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。
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