浅议浅层地热能勘查与开发利用-赵季初(单)

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1、山东省地矿局总工程师培训班结业论文浅议浅层地热能的勘查与开发利用姓名：赵季初单位：山东省鲁北地质工程勘察院中国地质大学(武汉)·2013年12月9浅议浅层地热能的勘查与开发利用9赵季初（山东省鲁北地质工程勘察院，山东德州，253000）摘要：本文首先回顾了浅层地热能的开发利用历史，并对我国浅层地热资源的勘查与开发利用现状进行了简要的总结，介绍了浅层地热能开发利用节能效果的理论依据。结合实际工作经验与规范要求，对浅层地热能的勘查评价过程进行了梳理，对浅层地热能开发应注意的问题的进行初步分析。关健字：浅层地热能勘查开发利用91浅

2、层地热能勘查利用现状《浅层地热能勘查评价规范》（DZ/T0225-2009）中定义：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。指通过地源热泵换热技术利用的蕴藏在地表以下200m以内，温度低于25℃的热能[1]。浅层地热能的开发利用最早起源于欧美，十九世纪早期法国科学家萨迪.卡诺（Sadikarnot）在1824年首次以论文提出“卡诺循环”理论，这成为热泵技术的起源。1912年瑞士的苏黎世首次采用了河水作为热源的热泵系统进行供暖。1946年第一个地源热泵系统在美国俄勒冈州诞生。1974年起，瑞

3、士、荷兰和瑞典等国政府逐步资助建立了示范工程。我国浅层地热能利用始于上世纪90年代，最早开始大规模开发的是北京市与沈阳市。统计至2010年，北京约有2000万m2的建筑利用浅层地热能供暖和制冷，沈阳市已超过4300万m2[3]。为推进浅层地热能的开发利用，在国土资源部的领导下，中国地质调查局2007年成立了“浅层地热能研究与推广中心”，与2008年12月3日，下发了《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），要求“各省、自治区、直辖市国土资源行政主管部门在2010年年底前，组织完成本行

4、政区域内的浅层地热能调查评价工作”[2]。2011年投入1.72亿元分两批启动了29个省会级城市浅层地热能调查评价工作。目前，全国31个省级城市均完成了浅层地热能调查评价工作，大部分省开展了全省范围内的调查评价工作。2浅层地热能开发的技术与优势2.1浅层地热能开发技术浅层地热能开发的核心设备是热泵机组，该机组与普通空调的组成部件一样，9由四部分组成：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为：低温低压的液态制冷剂，首先在蒸发器里从周边环境中吸热并气化成低压蒸气；然后通过压缩机将低压制冷剂气体压缩成高温高压的蒸气，该高温高压

5、气体在冷凝器内向周边环境放热，冷却凝结成高压液体。再经节流阀形成低温低压液态制冷剂进入蒸发器。根据热源的不同，利用浅层地热能的热泵可分为水源热泵，地源热泵。水源热泵利用的热源为地下水、地表的河流、湖泊和海洋等，水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即冬季热泵的蒸发器位于水体中，而夏季热泵的冷凝器位于水体中。地源热泵是利用地表以下一定深度内（200m范围内）岩土体作为热泵的冷热源，该机组一般要增加一换热设备，该设备将热泵机组的蒸发器（或冷凝器）与“U”型埋管连接起来，从岩土体中吸收（或释放）热量。2.2浅层地热能开发

6、的优势目前文献中一般叙述热泵的优势时引用：在冬天，1千瓦的电力，将土壤或水源中4-5千瓦的热量送入室内。但没有详细论述水源/地源热泵与空气源热泵之间的效率差异。普通的空调（或中央空调）利用空气做为其冷热源，同样能达到节能的效果，相对于水源与地源热泵机组，其初始安装费用要省得多，因此，为什么要采用水源或地源热泵呢？2.2.1热泵的效率评价指标热泵机组中的压缩机需要采用电能进行驱动，利用功的输入，使热量从低温处移到高温处。以供暖为例，理想状态下，从冷凝器（如空调的室内机）释放的热能应该由压缩机所做的功与蒸发器（室外机）从周边环境

7、（如空气）中吸收的热两部分组成，即：式中：QH在供暖时为冷凝器释放的热量，QC为蒸发器吸收的热量，Win为压缩机所做的功。热泵的效率采用能效比（英语：coefficientofperformance）（COP）来表示。热泵作为供热设备时的能效是指通过蒸发器吸收热量及压缩机做功能提供的总热量与压缩机消耗的能量的比值，用COPheating表示，而热泵作为制冷设备时的能效是则是从蒸发器吸收热量与压缩机消耗的能量的比值，用COPcooling表示，其计算公式如下如示：9根据目前空调产品能效比的分级标准，制冷时一级产品（达到国际先进

8、水平）的能效比3.4以上，3.2—3.4的属于二级，3.0—3.2的属于三级（我国市场的平均水平），2.8—3.0的属于四级，2.6—2.8的属于五级（市场准入指标）。因此，如果地源热泵或水源热泵在制冷时的能效比小3.0，则不如直接利用空气源热泵更为经济合理。2.2.2热泵效率的影响因素影