浅层地热能简介
11.浅层地热能在建筑中的利用(新)
应用 95%用于住宅，63000台用于供 暖（带或不带热水供应） 90%用于住宅，33000台用于供 暖，11400台用于生活热水 30%用于住宅
没有使用热泵，基本都用普通单冷空调 52% ns 47% — — 用于供暖 40%用于住宅游泳池加热
没有使用热泵，基本都用普通单冷空调 17% — 72% 40% 2% — 12% 5% 81% — 16% 55% 83%用于住宅供暖 43%用于住宅供暖和/或制取热 水 90%用于住宅供暖及制取热水 91%用于住宅供暖（带或不带 热水供应）
地下水地源热泵系统
美国的GaitHouseHotel为目前世界最大地下水地源热泵项目 之一，配置了总装机容量为16529．9kW(4700冷吨)的GSHP系统， 为89000m 的办公楼和70000m 的旅馆提供热量，运行15a无任何 问题。系统包括四个39．6m(130英尺)深的井，每个井以2646L／ min (700加仑／min)的流量从地下含水层中提取地下水，地下水进 入蓄水池并在此通过板式换热器与建筑物闭式热泵循环系统内的水 进行换热，换热后地下水流入Ohio河。闭式循环系统中总循环水 量为245700L(65000加仑)，其中94 500L(25000加仑)为办公楼服 务，剩余为旅馆提供冷、热量。 经过计算，系统每年可减少排放817吨CO2、9.97吨SO2、2.49 吨固体微粒。
地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、
地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统。
地埋管地源热泵（地下耦合系统）系统包括
一个土壤岩石耦合地热交换器，它或是水平 地安装在地沟中，或是以u-形管状垂直安装 在竖井之中。不同的管沟或竖井中的热交换 器成并联连接，再通过热泵机组进入建筑中 与建筑物内的水环路相连接。地埋管地源热 泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的 地源热泵系统，它通过循环液(水或以水为主 要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动， 实现系统与大地之间的传热。
地热资源评价浅层地温能
工提供埋管工艺和埋管材料热
传导性能等。 砂质粉土
土壤的传热性能取决于土
细砂
壤的热导率、密度、比热容等。 粘土
土壤的含水量对其密度和导热
性有决定性影响，潮湿土壤的
热导率高于干燥土壤。
F
场地浅层地热资源调查
2. 热响应试验
取得换热孔的有 效传热系数、岩 土体平均导热系 数、地层初始温 度等参数，计算 确定换热孔的合 理间距
D 提出可持续开发利用
E 提出可持续开发利用的方案建议
浅层地热能勘查的目的与分区
需要解决的问题： 1、特定水文地质条件和气候特征下，地
下含水层的流动和传热机制； 2、地下含水层储能与水热调蓄的能力。
由于各地区地质和水文地质条件的复杂性和多变性，导 致各地区岩（土）层的导热性和水文地质参数差异巨大，在 一个地区能成功应用的地下换热系统，在另一地区往往并不 适用。
勘查要求：
• 勘察井深度一般宜小于200m，当有多个含水层组 且无水质分析资料时，应进行分层勘查，取得各 层水化学资料；
• 勘察井工作量按下表确定。
地下水换热方式浅层地热能调查
勘察井工作量
工程热负荷q/ kW
q<500
勘察井数量数量/ 个
1~2
500≤q<2000
2~3
q≥2000
≥3
注：工程热负荷取冷、热负荷中较大者。
地热资源与浅层地热能区别
温度 (℃)
深度 (m)
利用性
建筑中 利用
平面 分布
垂向 分布
地热
＞25
n×10２ ～n×10３
发电、 直接利 用
供暖、 供热水
地热田
热储中
浅层 地温
浅层地热能
浅层地热能浅层地热能由于水温升高可以形成蒸汽，经过热交换器冷凝为液体。
在现有技术条件下，将地下的热水从一个较深的地方引出来的成本大概是每100米3~6美元，因此把这些热水加热成蒸汽是比较便宜的，而且还不需要抽水机来维持较深处的地下水。
在使用燃气或燃油锅炉等普通发电设备向地热区供电时，会产生一系列的污染物质，其中包括硫化物、氟化物、汞及其他重金属污染物，当然其中也含有氯等有害物质。
如果用水蒸气发电代替燃煤锅炉则可减少一些这样的污染物排放量。
另外，在大多数情况下地热蒸汽的热效率都高达30%以上，因此即使用水蒸气来发电，每发一度电所获得的热量仍然比使用燃煤电厂产生的电力要高得多。
以此推算，若用地热发电取代目前美国发电厂的全部燃煤，并降低二氧化碳排放量一半，则其二氧化碳排放量仅相当于1970年水平，假如用地热发电可使美国1990年至2000年的二氧化碳排放量减少40%。
因此，用地热能发电不仅可以保护环境，还可以大幅度节省资源。
地热发电与煤炭发电相比，地热发电设备简单、投资少、运行成本低、不排放废渣、废气、废水、噪音、废渣、粉尘，完全符合当今世界对环境保护的要求。
由于地热发电使用的原料主要是地热流体，它几乎没有温室效应，这种利用地热能的技术既清洁又安全。
水作为一种理想的低污染工质，已经成为各种工业过程的关键组分和选择性载体，特别是在高新科学技术的发展过程中，更是成为现代工业过程中重要的工质之一。
同时，作为重要的非再生资源，水在人类社会的文明进步过程中也发挥着不可替代的作用。
地热能是一种自然存在的能量形式，具有无污染、不可再生、蕴藏量丰富、清洁卫生、环境友好等优点，被誉为21世纪最具有开发潜力的清洁能源。
可以说，地热能是可以像太阳能一样普遍获取的、可再生的、永不枯竭的绿色环保能源。
中国已将地热能确定为21世纪最具有战略意义的替代能源之一。
发展地热能利用是实施可持续发展战略的必由之路。
我国丰富的地热资源可望在21世纪逐渐转变为现实的经济优势，使其成为解决我国能源紧张问题的一条重要途径。
浅层地热能开发简析
图析
对比：
地埋管地源地源热泵系统 地下水地源热泵系统
系统耗电量大，噪音大； 受到场地的限制地埋管方 式，在城市中心地区已经 很难实施。
供暖效果较好，但受环境 影响相对较大； 据现状调查，回灌情况不 理想，部分水源井潜水和 承压水混合开采，极易造 成串层污染
THANKS
287个地级以上城市 可利用 扣除开发消耗电量可节能 2.78×1020J 2.89×1012kWh 2.02×1012kWh 4.26×1011kWh
相当于标准煤（亿吨）
95 3.56 2.48（减少二氧化碳排放6.52亿吨） 0.5269 （14.8%）
截止2015年已利用
利用方式
主要利用热泵技术，根据 地下换热形式的不同，其开发 方式主要有地下水地源热泵系 统，地表水地源热泵系统和地 埋管地源地源热泵系统。
浅热能
浅层地热能 Shallow geothermal energy是指地表以下一
定深度范围内（一般为恒 温带至 200 m 埋深）， 温度低于 25℃，在当前 技术经济条件下具备开发 利用价值的地球内部的热 能资源。
特点
优点：
1.范围广 2.储量大 3.开采成本低 4.环保
缺点：
1.品位低：借助热泵才能利用，运行时消耗电能。 2.采集受所在地水文地质条件的影响较大：实际应用 中，在不同的水文地质条件下利用成本差异是相当大 的。 3.采集受到场地的限制：采集浅层地热能最常用的方 式是地下水井方式和地埋管方式，这两种方式都需要 较大的场地。
我国浅层地热能开发现状
每年浅层地热能资源量
启动区浅层地热
启动区浅层地热
启动区浅层地热是指利用地表以下较浅层的地热资源进行能源开发和利用的过程。
地球表面以下约几十米的地下区域，存在着一定的地热能量，这部分能量可以通过建设地源热泵、浅层地热能井等设施来利用。
浅层地热能源主要利用地面深度约50米以内的温度稳定、资源丰富的地区。
通过在地下安装管道，将地面上的液体或气体输送到地下，经过对流和换热过程，吸收地热能量，再将经过加热的热液或热气输送到地面进行利用。
启动区浅层地热的优点包括资源分布广泛、能量稳定可靠、污染排放低等。
另外，相比于深部地热能源开发，浅层地热具有较低的技术门槛和建设成本，对城市和农村地区能源供应的可持续发展具有潜力。
在实际应用中，启动区浅层地热可以用于供热、供冷、发电等方面。
例如，可以利用地源热泵系统将地下的稳定温度用于建筑物的空调和供暖；也可以利用浅层地热来发电，通过直接或间接的方式将地热能量转化为电能。
然而，启动区浅层地热也面临着一些挑战，包括地下水资源保护、地热能开采对地质环境的影响等。
因此，在进行启动区浅层地热能源开发时，需要进行充分的勘探和评估，确保合理利用地热能源的同时保护地球的环境和生态系统。
新型绿色清洁能源——浅层地温能
新型绿色清洁能源——浅层地温能随着科学技术的发展，人们认识自然、改造自然能力的不断提高，一些新兴领域、新兴资源不断为人们所开发、所利用。
浅层地温能便是近年来兴起的新类型资源，是新型的绿色清洁能源，前景广阔，大有可为。
一、浅层地温能基本概念浅层地温能也称浅层地热能。
是指地表以下一定深度范围内（一般在地下 200 m 深范围），温度低于25℃，在当前技术经济条件下，具备开发利用价值的地球内部的热能资源。
浅层地温能是地热资源的一部分，可称为特殊的能源资源。
其主要特点同太阳能、风能等能源一样，不产生二氧化碳及热岛效应，清洁环保，不产生室内外环境污染，是典型的“气候友好技术”和“绿色经济”。
浅层地温能的能量，主要来源于太阳辐射与地球固有的地热增温极效应：一方面吸收来自太阳的热辐射，另一方面蓄积来自地球内部的热逸散，因而是一种近乎可无限开发的可再生清洁能源。
地球表面是一座巨大的天然太阳能集热器和储热库，通过分布在地球表面的岩体（地表裸露基岩）、土体（地表耕作层与风化层）和水体（包括地表水和浅层地下水）来吸收和储集太阳热能为地热能。
地球浅表的岩土体、地下水、地表水是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，该能量是人类利用量的五百多倍。
据计算，浅层地温能的能量，到达地球表面的太阳能，相当于全世界能源消耗量的2000倍以上。
浅层地温能资源的开发利用只通过消耗少量的电能，就能够从浅层岩土体、地下水中提取大量的热量或冷量，每消耗1kW的电能，用户可得到4kW以上的热量和6kW以上的冷量，即制热工况下能效比为4.0以上，制冷工况下能效比达到6.0以上。
利用过程无燃烧，不消耗化石资源，不向外界排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉尘的排放，不会造成环境污染，环境效益非常显著。
浅层地温能利用示范项目：全国首个地质科技园——贵州地质科技园二、浅层地温能开发技术浅层地温能的开采、利用条件主要受气候、地形、地貌、岩石、构造、地表水与地下水及城镇分布等因素的控制和影响。
地热能的开采和利用技术
地热能的开采和利用技术随着能源问题的日益凸显，人们对可再生能源的关注度也越来越高。
地热能作为一种清洁、可再生的能源类型，逐渐被广泛认知和应用。
本文将介绍地热能的开采和利用技术，包括浅层地热能利用、深层地热能利用等方面的内容。
一、浅层地热能利用浅层地热能利用主要指的是地下温度较低深度（几十米内）的浅层地源热泵系统。
该系统通过地下温度的特点来实现供热和供冷，具有节能、环保、舒适等优点。
浅层地源热泵系统由地热井、热泵单位、供回水系统三个部分构成。
其中地热井是将地下温度利用到最大的部分，地热井的深度要按照当地的气候和供热需要进行调整。
热泵单位是制冷、制热的核心部分，对于储水容器或者室外管道进行热量的交换，从而实现了夏季降温，冬季升温的效果。
供回水系统是将调节后的水通过管道输送到室内进行供冷或供热。
浅层地源热泵系统的优点在于稳定、节能、环保，在燃料费用与热量能耗之中，前者降低了因使用燃料带来的能源消耗，在后者上，在某些大型供热系统中，使用地热能作为起伏太远，后续维护难度大的柔性供电的替代，确保无时无刻有热水供应。
浅层地源热泵系统在大气温度变化较小的地区，可以实现一年四季平稳供热，是一种较为成熟的地热能利用技术。
二、深层地热能利用深层地热能利用主要指的是通过开采较深的地下热水来实现供热和发电。
深层地热能具有稳定、可靠、可再生、环保等特点，被认为是一种非常有前景的清洁能源。
深层地热能开采主要包括地热能、热水、热炉锅炉和热电厂等。
地热能通过封闭的钻井设备到地下抽取取暖，或者对洞穴温度的测量和影响来察明矿区的地热温度（常温28℃以上），对于储水服务也比较成熟。
热水和地热能的不同在于，热水可以用于供给温泉浴馆，地热能则是寻矿、统计洞穴较多的机构才能考虑使用的容量大、安装应用困难的技术，但是生产和使用的效率都非常高。
深层地热炉锅炉和热电厂则是利用地下热水产生的高温高压蒸汽，带动汽轮发电机发电。
由于深层地热能的稳定性和可再生性都非常强，因此深层地热能发电被认为是一种最为理想的清洁能源之一。
浅层地热能和中深层地热能
浅层地热能和中深层地热能都是地热资源的一部分，具有不同的特点和利用方式。
浅层地热能通常指地表以下一定深度范围内的地热资源，通常为几十至几百米深度。
这种地热能通常是通过利用地下温度较低的资源，如地下水、土壤等，进行采暖、制冷、发电等方面的利用。
浅层地热能的开发利用成本较低，但输出能量较小。
中深层地热能则是指深度在200米至3000米之间的地热资源。
这种地热能的特点是温度较高，通常在50℃至150℃之间，可以通过热水、高温蒸汽等方式进行开发利用。
中深层地热能的利用范围较广，包括采暖、制冷、发电、旅游景区供能等领域。
同时，中深层地热能还具有稳定、连续、利用效率高等优势。
在实际开发利用中，浅层地热能和中深层地热能各有其适用的条件和领域。
对于温度要求不高、利用规模较小的场合，浅层地热能可能更为适合；而对于需要高温能源的场合，中深层地热能则更具优势。
同时，由于地热资源的分布具有地域性特点，不同地区的地热能开发利用条件也会有所不同。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行选择和评估。
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我国浅层地热能适宜性评价简介
• 概述 • 国内发展现状 • 热泵技术及适宜性评价的理论方法 • 层次分析法 • 结论
概述
• 浅层地热能是地球热能的重要组成部分，温度稳 定且分布广泛，是一种清洁的可再生资源，开发 利用前景较好。适宜性评价是开发利用浅层地热 能重要的环节，本文中浅层地热能适宜性评价在 确定评价因子的基础上分为计算与作图两个步骤， 其中计算包括确定权重体系与确定评分体系两部 分。本文采用层次分析法(AHP)确定适宜性评价 中各要素的权重，评分体系则通过专家的综合打 分来确定，最后将各要素权重与其相应的评分相 乘相加得出最终的综合评分，依据综合评分进行 浅层地热能适宜性分区。
地下水源热泵适宜性评价层次结构图
土壤源热泵系统
• 影响土壤源热泵建设的因素很多，本文根 据我国目前的实际情况，初步确立了土壤 源热泵适宜性分区的评价因子为:潜水水位 埋深、第四系厚度、含水岩组介质类型、 潜水(承压)含水岩组水质、综合热传导系数、 平均比热容、地形地貌、地质灾害类型分 布以及水源地保护区范围分布共10个
地下水源热泵系统
• 地下水源热泵系统是以地下水作为冷热介 质，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑物 供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排 放，实现对建筑物制冷。
• 地下水源热泵系统是由水源系统、热泵机 组和末端系统三部分组成 。
• 图中抽水井用于抽取地下水及释放热量;回 灌井用于地下水回灌;热泵主机用于提取热 量;风机盘管用于向建筑物制冷、供热。
国内发展现状
• 伴随着20世纪70年代世界石油危机而掀起的地热新能源开 发，在30多年的发展历程中又发现了新的亮点，那就是利 用浅层地热能的地源热泵开发技术。近10余年来，世界利 用热泵技术的潮流给我们指引出一条光明大道，地源热泵 史无前例的高效率和高环保效益，也必将在我国有巨大的 发展前景。
• 在利用地源热泵技术开发浅层地热能的过程中，适宜性分 区是一个最为重要的环节，无论是地埋管地源热泵系统还 是地下水源热泵系统，都必须在资源评价之前进行适宜性 分区，分区考虑的要素依照各地区的差异而有所不同，分 区的结果也将直接影响到最终的浅层地热能资源评价。因 此，研究适宜性分区的发展现状，还须从利用地源热泵技 术开发浅层地热能的角度入手。
层次分析法
• 层次分析法是一种定性与定量分析相结合 的多因素决策分析方法，是分析多目标多 准则复杂系统的有力工具。运用这种方法， 决策者通过将复杂问题分解为若干个层次 和若干因素，并按上一层的准则对其下一 层次的各要素进行分别比较，就可以得出 各要素的重要性程度权重，给定定量指标， 然后求解各层次各要素相对重要性权值， 最后做出综合分析和评判
大学学报，2009(1). 【9】薛光、姜曙光.石河子市地下水源热泵的适宜性评价研究[J].石河子大学学报，
2011（4）. 【10】韩春阳、潘俊等.沈阳城区水源热泵适宜性评价[J].地下水，2011,3期33卷.
土壤源热泵系统
• 土壤源热泵系统同地下水源热泵系统一样 是以水或其他换热液作为冷热介质，但不 同的是土壤源热泵系统通过埋设在地下的 换热管与土层进行热量交换，冬季利用土 层中的热量给室内供暖，夏季将室内的热 量释放到土层中以达到制冷的目的。
• 土壤源热泵系统由地下热交换器、热泵机 组和末端系统三部分组成 。
热泵技术及适宜性评价的理论方法
• 浅层地热能的开发利用一般采用地源热泵技术。 地源热泵技术是利用地下土层或地下水温度相对 稳定的特性，通过消耗电能，在冬天把低位热源 中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天 还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降 温或制冷的目的。根据换热方式的不同，可将地 源热泵系统分为两类:以利用地下水为冷热源的地 下水源热泵系统;以利用土层作为冷热源的土壤源 热泵系统，也有资料文献称为地下藕合热泵系统 或者地埋管热泵系统。
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土壤源热泵适宜性分区层次结构图
结论
• 本文通过运用层次分析法，讨论了影响我 国地下水源热泵与土壤源热泵建设的因素， 建立了相应的评价指标体系与评价指标的 量化，但是介绍的过于简单，这些指标在 不同的城市有不同的权重，具体到应用地 下水源热泵或是土壤源热泵时，还要根据 具体的城市做具体的分析，结合当地的实 际情况，进行更为详细的勘查工作，从而 降低盲目性，实现资源的合理利用。
研究,2010. 【6】王亚斌，张海涛等.天津市水源热泵系统水文地质条件适宜性评价方法研究
〔C].地温资源与地源热泵技术应用论文集，2007:72一79 【7】臧海洋.沈阳城区地下水源热泵适宜性评价及应用模式研究[D]. 【8】纪轶群、叶超.北京平原区浅层地温能空间信息系统设计与实现[J].首都师范
地用埋管的 方式来实现，埋管方式多种多样，目前普 遍采用的有垂直埋管和水平埋管两种基本 形式 。
• 水平埋管式开发技术要求不高且初期投资 较少，但其缺点是占地面积大，温度稳定 性也较差，现在已很少采用。垂直埋管式 地热换热器目前应用较多，发展较快。
地下水源热泵系统
• 影响地下水源热泵建设的因素很多，本文 根据我国目前的实际情况，初步确立了影 响地下水源热泵建设的几个因素，主要有： 水文地质因素、气象因素、社会经济因素、 场地施工因素、环境保护因素。我国区域 地下水源热泵适宜性评价层次关系如图4.1 所示，它由综合层（A）、准则层（B）、 要素指标层（C）组成。