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浅层地温能 作者：刘永青
井水冬暖夏凉是许多人都熟悉的一个生活常识。这是因为从地表向下到达一定深度(常温层)，其温度就不受外界气温的变化而改变。到达常温层的深度因地而异，一般来说在地下30m左右。例如，南京地区的夏季最高温度可达三十七八度，冬季最冷的时候则在零下六七度，但地下常温层却常年保持在十五六度。常温层与外界气温间之差存在的能量就叫做浅层地温能。如果对其进行开发利用，夏季可以用来制冷，冬季又可以用来供热，实在是两全其美。
地温能开发现状 浅层地温能在过去一直被人们所忽视，但随着能源的大量消耗，开发地温能技术和设备的不断完善，使得浅层地温能的采集、利用已经成为现实。开发利用浅层地温能已成为整个国际地热界的发展方向。 美国从1985年以来，浅层地温能开发每年以超过10％的速度增长，目前家庭采用浅层地温能供暖(冷)的建筑占商用建筑的19％，占当年新建筑的30％。 我国，目前北京市采用浅层地温能供在热的建筑物总面积达800万m2。1999年以来，北京市地勤局建成了全国最大的地热加热泵供暖项目——北苑家园；国内最大的地源热泵系统工程——石油化工管理干部学院地源热项目；全国最大的燃煤锅炉改为水源热泵供暖项目——北京友谊医院项目。从近几年北京市地勤局采用浅层地温能供热(冷)工程实施情况分析，使用浅层地温能不仅环保，而且在使用过程中“只用热不用水”，最大限度地减少对地下水的依赖，避免造成地下水交叉污染、地面不均匀沉降等问题。目前，北京市采用浅层地温能技术的供暖(冷)建筑面积每年以15％～20％的速度增长。 储量大且再生迅速 通常所说的开发地热能指的是地壳深层的地热，但是深层地热并不广泛存在，只在少部分地热异常区才有。相反，浅层地温能分布广泛，再生迅速，开发利用投资少且价值大，符合循环经济发展需求。 据专家测算，我国地层以下近百米内的土壤，每年可采集的地温能量是目前发电装机容量的3750倍。 北京市地勤局负责人介绍，使用地能热泵技术开发利用浅层地温能的节能效果十分明显。 运行费用较低，全部被调查的项目均低于燃油、燃气和电锅炉供暖价格，63％的项目低于燃煤供热的供暖价格。而且就地取能，不向大气排放燃烧废物，实用性强，应用前景广阔。 现行的二种热泵技术 开发浅层地温能的热泵技术包括水源热泵和地源热泵。地质条件较好，浅层地下水丰富且容易回灌，可采用水源热泵；地质条件不好，可采用地源热泵。 水源热泵技术是指抽取与地层相同温度的地下水，并通过机组与抽取的地下水进行换热。在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，实现制冷；在冬季，则从水源中提取能量供暖。根据系统负荷及需水量的大小，地层的出水能力和回灌能力来设计抽水井和回灌井的数量。在这过程中，水源水经过热泵机组后，只是用于交换热量，水质不发生变化。地源热泵技术以土壤作为热源和热汇，通过埋于地下注满循环液的换热器与土壤进行冷热交换，并根据系统负荷量的大小、地层的导热能力来设计换热孔的形式、数量和深度。只要有少量的电能，基本上所有地区都能使用地源热泵。在平原地区钻土施工换热孔比较容易，成孔费用较低；在山区，钻取岩石或砾石层所需的费用就要高些。 2006年下半年，我国首次浅层地温能开发利用研讨会将在北京召开。专家认为，采集大自然低温可再生热能特别是浅层地温能是新世纪取代传统供暖(冷)方式最为现实、最有前途的技术措施。 浅层地温能”叫法更科学
浅层地温能是地热资源概念的延伸，是与地热能有关的一个分支，与传统地热资源既有联系又有较大的区别，其叫法经历了“浅层地温能→浅层地热能→浅层地温能”的过程。中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心总工程师冉伟彦近日向记者表示，根据资源的本质、特点及开发利用方式，“浅层地温能”的称谓是科学的、有一定道理的。
冉伟彦介绍，浅层地温能是指蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能。其中，“浅层”是指地壳上部较经济的开发深度。考虑到经济性和可用性，当前定义浅层地温能利用深度一般为200米。我国南方地区以散热方式为主，经济的地埋管施工深度一般为100米左右；北方地区以冬季取热为主要用途，由于浅部地温较低，根据地热增温率，开发利用深度可增加到300或400米。 冉伟彦表示，叫“浅层地热能”容易与浅部存在的地热资源相混淆。 地热资源是能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用矿物成分。其中两个关键词是地热流体、有用矿物成分，浅层地温能用的不是地热流体也不是有用矿物，所以与传统地热资源有区别。传统地热能是赋存于热储中（一般大于25摄氏度），存在于热矿水中可发电或直接利用的高品位热能，大多存在于地层的深部，但也有存在于浅部（200米以浅）裂隙对流型或火山型的热田中，如云南的腾冲、西藏的那曲、新疆等地。如果叫“浅层地热能”容易与存在于浅部的传统地热能（大于25摄氏度）混淆。 另一个与传统地热能的区别是，浅层地温能存在于盖层浅部可冬夏两用。由于浅层地温能的温度与年平均气温相近，没有直接利用的价值，只能通过地源热泵系统消耗少部分机械能提高品位后才能成为有利用价值的热能。在夏天这种常温的地质环境比当地气温低十几度，所以又可以成为热汇接受空调制冷时的人工排热，起到了传统地热起不到的作用。 冉伟彦说，“地温能”中的“温”字是热程度的描绘词，在中国传统的对热现象的描述中“温”是低于“热”强于“暖”的描述字，根据恒温层的温度范围低于25摄氏度，所以用“温”字比“热”更贴切。 地温场是存在于盖层中的地球物理场。由于浅层地温能是存在于正常地温场中的位能，也是可有正负双向变化的势能，所以用“地温场”中的“温”字来表明与地温场的关系。而传统地热能只存在于地热异常区，正常地温场中没有传统地热，这也是不用“热”字的理由之一。 为什么不叫“地能”呢？冉伟彦表示，有一些企业或媒体把浅层地温能归属于“地能”，这种称呼没有错，就好像风能和太阳能也可以叫“天能”一样，但这种叫法比较少见。其实“地能”中既包括热能也包括动能，最大的能量是地应力引起的潜在动能，如地应力在瞬间释放产生的地震、地应力缓慢释放产生的地层褶皱和板块运移。但这些能量还不能被人类所利用，为了与最大的“地能”相区别，所以还是应该把这种低品位热能叫“地温能”比较合适。 综上，冉伟彦表示，为便于开展工作，“浅层地温能”的叫法更科学 |
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