)利用需要消耗一定量的電能，根據(jù)文獻，淺層地溫能開發(fā)利用能耗比取50%，則每年可節(jié)能7.75×1011（kW?h），折合標(biāo)準(zhǔn)煤9.53×107t。可減少二氧化碳排放3.3億t。
以合肥市為例，該城市水文地質(zhì)條件簡單，地下水類型以孔隙水為主，主要有兩類含水巖組，根據(jù)地下水富水性的劃分標(biāo)準(zhǔn)，工作區(qū)90%的區(qū)域單位涌水量小于1m3/（h?m），屬于極貧水區(qū)，約10%的區(qū)域單位涌水量在1m3/（h?m）～5m3/（h?m），屬于貧水區(qū)?；毓嘣囼灡砻鳎旱叵滤毓嗔績H占涌水量的20%～30%，回灌能力極差。因此不適宜地下水式地源熱泵系統(tǒng)換熱。
合肥市的巖土體（0～200m）平均初始溫度在18.00℃～20.33℃，小功率加熱時的巖土體平均導(dǎo)熱系數(shù)為1.620～2.364W/（m?K）,大功率加熱時的巖土體平均導(dǎo)熱系數(shù)為2.167W/（m?K）～3.105W/（m?K），每延米地埋管換熱孔換熱量在47.5W～58.5W。合肥市的恒溫帶溫度在17.6℃左右，恒溫層深度在12m～32m，地層每百米的增溫率在2.2℃左右。
合肥市大部分區(qū)域都可應(yīng)用地埋管式地源熱泵系統(tǒng)換熱方式，基本都為換熱適宜區(qū)和較適宜區(qū)。經(jīng)計算，本次調(diào)查區(qū)內(nèi)淺層（2m～150m）地溫能的熱容量為292.787×1012kJ/℃，折合為標(biāo)準(zhǔn)煤，則每攝氏度淺層地溫能相當(dāng)于1000.3萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。調(diào)查區(qū)內(nèi)的淺層地層為地埋管地源熱泵系統(tǒng)提供的換熱功率夏季為1.28×107kW，冬季為1.13×107kW。若夏季按5個月計算，則每年地源熱泵系統(tǒng)夏季換熱量為4.61×1010（kW?h），折合標(biāo)準(zhǔn)煤約5.67×106t；若冬季按4個月計算，則每年地源熱泵系統(tǒng)冬季換熱量為3.25×1010（kW?h），折合標(biāo)準(zhǔn)煤約4.0×106t。每年地源熱泵系統(tǒng)總換熱量為7.86×1010（kW?h），折合標(biāo)準(zhǔn)煤約9.67×106t。淺層地溫能的開發(fā)利用需要消耗一定量的電能，根據(jù)文獻，淺層地溫能開發(fā)利用能耗比取50%，則每年可節(jié)能3.93×1010kW?h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤4.83×106t。可減少二氧化碳排放1.68×107t。
積極推進淺層地溫能的開發(fā)利用具有重大意義，不但節(jié)約大量化石能源、提升能源的使用效率，還減少污染的排放，是推動生態(tài)、環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的一大助力。目前我們的開發(fā)利用技術(shù)還未成熟，要解決這些問題，還需因地制宜，多模式結(jié)合，加強新能源的使用，創(chuàng)新供暖、制冷技術(shù)、提高利用效率，發(fā)展節(jié)能環(huán)保的利用模式。（作者：中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所 王貴玲）
來源_供熱制冷
