一、基本概念
当今社会，环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而开发浅层地热能的热泵空调系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统。
浅层地热能是赋存在地球表层岩土体中的低温地热资源，是一种新型的优质清洁能源，具有可再生、分布广、储量大、清洁环保、经济实惠、安全性强和可用性强等特点。它是地球浅表层数百米内（<200米）的土壤岩石和地下水中所蕴藏的一种低温热能，其能量主要来源于太阳辐射和地球梯度增温。与深层地热相比，浅层地热能分布广泛、储量巨大、再生迅速、采集方便、开发利用价值更大。主要采用热泵系统（包括水源热泵和地源热泵两种）进行开发利用。
地源热泵技术是开发和利用浅层地热能等可再生能源的技术，是将低品位能源搬运到高品位能源的技术，它可以利用自然界大量可再生的能源，如地下水、地热水、土壤、江河湖水、工业废水等其中储存的大量低品位的能源，通过少量的电能，将其转化成高品位的能源，其能效转化比可达到1：4，即消耗1kw的电能可以得到4kw的冷热量，其中另外3kw的冷热量来自免费的能源。采用水源热泵技术，可以大幅度降低用户的能源使用费用，同时也因大量取代燃煤锅炉，可以缓解环保的压力。
地热热泵能成为世界上发展最快的可再生能源之一，其原因在于它的高效率和无污染，而且经济可行、普遍适用。其优势所在如下：
1、热泵机组的高效率在供暖模式上用运行系数COP来表示，它是输出能量与输入能量（电能）之比，目前热泵机组的COP一般都能达到4～５左右。这等于说，热泵的效率是400%～500%，而我们知道，空调机（空气-空气热泵）的效率是200%，电的效率是100%，燃油的效率是90%，燃煤的效率是55%，因此热泵的效率最高。热泵的效率为什么这么高？因为它除消耗一定的电能之外，另从低温的地下水或土壤中吸取了大量的能量。
2、据专家称，热泵作为供热装置可以减少全球6%以上的二氧化碳排放量，它是目前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一。虽然热泵本身不排放二氧化碳，但电厂发电时的二氧化碳排放有1/3至1/4要算在热泵的帐上，所以热泵摊到有少量二氧化碳排放，但没有其它污染产生。
3、地源热泵利用浅层地温的能源只需要钻50～100m深的钻孔，有的地方或许需要200m深，但比起地热钻井就更经济、简易得多。
4、浅层地热能的资源条件到处都具备，不像地热井那样受地域局限。因此，普遍适用于世界各地，哪怕是寒带也无妨。
二、浅层地热能的特点
1、浅层地热能分布广泛。浅层地热能广泛存在于地球浅表层（<200米）巨大的恒温带中，土壤温度相对恒定，几乎不受环境气候变化的影响，再生迅速，可循环使用。如北京地区浅表层年平均温度为13度～15度，南昌地区浅层地温年平均为18度～22度，其能量的来源主要是地面吸收了约40%的太阳辐射热能。因此，浅层地热能以其分布广泛、洁净、使用方便、不受地域限制、可再生等优势越来越受到国家和社会的重视。
2、浅层地热能储量巨大。据专家测算，我国地下近百米深度内的土壤每年可采集的低温能量是我国目前发电装机容量4亿千瓦的3750倍，而地下百米内地下水每年可采集的低温能量也有2亿千瓦。据专家测算北京平原区按6900平方公里计算，每年可开采浅层地热能的资源量相当于1.4亿吨标准煤，为2003年北京供暖能源消耗的1100万吨标准煤的12倍。
3、浅层地热能清洁环保。浅层地热能作为一种清洁可再生能源，在利用时，不像化石燃料那样在获取能源和产生电力的同时，排放大量的CO2、SO2、NOx、粉尘等燃烧产物，对环境造成严重污染，引起温室效应、酸雨、土地沙漠化等问题，严重影响人们的身心健康。因此，开发利用清洁无污染的浅层地热能资源已是社会发展的必然趋势。目前供暖、制冷和生活热水消耗的能源，主要来自于煤、油、气等一次性能源的燃烧，不仅造成能源利用的浪费，而且还会污染环境。通过采集浅层低温地热能并略加提升后，不但可以满足供暖（冷）的需求，同时还可以实现供暖（冷）区域的零污染排放，直接改善适用区域的大气质量。
4、使用浅层地热能在经济上比较划算。一平方米建筑投资约为250元～380元，比同样满足供暖、制冷和生活热水条件的燃气和空调系统等降低20%～30%，其运行费用明显低于其他清洁能源，且就地取能，免于运输、传送，没用废渣，因此其可用性强。
5、浅层地热能安全性强。浅层地热能的利用主要是通过水源热泵能量交换循环或地埋管能量交换两种方式进行，不同于传统利用燃煤、燃油为能源的锅炉取暖方式，从而避免了因燃烧过度或材料因素引起的锅炉爆炸等安全隐患，使住宅供暖的安全性得到保障。
三、浅层地热能开发利用的发展概况
1、国外发展概况
虽然浅层地热能资源储量巨大，属节能环保绿色能源，但若不进行开发利用，不能体现其价值。用于开发浅层地热能的热泵技术是1912年由瑞士人提出的，1946年第一个热泵系统在美国俄勒冈州诞生。1974年起，瑞士、荷兰和瑞典等国家政府逐步资助建立示范工程。20世纪80年代后期，热泵技术日臻成熟。在国际社会中，由于其在减少二氧化碳方面得到普遍认可而受到广泛关注。
利用热泵技术开发利用浅层地热能较好的国家有美国、瑞典、瑞士和德国，已有大量装机的国家有加拿大、奥地利、法国和荷兰，开始重视和推广应用的国家有中国、日本、俄罗斯、英国等。热泵增长较快的主要还是在美国和欧洲地区。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10%的速度稳步增长。
美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2010年达到每年安装40万台地源热泵的目标，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1.7亿美元。
至2005年，全世界有33个国家已安装了130万台地源热泵装置，总装机15723MWt,是2000年的2.98倍，合每年增长24.4%,占世界地热直接利用总装机容量的56.5%，已是地热供暖份额(14.9%)的3.8倍。
2、国内发展概况
我国1965年研制成功国内第一台水冷式热泵机组，随后发展缓慢。直到20世纪80年代末，相关领域才开始了一些研究，在热泵模型仿真、试验装置、能耗评价以及系统材质等方面取得了一些进展。
北京市、天津市、沈阳市是我国应用地源热泵技术开采浅层地热能，对建筑物进行控温较早且发展较快的城市。近年来，河南、陕西、内蒙古、山东、安徽、湖北、湖南、广东等省也都开始了开发利用浅层地热能的探索和试点工作。从地域分布上，在我国华北和东北南部地区工程数量较多，占总工程数量的78％。
随着国家对节能减排，经济环保的可再生能源不断加大支持力度，先后出台的扶持地温资源开发利用与地源热泵技术应用的相关政策法规，促使我国在这方面有了较大发展。据不完全统计，截至2008年中期，全国利用（深、浅层）地温（热）资源，建立地源热泵系统工程的制冷（供热）面积约8000万m2，每年正以约20％的速度增长，可以预计中国的地源热泵市场前景广阔。
3、北京市浅层地热能开发利用现状
通过考察得知：对于浅层地热能的开发利用，北京市地勘局认识早、起步快。从1999年开始开展利用浅层地热能为建筑物供暖的研究与试验，2002年起先后与清华大学、天津大学、中国地质大学、中科院能源所及国外公司在北京地区合作开展技术研发，先后完成了北京市第一个大型地源热泵项目和第一个大型水源热泵项目。
截止到2008年6月，北京地区浅层地温资源开发利用项目数量为548项，服务面积近1225万m2，水源热泵项目445项，服务面积约883万 m2，占72%；地源热泵项目103项，服务面积约343万 m2，占28%。完成的热泵工程项目种类全，既有土壤源热泵系统，如国内目前运行的最大地源热泵系统工程--中石化管理干部学院地源热泵空调系统、国家北方苗木基地地源热泵空调系统等，又有地下水源热泵系统，如国内单体规模最大的地热采暖工程--北苑家园地热采暖示范工程、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、北京第一个大型商用水源热泵空调系统--空军招待所水源热泵项目和北京市地质勘察技术院立水桥基地水源热泵项目等。这些项目分布在北京市的不同地区，既有适宜于水源热泵的地区，也有适宜于土壤源热泵的地区；有北部地区，也有南部地区。
通过实践，北京市地勘局不仅建立了完善的地源热泵、水源热泵等浅层地热能开发技术，而且取得了北京地区丰富的浅层地热能相关信息资料，基本摸清了北京市不同地区浅层地热能的基本特征，为北京市大规模开发浅层地热能资源奠定了基础，也为在全国大规模开发浅层地热能资源积累了经验。
北京市地勘局的探索与实践，受到了有关领导的充分肯定和高度好评。2005年3月，国土资源部原部长孙文盛、北京市副市长陆昊先后视察了中石化管理干部学院等热泵工程，明确指出，地热能是自然的地下资源，它的开发利用符合发展循环经济的要求，地源热泵空调系统是很好的环保节能手段，希望北京市地勘局进一步深入研究，做好示范，在更大范围内推广利用。中国地调局原局长孟宪来也多次听取北京市地勘局专题汇报。受孙文盛部长委托，2005年9月22日，部长顾问方克定教授率部地质勘查司、地质环境司、矿产开发管理司和中国地调局发展研究中心相关人员，专程调研浅层地热能资源开发利用情况。2007年1月29日～30日，由国土资源部主办，中国地调局、北京市国土资源局和北京市地勘局共同承办的“全国地热（浅层地热能）开发利用现场经验交流会”在京召开，国土资源部党组副书记、副部长李元和副部长贠小苏等出席会议，来自全国400多位代表考察了示范工程，并就国内外地热资源勘查评价、开发利用情况等进行了经验交流。2007年1月27日，中国地质调查局浅层地热能研究与推广中心成立，中心设在在北京市地勘局。该中心专门从事全国浅层地热能研究与推广工作。
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