摘要：本文介紹了廣義地熱能、淺層地熱能的相關概念以及熱泵技術。淺層地熱能目前主要用于建筑物的供暖與空調，它是一種新興的低運行成本節能環保型低品位熱能利用技術。
　　關鍵詞：淺層地熱能，熱泵
　　1引言
　　地熱是重要的礦產資源，是可再生的清潔能源，世界各國對地熱能的開發利用越來越重視。淺層地熱能是地熱資源的組成部分，普遍存在于地球表層，因其埋藏淺、分布廣、無污染并可持續利用，具有廣闊的開發利用前景，目前已開始應用于建筑物采暖、制冷和為居民供應生活熱水等方面，利用技術逐漸成熟，越來越受到世人得重視。
　　2廣義地熱資源
　　經常所說的地熱指的是來自地殼深處、儲存于地下巖石或巖石孔隙的熱能，通過火山爆發、溫泉、噴泉、熱井等方式向地表傳達，屬于狹義地熱的范疇。
　　淺層地熱能是指地表以下（一般為恒溫帶至200m埋深），溫度低于25℃，在當前技術經濟條件下具備開發利用價值的地熱能。
　　淺層地熱能的最大優點是分布廣泛，在任何區域都儲存在淺層地表中。
　　綜上所述，可將廣義的地熱資源劃分為以下三部分：[1]
　　（1）變溫層中的低溫資源：位于地面表層，深度一般小于30m(因地而異)，熱量來自太陽輻射能和地層深處的地熱能。當太陽輻射能與地球散發的能量相平衡時，該地層處于常溫狀態，稱之為常溫層。
　　（2）淺層地熱資源：位于常溫層之下、較經濟的開采深度一般小于200m的低品位的地熱資源，主要來源于地球內部深處的熱傳導，溫度略高于當地平均氣溫3~5℃，較為恒定，儲存于地下巖石（土層）和巖石裂隙或孔隙的水體中。
　　（3）地熱異常區的地熱資源：分布于地熱異常區（一般為天然溫泉出露區）及隱伏于地下深部熱儲中具有開采經濟價值的高品位地熱資源。其來源來自地球深部的熱傳導和熱對流，儲存于地下巖石（土層）和巖石裂隙或土層孔隙的水體中，溫度隨深度或靠近地熱異常區增加，且大于25℃。
　　3熱泵的分類及其優點
　　3.1熱泵的分類
　　由于熱泵技術的進一步發展和完善，人們開始利用分布較為廣泛的淺層地熱能。用于淺層地熱能開發利用的熱泵系統，統稱為“熱泵系統”，它是以巖土體、地下水（或地表水）為低溫熱源，由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內系統組成的供熱空調系統，是一種節能環保的空調系統。根據熱量來源的不同，可將熱泵系統劃分為土壤源熱泵系統和水源熱泵系統。
　　
　　圖1熱泵示意圖
　　3.1.1土壤源熱泵系統
　　在土壤源熱泵系統中根據埋管形式的不同，可劃分為水平式、豎直式、鑲嵌式：
　　（1）水平式
　　以水或加入防凍劑（主要有乙二醇、氯化鈉等）的水作為載體，使其在水平埋于土體中的封閉管路中循環流動，達到載體與土體熱交換的目的。[淺層地熱能的應用—地源熱泵]該方式的優點在于挖溝槽的成本較低，安裝比較靈活。劣勢是需要大量土地面積，土體溫度易受季節影響，土體熱工特性隨時間、外部環境的不同而不同。
　　
　　圖2水平式[2]
　　（2）垂直式
　　以水或加入防凍劑（主要有乙二醇、氯化鈉等）的水作為載體，使其在豎直埋于土體中的封閉管路中循環流動，達到載體與土體熱交換的目的。這種方式的最大劣勢就是初投資費用較高、要占用一定的建筑面積。
　　
　　圖3垂直式[2]
　　（3）鑲嵌式
　　以水或加入防凍劑（主要有乙二醇、氯化鈉等）的水作為載體，使其在鑲嵌于建筑結構中益有部位（諸如房屋結構中的基礎、隧道結構中的襯砌等）的封閉管路中循環流動，達到載體與土體熱交換的目的。這種方式與上述兩種方式相比，不僅僅節省了成本的投入，縮短了工期，更重要的是有效地利用了現有資源，減少了溫室氣體的大量排放。[3]
　　
　　圖4循環管路鑲嵌于樁基礎中[4]
　　[
　　圖5循環管路鑲嵌于隧道襯砌中[5]
　　3.1.2水源熱泵系統
　　在水源熱泵系統中根據水所處位置的不同，可將水源熱泵系統劃分為兩種類型：地下水系統和地表水系統。[6]
　　（1）地下水系統：地下水系統直接抽取地下水作為冷、熱源，地下水在和機組進行熱交換后回灌到地下。相對于埋管式這種方式在于熱泵機組的工作效率高，劣勢在于地下水可能會腐蝕或阻塞管道和機組換熱器，另外如果不能保證完全回灌和同層回灌，會破壞地下含水層的結構，嚴重的會導致地面下陷。
　　（2）地表水系統：地表水系統主要從江河湖海中的水中提取能量，即直接抽取地表水和將換熱器置于地表水中。優勢在于節省投資和占地面積，也從存在一定的問題，主要是換熱器結垢和對地表水源的污染。
　　3.2地源熱泵技術的特點[7]
　　3.2.1利用的是可再生能源
　　地源熱泵在夏季吸收建筑物散發的熱量并在淺層地下保存起來,一部分熱量在冬季供建筑物的采暖,另一部分熱量則直接散發到空氣中。就全年來說,建筑物利用淺層地熱的熱量和冷量大體是相等的。所以說,熱泵利用的是可再生能源。
　　3.2.2高效節能
　　由于地源熱泵的熱源溫度全年為10—22℃，冬季供熱時，水體溫度比環境溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高。夏季制冷時，水體溫度比環境溫度低，冷卻效果提高，機組效率也提高。運行費用僅為普通中央空調的50%—60%，與供熱鍋爐和電熱膜供熱相比節約左右的60%電能。
　　3.2.3環保效益顯著
　　地下水地源熱泵運行時，需要的僅是水源水的熱量和冷量，抽灌結合達到地下水資源的總量平衡，水質不發生任何變化，也不產生任何煙塵污染。地埋管地源熱泵運行時，不需要專門開采地下水，少量的自來水就可滿足系統的正常運行，耗水量極少。
　　3.2.4一機多用
　　一套熱泵就可以實現供熱、供冷和生活熱水供應。一套設備可以代替原來的鍋爐和空調兩套系統，一次性投資僅為傳統供熱制冷的70%。
　　3.2.5運行穩定可靠、使用壽命長
　　由于地源熱泵的水體溫度穩定，與空氣源熱泵相比，免除了結霜和除霜的影響，熱泵的運轉部件少，基本上不需要維修，運行可靠，使用壽命可達20年。

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