㈠ 淺層地熱是什麼溫度大約是多少
淺層地熱能 ，又名淺層地溫能，是指地表以下一定深度范圍內（一般為恆溫帶至 200 m 埋深），溫度低於 25℃，在當前技術經濟條件下具備開發利用價值的地球內部的熱能資源。淺層地熱能是地熱資源的一部份，也是一種特殊的礦產資源。 其能量主要來源...
㈡ 淺談淺層地熱能開發應用經營模式——地源熱泵系統集成
劉諫
（北京市地質礦產勘查開發總公司熱泵工程公司）
淺層地熱能是指地球表層岩土體、地下水中所蘊藏的熱能，來自由太陽照射和地球深部核衰變。
淺層地熱能開發應用，即是通過一系列綜合技術及傳熱介質將淺層地熱能提取並利用的一系列工作。具體講就是：利用地熱能交換系統（以地下水地源熱泵系統、地埋管地源熱泵系統等）通過水源熱泵機組（傳熱介質為水或添加防凍劑的水溶液）及建築物內熱交換系統將建築物內所需要的能量與岩土體、地下水進行熱交換，達到冬季供暖、夏季製冷並可全年提供生活熱水的目的，也稱地源熱泵系統工程。按其地熱能交換系統形式的不同可分為地下水地源熱泵系統、地埋管地源熱泵系統、地表水地源熱泵系統三種形式。
水源熱泵機組的稱謂依水泵而來，水泵是把低處的水提升到高處，水源熱泵是把低品位的能量提升為高品位的能量。
地源熱泵系統集成（一站式服務）包括：項目立項前期的可行性分析；選用地下水地源熱泵系統還是地埋管地源熱泵系統或地表水地源熱泵的方式；水資源論證報告；水文地質條件分析；選用地下水地源熱泵系統時的《井鑽鑿施工許可證》的審批；進行地熱能交換系統及地上機房系統和建築物內末端系統的設計；整個空調系統的施工；竣工驗收；運行培訓；售後服務。
淺層地熱能開發應用經營模式多種多樣，目前主要有：
（1）分散經營模式：項目建設單位同時與多個專業公司簽訂合同，如水源熱泵機組供應商、地下水施工專業公司、設備安裝公司、設計公司等。
（2）BOT模式：由投資商以BOT形式出資建成整個系統並負責系統的運行和維護，項目建設單位只需支付運行費、按合同約定年限後整個系統產權交付建設單位。
（3）系統集成模式：項目建設單位只需與一個系統集成商簽訂合同即可，由系統集成商完成全部系統的前期論證、設計、施工、售後服務等交鑰匙工作。
淺層地能開發應用的核心技術首先是地下換熱系統，地下水地源熱泵系統項目要求抽上來的水必須完全回灌，地埋管地源熱泵系統的項目要求盡可能大量的提取地下能量並維持冬、夏季的冷熱平衡以保證運行的連續平穩性和對環境不造成影響；其次，要求整個系統搭配必須合理、平衡。
淺層地熱能的開發應用，是集水文地質專業與暖通、給排水專業技術為一體的跨學科的一門綜合應用科學。
地源熱泵系統集成商是各企業為適應快速發展的地源熱泵系統市場而採取的強強聯合、優勢互補的一種合作方式，是基於各企業核心能力資源的一種外部優化整合（組合）。企業將投資和管理的注意力集中到企業本身核心能力上，而一些非核心能力或自己短時間內尚不具備核心能力則依靠外部的合作夥伴提供。奉行的宗旨是：以精誠合作與您共生，以挖掘資源與您共贏。地源熱泵系統集成商本身形成了一個「商業生態系統」，與自然界的生態系統不同的是，自然生態系統是由自然界的不同物種和物質構成的，而地源熱泵系統集成商是具有鑽鑿井、抽灌井設計、暖通設計、水源熱泵機組生產企業、循環泵、潛水泵、閥門、配電櫃、控制櫃、樓宇自控以及專業安裝施工和售後服務隊伍組成。這些大大小小涉及幾十家企業構成了系統集成商。我們的客戶（業主）只需面對地源熱泵系統集成商一家，就可以滿足實際應用要求，無需面對諸多企業。
北京地質礦產勘查技術院的華清集團是由七家專業類別齊全的子公司組成。集團公司有獨立的水文地質設計單位，鑽鑿隊伍，專業的安裝施工單位，24小時的售後服務機構。北京市第一例水源熱泵項目「華清溫泉賓館」就是由此單位與清華同方合作建成，幾年以來，在北京熱泵市場，竣工、在建項目、熱泵面積超過一半，堪稱系統集成商的楷模。
北京市地質礦產勘查開發總公司熱泵工程公司也是一系統集成商。它以中國建築研究院空調所，北京市地質工程勘察院、北京市創潔聯科技有限責任公司，以及諸多水源熱泵機組生產廠家、附屬設備廠家組成的系統集成商。2002年以來，以集成模式做過的工程有：全國政協賓館、十八里店中學、樓梓庄醫院、來廣營醫院、華麗聯合別墅、北京地面沉降監測中心、北京十七中初中部、酒仙橋實寶來基地、達園賓館、友誼賓館、海興大廈、鋼院附中等。
企業資源過度分散，各自為政，單一靠降低價格、惡意競爭是目前北京熱泵市場一大隱患，也是諸多企業亟待解決的問題。在GB50366⁃2005地源熱泵系統工程技術規范未實施以前，許多工程項目存在問題，產業的集中度和行業的約束度都很低。單個專業公司在熱泵市場上打拚就如過江之鯽，單一完成跨學科的工程難度都非常大，困難都非常多。
解決的辦法之一就是走集成商的路子，加強各企業間的合作。系統集成成員大多沒有資本關聯，各企業地位平等，獨立運作、財務上獨立核算。系統集成的模式，可以快速實施聯合，各個單位又有相當的靈活性、選擇性，符合目前企業注重速度和控製成本的要求。
如今的熱泵市場，系統集成商已經成為企業優勢互補，拓展競爭地位，超常規發展的重要手段。當前國家正處於企業創新、技術創新、保護知識產權，經濟成分多元化的轉型時期，許多企業在產權不甚清晰、治理結構不固定形勢下，集成是一種快速取得業績的捷徑。集成各單位（企業）之間基於實力來確定地位，整合的效果取決於各方帶入集成體系的能力，它們之間形成共贏的價值網。
20世紀90年代末，隨著申奧的成功以及北京對大氣環保的更高要求，北京市政府提出盡快開發應用可再生能源，清潔能源。取消燃煤鍋爐，使首都北京天更藍、水更綠。在政府的積極倡導下，資金快速流入熱泵行業。北京清華同方、山東富爾達、沈陽一冷等國內企業迅速投入水源熱泵主機生產，同時法國西亞特、義大利克萊門特、日本荏源等國外品牌也打入北京市場。這些主機設備廠家與地質鑽探單位共同開發市場，使北京熱泵項目快速發展起來。
1999年北京第一例水源熱泵項目是由清華同方與北京地質勘查技術院共同合作的結果。
2001年第一例地埋管項目由北京地質礦產勘查技術院在立水橋的北京石化幹部管理學院完成。
隨著熱泵市場的不斷發展，也出現一些問題，地礦部門負責地下，主機廠家負責機房、安裝單位負責末端、工作界點清晰。但系統調試階段出現問題時，便形成鐵路警察各管一段的局面，系統有問題，沒有一家說自己的地段有問題，互相推諉。運行出現問題時，多數時候是負荷要求比較大的時段，無論是供暖還是製冷，業主可能要三五天甚至更長的時間查找原因，而更多的情況下是三大部分（地下、機房、末端）的搭配不合理、不匹配，如泵的揚程大小、管徑的粗細、管線的拐彎走向等原因。
隨著熱泵市場的快速發展，人們對熱泵行業的認識的提高，業主對系統集成商的需求也更加迫切，尋找一家有實力的企業，對整個項目的每個環節負責。出現問題，不用面對上百家大大小小的企業，即使是一個閥門，全部由系統集成商來承擔風險。
圖1 地溫熱泵系統實施的主要環節
圖2表示2002年以後具有核心競爭力的地質單位，不再進行單一地下系統的分包施工，而是靠著核心技術，進行系統集成，為業主進行一站式服務。
圖2 系統集成單位的運行模式
市場競爭中服務的砝碼很重，共生營銷在這一重要環節也大有可為。集成商可以在售前、售中、售後等環節合作共同進行宣傳，使用示範、指導、代業主運行、換季檢修等服務，而取得業主的青睞。
兩個或者多個企業組成集成商，共同使用同一品牌，可以低成本的方式迅速提高知名度和美譽度。
1 集成商運作成功的關鍵四條
（1）合作企業：首先，企業當中要有核心技術（水文地質設計、勘查、鑽鑿）能力的單位。淺層地能開發應用的源頭在地下，它是能源的出處，相當於天然氣、煤炭、油等不可再生資源。所以地下系統是整個系統成敗的關鍵。其次，要有一個經驗豐富的設計單位，設計系統搭配合理。
（2）創造社會效益與經濟效益共融：成員企業在熱泵市場上目標統一，協同作戰，共同打造集成體的品牌、形象。企業間各自的核心價值觀不沖突，與業主一起達到多方共贏，為人類賴以生存的地球創造一個美好環境，為各用戶單位創造一個廉價的運行費用。實現各企業自身的發展壯大。
（3）新意識：各企業的核心技術要創新，管理模式要創新，生產工藝要創新，企業只有不斷摸索、不斷創新，才能在熱泵市場上立於不敗之地。熱泵市場中的企業好比逆水行舟，不進則退。聯合體的企業互相選擇、互相依存，既緊密又獨立，靈活機動，需要一系列科學有效的集成體管理方法。
（4）合理分配合作利益：建立績效衡量模式對合作進行考核和管理，對集成體各方面來說應該盡可能公平。當合同簽訂時，制定集成體合作的條款，風險共擔、利益均享。
2 市場發展的瓶頸與出路
隨著優化能源結構、提高能源利用效率要求的進一步提高，以及相關政策、法規的出台，熱泵市場將迎來新一輪空前的發展。但目前，熱泵行業存在以下問題，將制約熱泵市場的發展：
（1）以往熱泵市場中存在諸多問題：施工企業良莠不齊，設備廠商單純靠低價競爭，各個環節脫節、缺乏有效管理，這種資源過度分散，各自為政的局面，勢必會阻礙熱泵市場的良性循環發展；
（2）熱泵系統本身是一個多學科跨專業的科學體系，涉及到水文地質、工程地質、暖通空調、給排水以及電氣、自控等多個專業，在整個系統實施過程中，除了各專業相互之間的配合，同時還存在核心技術的問題。在整個熱泵系統中，地下系統、主機系統以及末端系統共同搭建成一個完整的空調系統，對於主機和末端系統而言，基於技術成熟、效果穩定，不存在技術難點，唯一要引起重視的問題是系統搭建的合理性。
（3）現在，業內人士普遍認識到：熱泵系統正常運轉的成敗在於地下系統的穩定性和經濟性。只有地下系統穩定，才能保證整個熱泵系統的使用安全；也只有地下系統搭建的經濟合理，才可以將熱泵的經濟性體現出來。
鑒於上述因素，突破瓶頸，唯一有效的出路就是走系統集成的路子，由具有實力的地質勘查企業牽頭，組成集成商聯合體，加強設備廠商、施工、安裝企業之間的合作，並充分發揮自身企業的優勢，強強聯合，將優質與便利帶給客戶的同時，又成就了自身企業的發展，可謂是共贏的結局。
現謹以北京市地質礦產勘查開發總公司熱泵工程公司的發展實例簡要說明「系統集成」的經營模式：
北京市地質礦產勘查開發總公司隸屬於北京市地質礦產勘查開發局，公司成立於1994年，多年從事工程地質、水文地質勘查、水源地勘查、地基基礎、降水、地質災害防範等研究工作，擁有一批多年致力於水文地質研究的專家及專業技術人員，掌握著北京市地下水及水文地質等專業領域的珍貴的第一手資料。
自1998年開始涉足熱泵領域。與設備廠商聯手，基於自身的優勢，承擔地下水系統的鑽鑿工作，先後承接了友誼醫院、中國人民警察學院、菊兒胡同小區、首鋼籃球館等超過十萬平方米的大型建築物的水源熱泵系統水源井鑽鑿。
鑒於自身在水源井鑽鑿方面的強大優勢，2001年，率先在業界提出「系統集成」的服務理念，即為客戶提供包括：前期可研、系統設計、設備采購、施工、安裝、系統調試、運行維護、售後服務等「一站式」服務，將服務擴展和延伸至整個熱泵系統。
北京市地礦總公司整合自身在水文地質領域的優勢，依託自身下屬企業——北京市地質工程勘察院，聯合在暖通空調領域的專業設計單位——中國建築研究院空調所、在地源熱泵自主研發取得一定科技成果的專業單位——北京市創潔聯科技有限責任公司，並吸收諸多國內外著名水源熱泵機組生產廠家、附屬設備廠家，共同組成系統集成商聯合體，共同參與水源熱泵系統實施工程，承接了諸多工程實例，並獲得了客戶的一致好評。
㈢ 地熱與淺層地熱資源及其利用
陳建平
（北京市國土資源局）
摘要：2008年北京奧運，引發了一場綠色革命，國人對改善環境保護環境的意識空前提高，並已成為一項十分重要的自覺行動。為了實現綠色奧運，北京市採取措施，大力發展清潔能源。地熱是一種良好的清潔能源，本文重點對深層地熱和淺層地熱及其利用進行積極的探討。
引言
北京市開發利用地熱資源（溫泉）歷史悠久，利用地熱進行採暖已經多年。1999年時，為了改善環境、支持申奧，大力改善能源結構，地熱等清潔能源的利用被列入了城市能源發展規劃，得到重視。在市政府地熱採暖示範工程順利進行的同時，淺層地溫的利用、研究，在北京地區取得了重大進展。低溫地熱的梯級利用技術研究項目取得的成果，進一步擴大了地熱資源利用的范圍。
深層地熱：指傳統意義上的地熱，國際規范溫度大於25℃。地熱有多種形態，其中地熱水是集「熱、礦、水」三位一體的寶貴的自然資源，是一種清潔可持續利用的能源。北京工業大學、郭庄北里、北京地質勘察技術院等地熱採暖示範工程的試驗成功，對改善能源結構、發展可再生能源，將產生積極的意義和影響。採暖示範項目在地熱回灌與地熱熱泵技術的應用上，以及地熱保護與梯級利用、綜合利用技術方面，也具有十分重要的意義。
示範工程試點之一的崇文區郭庄北里小區，6棟居民樓數萬平方米的建築採用地熱採暖，徹底解決了該小區由於歷史原因造成的20多年沒有供暖的問題，實現了地熱採暖多級換熱、全封閉循環、熱泵技術應用、地熱採暖尾水100%回灌的試驗目標，有效保護了地熱資源。項目的試驗的成功，受到市政府的高度重視。
淺層地熱：是低溫地熱能的另一種形式，它涉及從地下常溫層以下至一定深度以內（北京地區約為150m以淺）的淺層地熱資源，包括土壤中和地下水中的熱能等，大大地拓展了地熱應用的范疇。在地下恆溫層以上（特別是接近地表）的土壤地層中，還包含太陽能輻射到地表所形成的熱能，優點是利用中操作簡單、投入較少，但這部分輻射熱能受外界條件的影響較大，不很穩定，其熱能利用的效果與熱量儲量不能與地熱（包括地溫）相比。
國際上熱泵技術的利用發展已經數十年，國內的研究是從20世紀90年代開始的。近年來，北京地區熱泵技術利用發展較快，從2000年開始到2004年，僅3年多的時間，全市熱泵供暖面積已經超過500萬m2。淺層地熱的利用在熱泵技術的發展中佔有很大比例，說明了其具有的獨特優勢和特點。通過各種試驗得出的技術和經濟分析表明，它將在未來推動我國低品位能源的應用。
1 國外地熱能利用的發展情況
1.1 法國
深層地熱：法國本土的地熱資源以≥50℃的低焓地熱水為主，法國對地熱的利用發展於20世紀80年代。法國以供水井和回灌斜井組成的「對井」而著稱；兩口地熱井在地面上相距10m，但在千餘米地下的距離，可達400～1000m；1998年的統計資料，巴黎仍有41個區域供暖的「對井」機房在運行，至2005年時數量略有減少。
淺層地熱：對於更低溫的地熱能，法國使用地熱熱泵進行供暖和製冷。如巴黎塞那河畔的法國電視台，鑽井僅幾百米深，地下水溫可達到23℃，被用於地熱供暖系統。
1.2 德國
深層地熱：德國地熱利用以採暖為主，特點是：建立相對集中的大型供熱站。由於熱泵用電，引用了「季節特性系數」，即供熱量與消耗電量之比，一般為5～7的范圍；此外，全年熱量輸出的85%使用地熱，全年熱量的15%採用由石油或燃氣燃燒器形成的輔助熱源，主要解決峰值供暖負荷。到2002年，已有9個集中供熱站，其地熱井深度從1100～2400m不等，總供熱量136MW。用於採暖、溫室等；
淺層地熱：德國廣泛使用分散的淺層地熱能及小型地熱熱泵，供採暖之用；地下換熱器包括水平的熱收集器、垂直的地下換熱器，或地下水換熱器等；據介紹，僅德國北部，就有有4.5萬根地下換熱器。據報告，到1999年底止，德國全國至少安裝有1.8萬台平均制熱量19kW的熱泵機組。由於在利用中德國多使用雙U型地埋管，如以每台19kW機組配以3根深100m的地下換熱器，推算1999年底之前，德國應至少有5.4萬根的地下換熱器。
德國的供暖系統，習慣於使用熱水/冷水供熱製冷；德國的供暖水溫標準是75/65℃，採用的地板採暖水溫僅僅38℃。由於一般住宅夏天並不使用空調，土壤溫度靠自然恢復，冬季熱泵的水源側水溫常常降到0℃，負荷側溫度38℃，所以其熱泵COP值也達4以上。
2 國內地熱利用的發展情況
2.1 地熱供暖
傳統意義上的低溫地熱水的概念是：溫度范圍從25～90℃，主要來自深部地層。
20世紀70年代開始，北京地區地熱採暖主要利用60℃多度地熱水進行直供。由於北京地區的地熱水溫度多在40～60℃范圍，所以當時嘗試用60℃的地熱水通到暖氣片中，為達到供暖效果，依靠加大暖氣片的片數作保證。而由於當時條件的限制（建築結構、保溫質量、供暖管道材質等），往往在最冷天時室溫不夠高，供暖效果經常不能保證，或者需要進行調峰處理。
隨著近代建築節能技術的發展，居住建築供暖熱指標已逐漸下降（約20W/m2左右），因此進一步降低供暖水溫度，成為一種趨向和可能。由於供暖技術的進步，如採用冷熱兩用型的風機盤管機組，可以大大降低所要求的熱源溫度。實際運行的供暖水溫經常在45℃左右，甚至更低。30～35℃的地板採暖供熱溫度，也是目前住宅或公共建築可以接受的可行的溫度。
因此，北京地區40～60℃的地熱水，也將發揮重要的能源作用。地熱熱泵技術的發展，將會很大程度的利用35～40℃的地熱採暖尾水。預計在未來能源的構成中，低溫地熱能的利用，會占越來越大的比重。
2.2 地熱熱泵
地熱熱泵，按水源側能承受的工作溫度和負荷側供熱製冷溫度，可以分為兩種類型：冷熱兩用型熱泵、升溫型熱泵；
35℃，是冷熱兩用型熱泵的可承受的水源側最大溫度；其負荷側供回水溫度，冬季50/43℃，夏季7/12℃；北京工業大學地熱供暖示範工程課題組在2000年初，引進了當時北京第一台國外廠家生產的，能承受35℃地熱尾水溫度的冷熱兩用型水-水型熱泵及水風型熱泵進行實驗；後來又在中試工程中，和大型工廠工程進一步使用，都取得了很好的效果。用熱泵提升尾水溫度的做法，在實際利用中具有十分廣泛和積極的意義。
55℃，是升溫型熱泵所能承受的水源側最大溫度；升溫型熱泵，僅供冬季負荷側供回水溫度85/70℃，也可以為75/65℃，70/60℃以滿足民用採暖的需要。
經在某工程測試的數據計算，熱泵運行最低效率為2.7～3.4。
2.3 地熱的梯級利用
不論是哪種溫度的地熱水，梯級利用都是一個最佳的利用方案。所謂梯級利用，就是按照用戶終端需要的供熱水溫，從高到低排序；高能高用，溫度適用，分配得當，各得其所，通過梯級利用，可有效提高地熱資源利用率。
北京申辦2008年奧運會成功以來，由於地質勘查鑽井技術的進步，大大加強了鑽井的能力與深度，北京地熱水的溫度有了新的提高，最高達到89℃。
當然，不論地熱水提供的溫度多高，供暖所需溫度和用戶所需要的水溫，仍然是一定的。地熱熱泵技術的利用與設備水平的不斷進步，有助於進一步提高地熱資源的利用率。
2.4 地熱梯級利用的實例
根據北京工業大學地熱供暖示範項目組的測試和階段總結，該校使用地熱供暖的初投資，與常規集中供熱區域鍋爐房的價格基本相當；而運行費用，經在2002，2004年兩次分別復測，總效率約在5.79～6.54范圍內；費用低於天然氣。
在北京熱泵技術的應用研究與發展中，研究工作已有10多年的歷史。據不完全統計，水源、地溫熱泵的利用發展超過一般的想像，僅在北京地區及周邊，已安裝的土壤源地埋管換熱器約幾千根以上，除一般用於小型別墅外，一些大型的工程也在嘗試這種可再生能源的利用試驗（初步試驗的效果理想）。
3 國內淺層地熱能供熱的發展
3.1 技術可靠性與基礎工作
在土壤源熱泵系統的設計中，從土壤中吸和放的熱量一定要平衡，才能保持可靠、穩定的運行，因此，逐時的負荷計算很重要。如果冬夏逐月總制熱量和總製冷量不平衡，以及冬夏季峰值負荷不平衡，超過一定限度時，會出現一些問題，比如：在冬天，熱泵水源側溫度達到－2～－4℃，低於設計值，這時，熱泵制熱量減少，結果可能不能保證供暖溫度；而在夏天，由於夏季負荷過大，熱量散不出去，水源側水溫升得很高，會造成熱泵停機。這時，就得要考慮輔助一個冷卻塔；如果用戶要求只需供熱，不需供冷；或要求只需供冷，不需供熱；則在使用這種系統時，要有足夠的補救措施。
地熱供暖及各種熱泵供暖系統，梯級利用的方案示意圖如下：
淺層地熱能：全國地熱（淺層地熱能）開發利用現場經驗交流會論文集
大地導熱系數包括：塑料管材，回填料，土壤在內的綜合的導熱系數，還與現場的土壤含水量等因素有關，也只能在現場測定；研究表明，僅就土壤和岩石兩類土壤材料的導熱系數來說，其數量級可以由0.4W/（m·℃）至6.0W/（m·℃），隨其密度及濕度有所不同；常遇到的土壤材料的導熱系數，會相差兩倍以上；如果大地導熱系數相差兩倍，在一定的條件下，設計管長，可以減少大約20%；同時，在提高回填材料的導熱系數上，多年來國外都做了不少改進。
大地導熱系數的測定，要在沒有被熱擾動過的土壤中現場進行。依據國際上的大地導熱系數模擬裝置的原理，大地導熱系數模擬裝置已測出多種數據；該裝置由北工大地熱供暖課題組，在研究工作中，自行研製、設計和施工；經過了實驗檢驗；並且經改進後，還擴大了其功能。
3.2 合理的熱泵選擇
一是根據當地的地質與水文地質條件、經濟能力、政策導向等因素，進行合理的選擇，已採用效率高、費用可以接受的熱泵方式及設備。
二是按照低的進水溫度選熱泵，以免制熱量不夠；由國外某知名的熱泵廠家給出的數據表明，該熱泵水源側供水溫度3.9℃時的制熱量，比14℃時的制熱量，大約小一倍；並且樣本上說明，不鼓勵在該低溫工況下運行。
三是要選能承受冬季的低溫，夏季的高溫的土壤源專用熱泵；能承受水源側進水溫度－5℃，和43℃的熱泵；不僅在自控上體現了保護溫度的不同，在製冷系統上，還應該有必要的措施。
3.3 嚴格的施工技術
（1）要有定點專用廠家生產關鍵的設備與管件材料：例如，熱泵主機的性能穩定，U型管的底部接頭、雙U型管的上部接頭等，是導致水流阻力加大的主要部位。
（2）井孔的回填材料和方法：回填材料影響導熱系數；要使用砂漿泵加壓灌漿法，可以保證較高的導熱系數。
（3）施工單位要有相應的資質，施工人員（包括電熔焊工和下管，回填工）要進行培訓，並有合格證書。
（4）杜絕低劣，粗放的設計，施工工藝，才能保證效果。
3.4 長期的效果監測
根據大地導熱系數的測定結果，在設計、工完成後，可以進行使用20～50年的效果模擬預測，主要是確定熱泵水源側，冬夏的最高，最低溫度的逐年變化；這樣就可以知道其制熱量和製冷量的逐年變化；一般說，當冬夏熱冷負荷基本一樣時，水源側的冬夏的最高，最低溫度也還會逐年上升，這對於北方的供暖有利。
3.5 規范化管理和許可證制度
國家應制定統一標准，包括：地埋管的鑽孔，設計，施工規范等。我國是一個大國，任何事情，無序發展，勢必造成混亂；由於鑽孔的高利潤，只要買個小鑽機，個體的鑽孔很容易實現；據調查，有的工地，鑽孔的斜度，可以與相距4～6m的臨近鑽孔相交匯。地下工程是隱蔽工程，如果無序進行，對於其他地下設施，勢必會造成影響；
政府有關部門，應制定地熱地源發展規劃。北京是世界最大的城市之一，熱泵技術的發展（包括土壤源和地下水源等）應在淺層地溫條件調研的基礎上，由有關部門提出科學的發展規劃。為加強管理，應制定法規，以規范這一技術的有序發展。
對於土壤源熱泵系統，可能帶來的土壤環境保護問題，應有所准備；要有序鑽孔，以保護一個清潔的地球。
4 北京地區深層地熱、淺層地熱的發展與政策
4.1 深層地熱
為科學引導地熱的發展，北京已經編制2006—2020年地熱資源可持續利用發展規劃。近年內的發展重點，一是進一步探討為加強地熱資源的科學管理，實行保護性限量開採的有關政策。市政府有關部門已經發出通知，支持地熱供暖項目的發展，但要求採取回灌措施，保證將採暖棄水進行回灌；強調溫泉休閑度假旅遊項目的發展，按不同用途進行循環過濾、中水處理、綜合利用，實現零排放的目標。二是支持延慶生態農業縣的無煙城建設，提高當地的旅遊品牌。例如延慶縣城人口不足10萬，按規劃目標，總建築面積約500萬m2，當地地熱埋深2000m，可打出70℃左右、日采3000m3地熱水，具有發展地熱供暖的地熱資源條件。實現地熱供暖，可為當地減少50%左右以上的燃煤鍋爐。
4.2 淺層地熱
淺層地熱的開發利用，需要具備一定的地質和水文條件，才能取得較高的效率，達到理想的供暖/製冷效果。為加強地熱資源的開發管理，規范開發中的市場行為，應該立項進行全市淺層地熱資源情況和水文地質條件的調查，並在調查的基礎上，劃定適合於不同熱泵技術發展的條件和范圍，編制相關的發展規劃，以便引導淺層地熱能科學合理的利用。
4.3 地質環境的監測
加強對淺層地熱利用的管理和規范，特別是保證水源熱泵系統中地下水資源的回灌、水質檢測與地質環境監測，十分重要，應引起有關部門的足夠重視。
4.4 發展前景
鑒於改善能源結構和節約資源的需要，北京市為加強淺層地熱資源等可再生能源的利用，提出未來幾年內發展1億m2供暖面積的目標。這一目標的提出，完全體現了北京地區發展清潔能源和節約資源的緊迫性。為實現這一目標，在市發改委的牽頭下，市政府9個委辦局共同研究、制定了相關的扶持政策，加強對地熱與淺層地溫資源利用的支持，引導地熱於淺層地源熱泵項目，給予一定數量的項目改造或建設資金的補助政策。預測在這一政策的促進下，北京市地熱與淺層地熱等可再生能源的利用會有一個快速的發展。
參考文獻
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［2］北京市地質礦產局地熱處.北京市地熱資源2001—2010年可持續利用發展規劃.1999
［3］陳建平.北京地熱資源管理研究.2002.北京地熱國際研討會論文集，北京：北質出版社，273～283
㈣ 淺層地熱能開發利用現狀、發展趨勢與對策
陶慶法 胡傑
（國土資源部地質環境司）
1 概述
地球的內部是一個巨大的熱源庫，蘊藏著無比巨大的熱能。淺層地熱能是地球熱能的重要組成部分，通常是指位於地球表層變溫層之下，蘊藏在地殼淺部岩（土）體中的低溫地熱資源，其熱能主要來自地球深部的熱傳導。淺層地熱能的溫度略高於當地平均氣溫3～5℃，溫度比較穩定，分布廣泛，開發利用方便。具有十分廣闊的開發利用前景。淺層地熱能的利用，主要是通過熱泵技術的熱交換方式，將賦存於地層中的低位熱源轉化為可以利用的高位熱源，既可以供熱，又可以製冷。目前淺層地熱能的可經濟開采利用的深度一般小於200m。
熱泵技術的不斷完善與廣泛應用，為淺層地熱能的開發利用提供了條件。用於淺層地熱能開發利用的熱泵系統，統稱為「地源熱泵系統」，它是以岩土體、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、建築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。根據地熱能交換形式的不同，地源熱泵系統分為地埋管地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統和地表水地源熱泵系統。
地源熱泵技術是一種利用淺層地熱能的既可以取熱供暖又可以取冷製冷的高效節能的空調技術。其工作原理是利用地下常溫土壤或地下水溫度相對穩定的特性，通過輸入少量的高品位電能，運用埋藏於建築物周圍的管路系統或地下水與建築物內部進行熱交換，實現低品位熱能向高品位轉移的冷暖兩用空調系統。它由水循環系統、熱交換器、地源熱泵機組和控制系統組成。冬季代替鍋爐從土壤中取熱，以30～40℃左右熱風向建築物供暖，夏季代替普通空調向土壤排熱，以10～17℃左右冷風給建築物製冷。同時，還能供應生活用熱水。
國內外大量實例表明，採用地源熱泵系統開發利用淺層地熱能對建築物進行供暖空調，具有取用方便、無污染、運行費用低等特點。淺層地熱能是理想的「綠色環保能源」，熱泵技術是「綠色環保技術」，其主要特點是：
（1）資源可持續利用。淺部地熱能儲層像一個巨大的熱能調蓄器，利用熱泵系統給建築物供暖、空調，冬季從地層中取出熱量給建築物供暖，夏季吸收建築物的熱量釋放到地層中儲存，這樣，全年中建築物冬季採暖所需的熱量，總體上可與來自地球深部的傳導熱量和夏季儲存的熱量實現平衡，使淺層地熱能源能夠實現可持續利用。
（2）高效節能。由於淺層地溫略高於當地平均氣溫，比較恆定，冬季供熱時溫度比環境溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比提高；夏季供冷時，溫度比環境溫度低，冷卻效果提高，機組效率也提高。地源熱泵的製冷制熱系數可達4.0以上。與傳統的空氣源熱泵相比，高出40%左右，其運行費用僅為普通中央空調的50%～60%，與電熱鍋爐和電熱膜供熱相比，可節約70%左右的電能。
（3）無環境污染。地源熱泵運行時，除了消耗少量的電能外，需要的僅僅是與地下岩土層（含岩石、土層和空隙中的水）進行熱量交換的循環水或其它液體，基本不消耗水、不排泄廢物，不對周圍環境產生任何污染。
（4）運行費用低。維修量少、自動化程度高，運行費一般只相當於普通供暖空調費用的30%～70%。
（5）一機多用。一套地源熱泵就可以實現供熱、供冷和生活熱水供應，可代替原來的鍋爐加空調兩套系統，一次性投資降低。
（6）節省土地資源。地源熱泵除主機和循環水泵外，沒有其它安裝設備。與鍋爐房相比，省去了水處理間、風機間、煙囪、煤場和渣土場，節約了土地資源。
（7）運行靈活、穩定可靠、使用壽命長：每台機組可獨立運行，個別機組發生故障不會影響整個系統的運行。機組運行工況穩定，不受環境溫度變化的影響，冬季不需要除霜。熱泵的運轉部件少，基本上不需要維修，運行穩定可靠，使用壽命可達20年。
（8）自動化程度高：地源熱泵一般是全電腦控制，可根據外部負荷的變化，調整壓縮機的工作數量，並設有壓縮機超溫保護、斷水保護等多種保護措施，可實現無人值守。
（9）用途廣泛：從嚴寒地區至熱帶地區均適用。
（10）易於管理。可實現機組獨立裝表、計費，方便對整個系統的管理。
地源熱泵系統的應用受當地水文地質條件的制約。地區的水文地質條件決定了採用地源熱泵供暖、空調的可能性及其利用的方式。就一般而論，在地下水位埋藏不深，含水層厚度較大、滲透性能較強、易於回灌的地區，適宜採用以地下水源為載體的地源熱泵；在地下水位埋藏淺，鬆散層厚度大、但滲透差、不易回灌的砂、土層分布地區，適宜採用垂直埋管式地源熱泵；地下水位埋藏深，鬆散層厚度小、岩土層滲透性弱、不具備開采地下水的岩石地區，不適宜採用地源熱泵。
2 國際地源熱泵技術與淺層地熱能應用發展趨勢
「熱泵」的概念，1912年由瑞士人提出，1946年第一個熱泵系統在美國俄勒岡州誕生。1974年起，瑞士、荷蘭和瑞典等國家政府逐步資助建立示範工程。20世紀80年代後期，熱泵技術日臻成熟。在過去的10年時間里，大約30個國家的熱泵平均增長速率達到10%，在國際社會中，由於其在減少二氧化碳方面得到普遍認可而受到廣泛重視。
目前，利用熱泵技術開發利用淺層地熱能較好的國家有美國、北歐、瑞典、瑞士和德國，已有大量裝機的國家有加拿大、奧地利、法國和荷蘭，開始重視和推廣應用的國家有中國、日本、俄羅斯、英國、挪威、丹麥、愛爾蘭、澳大利亞、波蘭、羅馬尼亞、土耳其、韓國、義大利、阿根廷、智利、伊朗等國。
熱泵增長較快的主要還是在美國和歐洲。目前全世界裝機容量可能接近10100MWt，年均利用能量約59000TJ（16470GWh），實際安裝的機組量約900000個，據不完全的統計，目前地源熱泵裝機容量居多的國家依次是美國、瑞典、德國、瑞士、加拿大、澳大利亞（見表1）。
表1 利用地源熱泵裝機容量居多的國家
在美國，每年接近安裝5萬～6萬套熱泵機組，超過600個學校安裝了熱泵系統進行供暖和製冷。在瑞士，由於高原氣候條件，冬天日照少，水源熱泵系統已經以每年15%的速度快速增長。目前，瑞士有超過25萬台熱泵系統在運行，成為世界上利用熱泵密度最大的國家。在英國，盡管地質條件非常復雜。但是熱泵技術也從非常小的起步發展到遍及整個英國。涉及領域有：私人建築、房地產開發、公共設施等。目前，瑞典的地源熱泵安裝基本占總需求負荷的60%，尤其是進入到21世紀之後，瑞典的熱泵安裝增長更為迅速，僅2001年熱泵銷售就突破25000台。澳大利亞雖然大部分國土位於熱帶，但是引入熱泵的數量也達到23000多套。
地源熱泵在日、韓、美和中歐、北歐應用較為普遍。據1999年的統計，在住宅供熱裝置中，地源熱泵所佔比例，瑞士96%，奧地利38%，丹麥27%。美國1998年地源熱泵系統在新建築中佔30%，且以10%的速度穩步增長。其中最著名的地源熱泵工程有肯塔基州路易斯威爾的濱水區辦公大樓，服務面積15.8×104m2，每月節省運行費用25000美元。隨著該項技術的應用發展，其組織的研究也迅速發展。據有關資料介紹，日本國研究出的高溫水地源熱泵，出水溫度達到80～150℃，且其制熱系數COP高達8.0。
由於地源熱泵技術的日趨成熟，有力地促進了淺層地熱能的廣泛利用。近幾年來，各國淺層地熱能的開發利用規模和發展速度都在快速增長。從國外發展趨勢看，開發利用淺層地熱能（蘊藏於地球淺部岩土體中的低溫能源），將是地熱資源開發利用的主流和方向。
3 我國淺層地熱能開發利用現狀
我國的熱泵研究始於20世紀50年代，天津大學熱能研究所的呂燦仁教授在1954年開展了我國熱泵的研究，1965年研製成功國內第一台水冷式熱泵機組。但由於多種原因，發展緩慢，直到80年代末90年代初，相關領域開始了新一輪的研究。進入21世紀以來，我國在熱泵模型模擬、試驗裝置、能耗評價以及系統材質研究等方面取得了一批顯著成果。隨著傳統能源的緊缺和人們對開發新能源和再生能源的重視以及熱泵技術的日益成熟，熱泵技術及淺層低品位地熱能的開發利用得到了快速發展。
我國政府十分重視熱泵技術和淺層地熱能的開發利用工作。1994年3月國務院批准了《中國21世紀議程下的可持續能源計劃》。1997年11月原國家科委與美國能源部在北京簽署了《關於地熱能源生產與應用的合作協議書》，中美兩國政府開始了可再生能源領域的技術合作。1998年11月，開始實施《中美兩國政府合作推廣美國土-氣型地源熱泵技術工作計劃書》，確定了北京計科地源熱泵科技有限公司、上海鼎達能源公司、廣州信利達公司為中美兩國政府地源熱泵合作項目的執行單位。按照該計劃，1999年正式啟動了北京嘉和園國際公寓、寧波服裝廠廠房樓、廣州松田學院教學主樓三處示範性工程，建築總面積13．238萬m2，其中北京嘉和園國際公寓面積最大，達8．8萬m2。2000年6月，由中國科學技術部在北京主辦了「美國土-氣型地源熱泵技術交流大會」，進一步推動了熱泵技術的運用。據統計，到2003年底，僅北京計科公司，已建成土-氣$#
北京是我國應用地源熱泵技術開采淺層地熱能對建築物進行供暖空調較早且發展最快的地區之一。近幾年來，採用淺層地熱能為建築物供暖空調的工程數量迅速增加。到2004年底，北京已有200多個單位總計420萬m2的建築面積利用淺層地熱能供暖或供冷。其建築物類型有普通住宅、辦公大樓、高級賓館，也有學校、幼兒園、商場、醫院、敬老院、檔案館、體育場館、廠房、污水場站，景觀水池等。其中，地下水地源熱泵系統最大單項工程建築面積達18萬m2，地埋管地源熱泵系統（又稱土壤源熱泵系統）最大單項工程建築面積也已達13萬m2。目前由華清地熱集團正在實施的地埋管地源熱泵系統單項工程——用友軟體園，供暖空調面積將達到20萬m2。幾處代表性的地源熱泵供暖空調工程項目見表2。
表2 北京代表性的地源熱泵供暖空調工程項目簡介
天津也是我國應用地源熱泵系統供暖空調較早的地區之一。近年來，已先後在天津開發區第十八大街海濱大道發展公司、天津地礦珠寶公司、天津市中心海河商貿區古文化街等地建立了地源熱泵系統供暖空調項目。目前，正在快速發展中。
河南、內蒙古、山東、廣東、安徽等地也都開始了開發利用淺層地熱能的探索和試點。隨著我國能源結構政策的調整，以燃煤和耗電為主的鍋爐採暖、空氣源熱泵供冷的傳統方式，將會被更加高效的以淺層地熱能為熱源（或冷源）的地源熱泵供暖（或供冷）方式所取代。隨著地源熱泵技術的逐步完善，淺層地熱能必將成為我國今後一段時期地熱能開發利用中的最普遍最主要的能源。在我國建築物供暖（或供冷）中，淺層地熱能所佔的比重也將愈來愈高。
4 存在的主要問題
地源熱泵技術及其淺層地熱能的開發利用，雖然在我國取得了明顯成效，但由於發展時間短，總體上還處於起步階段，地區發展很不平衡，存在的一些問題也日益顯現，需要我們認真研究和解決，否則將直接影響著淺層地熱資源的科學開發和持續利用。主要問題是：
（1）社會認知程度低。當前社會對淺層地熱能資源的認知程度還很低，人們對賦存於地殼表層豐富的淺層地熱能資源和特點及其熱泵技術了解不多，甚至相當一部分專業設計單位的人員對此也缺乏了解，直接影響淺層地熱能這一新型能源的廣泛應用。
（2）開發技術水平不高。適合我國特點並滿足不同要求的地源熱泵系列產品尚未形成，有待積極開發；地源熱泵供暖空調項目專業設計人員普遍缺乏，系統設計不匹配和偏保守的問題較突出。土壤埋管換熱計算理論還不成熟，缺乏設計標准，工程質量難以保證，廣泛應用受到限制。
（3）開發利用工程與資源勘查評價工作脫節，存在一定的盲目性。水文地質條件決定了淺層地熱能的開發利用方式和規模。但目前淺層地熱能的開發與勘查評價工作大多存在脫節問題，有的開發利用方案的選定缺乏科學依據，開發規模與資源條件不匹配，存在盲目性，導致工程效益不高，工程成功率偏低。因此，淺層地熱能的開發利用必須建立在水文地質勘查評價工作的基礎上，應對淺層地熱能開發利用的可行性、適宜性及開發利用容量進行評價，因地制宜地制定開發利用方案，選定熱泵系統類型（是地埋管地源熱泵還是地下水型地源熱泵等），確定埋管深度、密度等科學數據。
對已經開發利用淺層地熱能的工程和地區，大多沒有對其影響范圍內環境地質體中的岩土體溫度、地下水溫度及其水質等進行監測，也沒有及時分析地熱能場的變化規律及開展環境影響評價工作，對未來的變化趨勢更是心中無數。
（4）淺層地熱能開發利用的技術標准、規范滯後。目前尚缺乏《淺層地熱能勘查評價》、《淺層地熱能地質環境境影響評價》等技術規范，使勘查評價工作缺乏標准，方法不統一。工程的設計缺乏系統的設計規范，大都處在無標准可依的狀態。對開發單位缺乏資質管理，實施的工程也缺乏必要的論證程序。淺層地熱能供熱（或供冷）是一項系統工程，地上暖通空調系統與地下資源勘查評價及井位、埋管系統的設計、施工等環節，是有機的整體，各專業之間必須統一設計施工，協同作業。否則，淺層地熱能供暖（或供冷）工程將會造成熱泵系統不匹配或匹配程度差，成功率低的不良後果。
（5）相關技術研發滯後。由於淺層地熱能開發利用在我國時間短，一些配套的技術措施和檢測設備還跟不上。如深層岩土熱物性測試技術和儀器研發、不同區域地下傳熱模型模擬試驗研究、地埋管換熱器的傳熱強化、系統設計軟體開發、地源熱泵模擬及最佳匹配參數的研究、高性能回填材料的研究等，亟待開發和研製。
（6）缺少必要的扶持和激勵政策。淺層地熱能資源開發利用潛力很大，資源的可再生、無污染，是任何化石燃料所不能替代的。但初期一次性投入也較大，要取得經濟上的規模效益，需要各級政府在財稅等政策上予以扶持，否則，全面推廣和應用受到一定的限制。就全國而言，目前僅有北京市，出台了鼓勵政策，對用熱泵技術進行供暖（供冷）的，市財政按照其受益的建築物面積給以補助。但有些地區不但沒有鼓勵政策，反而出台了限制政策，如不僅對取出的地下源水收費，而且對回灌到地下的源水還再次收費，增加了企業負擔，使企業利用淺層地熱能的節能、環保效果未能在經濟效益上得到體現，因而大大限制了熱泵技術和淺層地熱能的利用和發展。
5 對策
淺層地熱能的開發利用已逐漸在我國興起，並呈快速增長之勢，近幾年，其在用於供暖（空調）方面的發展速度已超過傳統意義上的地熱資源，隨著人們認識水平的提高和示範工程的引鑒，對其開發利用會引起更多人的關注，也將會有越來越多的建築物供暖空調項目採用淺層地熱能資源。為促進淺層地熱能資源的合理開發利用，必須採取如下對策措施。
（1）積極開展淺層地熱能資源勘查評價，制定開發利用總體發展規劃。淺層地熱能資源普遍存在於地球表部，分布廣泛、取用方便，具有廣闊的利用前景已是不爭的事實，但採用何種方式開發、可能利用的量、長期利用後對環境的影響程度等，則受到當地具體水文地質條件（地下水埋藏條件，地層結構、含水地層的滲透性、地下水水質等）的限制，只有這些條件查清楚，才能對淺層地熱能的利用方式做出正確的選擇。就一個地區而論，也才能對適宜淺層地熱能開發利用的地區、不同利用方式的地段、可能的利用規模、潛在的環境地質問題等做出合理的判斷。
部署開展區域淺層地熱能資源勘查評價工作。當前，應先從平原區的重點城市起步，開展以1∶10萬比例尺精度為主體的勘查評價工作。以原來開展的水文地質勘查成果為基礎，補充必要的獲取岩土體熱傳導率、滲透率等參數的勘查工作。勘查工作深度一般控制在200m以淺。
在勘查評價的基礎上，編制淺層地熱能開發利用規劃，進行合理布局，確定適宜開發利用的地區、圈定不同利用方式（地下水、地埋管）的地段、提出合理的開發利用規模、防治地質災害和環境地質問題的措施等。
（2）推動示範工程的建設，帶動地區淺層地熱能資源的開發利用。我國南北差異大，地質條件復雜，淺層地熱能在一個地區成功應用的經驗受地區具體條件的限制，並不能完全適用於其他地區。不同方式的利用經驗，也有其特性和相應的利用模式。淺層地熱能在一個地區的推廣應用，除了吸收普遍的經驗外，更重要的是應結合地區具體的條件，建立符合本地實際的示範性工程，摸索方法、總結經驗，推廣應用，帶動面上的開發利用。
（3）依靠科技進步和創新，提高淺層地熱能應用技術水平。淺層地熱能利用涉及到資源勘查評價、地下換熱、熱泵、建築物內供熱（供冷）系統、自動控制等諸方面的配套技術，涉及多學科相互聯系、借鑒的應用技術，既需要自身的提高，也需要相互協調配合方面的強化和提高。當前，尤其應加強地下換熱技術，適合我國特點和需要的地源熱泵產品研製及產品的系列化、標准化，系統設計優化和相關儀器的研製等，以推動整體技術水平的提高。
（4）出台相關政策、激勵淺層地熱能資源的開發利用：淺層地熱能開發利用初投資較高，但運行管理費用低並具有清潔、高效、節能的特點，是具有很好的開發前景和可持續利用的清潔能源，政府應出台相關政策、法規，支持、鼓勵淺層地熱能資源的開發利用。各級地方政府可以參照北京市政府的做法，對用地熱能供暖（或供冷）的，可以按照建成的供暖（或供冷）的建築面積，財政上給以補貼，以此支持和鼓勵熱泵技術的推廣應用，推進淺層地熱能的開發和利用。建議中央財政在可再生能源發展專項資金中，安排一部分資金專門支持和鼓勵示範區的淺層地熱能的開發利用。
（5）制定相關的技術標准、規范，規范淺層地熱能資源的開發利用。2005年11月建設部、國家質檢局已聯合發布了GB50366-2005地源熱泵系統工程技術規范，該規范適用於以岩土體、地下水、地表水為低溫熱源，以水或添加防凍劑的水溶液為傳熱介質，採用蒸汽壓縮機熱泵技術進行供熱、空調或加熱生活熱水的系統工程設計、施工及驗收。它的發布與實施，將有利於淺層地熱能開發利用工程設計質量的統一。當前，亟需制定和出台淺層地熱能勘查評價、淺層地熱能地質環境影響評價等技術規范和標准，以規范淺層地熱能資源的勘查評價、地源熱泵埋管設計、地質環境影響評價等行為，提高淺層地熱能的開發利用水平。
（6）開展淺層地熱能開發利用示範工程地下換熱系統動態監測工作。在已開發利用淺層地熱能的地區，選擇不同類型的開發利用典型地區，開展地下換熱系統的動態監測，進行地下場地水、熱均衡動態長期監測和研究，積累數據，為淺層地熱能的評價、地下換熱系統工程的優化設計、完善標准、保護資源環境提供依據。
（7）建立和完善淺層地熱能開發利用資料庫及信息系統：淺層地熱能開發利用的地下換熱系統工程深埋地下，是永久性工程，有的地面建築物消失了，地下換熱系統（地埋管、水源井等）還將長期保存於地下深處，對當地環境和後人的生產、生活等活動有潛在的影響。為加強淺層地熱能開發利用的管理與資源的保護，應及早建立全國及省（區、市）淺層地熱能開發利用地下熱交換工程資料庫及信息系統。
㈤ 淺層地熱能開發利用區劃
筆者在收集了河南省各城市大量的地質、水文地質資料後，根據各城市的水文地質特徵，按照地下水熱泵、地埋管熱泵適宜性的分區標准，對河南省各城市進行了淺層地熱能的不同利用形式的適宜性進行了開發利用區劃。結果見表6-10及圖6-29至圖6-46。
由表6-10看出，淺層地熱能利用方式在不同地質條件下的適宜性既存在一定的差異也存在一定的聯系。地下水換熱的適宜性主要考慮的是良好的水文地質條件，如單井的出水量和回灌量；地埋管換熱的經濟性主要考慮的是影響成井經濟性的地質因素，如地層結構、顆粒度等。兩者考慮的因素具有相同部分，如地層的滲透性、水位埋深、徑流大小等，只是考慮的側重點不同。同時存在不同的部分，如地埋管熱泵經濟性主要考慮地層可鑽性以及基岩埋深，而不考慮地層的回灌能力。所以一般在地下水熱泵適宜的地區地埋管熱泵的經濟性不是最好的.在地埋管熱泵經濟性最好的地區地下水熱泵適宜性一般，二者有一定的互補性。在過渡地帶二者的適用性相差不大，可以綜合考慮多種因素（包括非地質因素）來決定該地區的淺層地熱能開發利用方式。
表6-10 河南省城市地埋管熱泵系統應用適宜性評價結果表
圖6-12 鄭州市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
適宜區生產能力：強，採回比：1:1或1:2，井深：80～100m；較適宜區生產能力：一般，採回比；1:2或1:3，井深90～160m；不適宜區生產能力：弱
圖6-13 開封市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統較適宜區生產能力：強，採回比：1:2，井深80～160m；不適宜區生產能力：弱
圖6-14 洛陽市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
適宜區生產能力：極強，採回比；1:1，井深：90～150m，較適宜區生產能力：強，採回比：1:1或1:2，井深100～150m；不適宜區生產能力：弱
圖6-15 平頂山市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統，b—地埋管熱泵系統
圖6-16 安陽市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
適宜區生產能力：極強，採回比：1:1，井深：65～85m；較適宜區生產能力：強，採回比：1:2，井深65～85m；不適宜區生產能力：弱
圖6-17 鶴壁市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
圖6-18 新鄉市淺層地熱能適宜性分區圖
a —地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
適宜區生產能力：強，採回比：1:2，井深：90～100m；不適宜區生產能力：弱
圖6-19 焦作市淺層地熱能適宜性分區圖
a 地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
較適宜區生產能力：強，採回比：1:2，井深 80～130m；不適宜區生產能力：弱
圖6-20 濮陽市淺層地熱能適宜性分區圖
a 地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
較適宜區生產能力：一般.採回比：1:3，井深：90～140m；不適宜區生產能力：弱
圖6-21 許昌市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統：b—地埋管熱泵系統
較適宜區生產能力：一般，採回比：1:3，井深：130～160m；不適宜區生產能力：弱
圖6-22 漯河市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統：b—地埋管熱泵系統
較適宜區生產能力：一般，採回比：1:3，井深：100～150m；不適宜區生產能力：弱
圖6-23 三門峽市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
圖6-24 南陽市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
適宜區生產能力：強，採回比：1:1，井深：100～160m；較適宜區生產能力：一般.採回比：1:1或1:2，井深120～160m；不適宜區生產能力：弱
圖6-25 商丘市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
圖6-26 信陽市淺層地熱能適宜性分區圖
a —地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
圖6-27 周口市淺層地熱能適宜性分區圖
a 地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
較適宜區生產能力：一般，採回比：1:3，井深110～l80m；不適宜區生產能力：弱
圖6-28 駐馬店市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
圖6-29 濟源市淺層地熱能適宜性分區圖
a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統
表6-11 淺層地熱能開發利用區劃表
續表
續表
續表
續表
圖6-30 鄭州市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-31 開封市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-32 洛陽市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-33 平頂山市淺層淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-34 安陽市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-35 鶴壁市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-36 新鄉市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-37 焦作市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-38 濮陽市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-39 許昌市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-40 漯河市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-41 三門峽市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-42 南陽市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-43 商丘市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-44 信陽市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-45 周口市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-46 駐馬店市淺層地熱能開發利用區劃圖
圖6-47 濟源市淺層地熱能開發利用區劃圖
河南省城市淺層地熱能開發利用適宜區分布情況如下。
1.鄭州市
鄭州市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為784.47km2，主要分布在京廣鐵路以東城區、鄭東新區的黃河沖積平原和中原區、高新區的黃土塬間平原大部地區；地埋管熱泵適宜區總面積為116.23km2，主要分布在北郊黃河灘區地下水水源區、西部黃土塬間平原、北部黃土台塬；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為110.53km2，主要分布在市區西南部的馬寨、侯寨黃土台源一帶。
2.開封市
開封市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為297.40km2，主要分布在城市規劃區內大部分黃河沖積平原；地埋管熱泵適宜區總面積為76.04km2，主要分布在北部柳園口以北的黃河灘區，中部龍亭到前台，南部西御林、火神廟的黃河沖積平原河間帶。
3.洛陽市
洛陽市地下水源熱泵適宜區總面積為300.18km2，主要分布在洛北的洛河一、二級階地，澗河三級階地，洛南的伊－洛河河間地塊東部；地埋管熱泵適宜區總面積為159.12km2，主要分布在邙山、南山、龍門山的黃土台塬和丘陵區。
4 .平頂山市
平頂山市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為159.05km2，主要分布在市區南部的沙河沖積平原；地下水源熱泵適宜區總面積為27.42km2，主要分布在市區西南靠近白龜山水庫一帶、WN—ES方向呈條帶狀、點狀分布的岩溶水區：地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為276.28km2，主要分布在市區及北部礦區的丘陵、山前坡洪積平原一帶。
5.安陽市
安陽市地下水源熱泵適宜區總面積為183.77km2，主要分布在建成區到安陽西站的安陽河沖洪積扇及北部漳河洪積扇；地埋管熱泵適宜區總面積為156.33km2，主要分布在市區外圍的安陽河沖洪積扇前緣地帶；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為191.89km2，主要分布在南部龍泉鎮到馬頭澗一帶的丘陵區。
6.鶴壁市
鶴壁市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為97.93km2，主要分布在淇濱新區斷陷窪地和淇河沖洪積扇；地下水源熱泵適宜區總面積為140.47km2，主要分布在龐村鎮至高村鎮的淇河沖洪積扇群；地埋管熱泵適宜區總面積為39.42km2，主要分布在淇濱新區東部呈NNE向展布的崗地；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為494.08km2，主要分布在鶴山區、山城區的侵蝕剝蝕低山地丘陵。
7.新鄉市
新鄉市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為512.50km2.主要分布在建成區及其南部黃河沖積平原；地下水源熱泵適宜區總面積為41.60km2.主要分布在北部鳳、泉區堡上及鳳凰山一帶的奧陶系灰岩裂隙岩溶水；地埋管熱泵適宜區總面積為281.89km2，主要分布在共產主義渠兩側交接窪地。
8.焦作市
焦作市地下水源熱泵適宜區總面積為359.78km2，主要分布在市區及其中部、北部的坡洪積斜地、扇、扇前（間）窪地；地埋管熱泵適宜區總面積為125.81km2，主要分布在市區南部沁河沖積平原；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為295.20km2.主要分布在市區北部的基岩山區。
9.灌陽市
濮陽市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為487.24km2，主要分布在市區西部的黃河沖積平原大部；地埋管熱泵適宜區總面積為120.45km2，主要分布在市區東部黃河沖 積平原。
10.許昌市
許昌市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為37.20km2，主要分布在市區南部的雙洎河—清沂河沖積平原：地埋管熱泵適宜區總面積為196.09km2，主要分布在市區及其北部一帶雙洎河—清沂河沖積平原的弱富水區。
11.漯河市
漯河市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為112.06km2.主要分布在東部昭陵區一帶的沙潁河沖洪積平原；地埋管熱泵適宜區總面積為247.79km2，主要分布在市區及郾城區一帶沙潁河沖洪積平原的弱富水區。
12.三門峽市
三 門峽市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為129.20km2，主要分布在市區的青龍澗河、蒼龍澗河和宏農澗河河谷及階地，市區南部山前沖洪積扇、黃土梁峁；地下水源熱泵適宜區總面積為54.66km2，主要分布在三門峽水庫南側的黃河階地；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為1.90km2，主要分布陝縣溫塘基岩山區。
13.南陽市
南陽市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為179.63km2，主要分布在市區西側槐樹清—卧龍崗一帶及白河東部的白河沖積、洪積平原；地下水源熱泵適宜區總面積為123.20km2，主要分布在市區及白河兩岸的漫灘與階地；地埋管熱泵適宜區總面積為109.52km3，主要分布在市區西部周後王—靳崗一帶剝蝕壟崗；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為12.48km2，主要分布在市區北部侵入岩體的獨山。
14.商丘市
商丘市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為102.25km2，主要分布在黃河沖積平原區的市區及其中部地下水漏斗區；地埋管熱泵適宜區總面積為110.55km2，主要分布在市區外圍的黃河沖積平原區。
15.信陽市
信陽市地下水源熱泵適宜區總面積為32.54km2，主要分布在建成區及浉河河谷；地埋管熱泵適宜區總面積為70.65km2，主要分布在市區北部豫南軟岩分布丘陵崗地。
16.周口市
周口市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為124.60km2，主要分布在市區北部；地埋管熱泵適宜區總面積為171.40km2，主要分布在市區及黃河沖積平原、沙潁河沖積平原。
17.駐馬店市
駐馬店市全區88.43km2均適宜地下水源熱泵和地埋管熱泵。
18.濟源市
濟源市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為315.15km2，主要分布在市區及其周邊的漭河沖洪積平原；地下水源熱泵適宜區總面積為26.58km2，主要分布在五龍口東部沁河口洪積扇；地埋管熱泵適宜區總面積為228.11km2，主要分布在南部軟岩組成的低山與丘陵區；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為297.82km2，主要分布在西部、北部的低山與丘陵區。
㈥ 淺層地熱能基本概念
一、地熱能（資源）與淺層地熱能
人們對地熱能的認識是逐步形成和完善的，原來人們把自然出露的溫泉稱之為地熱，後來隨著鑽探技術水平的提高，將地熱異常區及深部主要熱儲層（帶）中儲存的、可以開發利用的地熱流體作為地熱資源。
近年來，隨著熱泵技術在供暖、空調方面的推廣應用，使廣泛分布的淺層地熱能有了利用的可能，並且比開發深部地熱資源更具有廣泛性。2006年，中國礦業聯合會地熱資源委員會賓德智教授提出：地熱能（資源）主要包括變溫層中的地溫能、淺層地熱能和地熱異常區及深部地熱資源。
（1）變溫層中的地溫能
該層地熱能位於地面表層，深度一般小於30m，地熱來自地球深部的熱傳導和太陽光的輻射，溫度受年氣溫變化的影響，低於當地平均氣溫，可通過水熱交換方式利用其部分地熱（溫）資源於供暖或空調——適宜地源熱泵技術。
（2）淺層地熱能
該層地熱能位於恆溫層以下至200m深度范圍內，溫度低於25℃，是在當前技術經濟條件下具備開發利用價值的地熱能。地熱主要來源於地球深部的熱傳導，儲存於地下岩石裂隙和土層孔隙的水體中，可通過水－熱交換方式利用其部分地熱資源於供暖或空調——適宜水源熱泵技術。
（3）地熱異常區及深部地熱資源
這種地熱資源即分布於地熱異常區的天然溫泉及隱伏於地下深部（>；300m）熱儲中具有開采經濟價值的地熱資源。地熱來自地球深部的熱傳導和熱對流，儲存於岩石裂隙和土層孔隙的水體中，溫度隨深度或靠近地熱異常區增加，且大於25℃。可利用的地熱資源目前主要限於深度小於4000m，通過鑽井直接開采地下熱水予以直接利用。
從賓德智教授關於地熱能的劃分可以看出，變溫層中的地溫能和淺層地熱能具有埋藏淺、儲量大、開采技術條件簡單、可再生和環保等特點，具有很好的開發前景。但是，變溫層中的地溫能和淺層地熱能概念與應用會產生不協調，例如，在實踐中，人們更多的是利用變溫層以下的地溫能，而賓德智教授在定義中恰恰忽略了這一點。
2008年，北京市地質勘查開發局編著的《北京市淺層地溫能資源》一書中認為：淺層地溫能是蘊藏在地殼淺部變溫層以下一定深度范圍內（一般小於200m）岩土體和地下水中、受太陽輻射的程度較小、溫度相對穩定（一般恆定在10～25℃之間）、在當前技術條件下具備開發利用價值的低溫地熱資源。這種觀點基本上代表了近年來我國關於淺層地熱能的研究水平。
2009年，國土資源部在我國研究淺層地熱能現狀的基礎上，編制了我國地質行業標准《淺層地熱能勘查評價規范（DZ/T0225—2009）》，該規范對淺層地熱能進行定義：淺層地熱能是指蘊藏在地表一定深度范圍內岩土體、地下水和地表水中具有開發利用價值的熱能。筆者認為，地表水中確實具有開發利用價值的熱能，並且目前已有應用，但是，作為地質行業標准，與淺層地熱能的內涵不符，並且在該規范的具體內容中並未涉及，因此，地表水作為淺層地熱能有待進一步探討。
考慮到目前我國應用現狀和工作實際，筆者認為：淺層地熱能是指通過地源熱泵換熱技術利用的蘊藏在地表以下200m深度范圍內，溫度低於25℃的岩土體和地下水中具有開發利用價值的熱能。這也是本書研究的主要對象。
二、淺層地熱能開發利用的主要特點及優勢
1.資源的循環再生與可持續利用
淺層地熱能的能量來源於地球內部的熱能和太陽輻射能，這兩種能源均為可再生資源。地球是一個巨大的太陽能收集點，它大約將47%的太陽能儲存在地球淺表層，比人類每年利用能量的500倍還多，淺層地熱能不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存於地表淺層並類似於一種無限的可再生能源，使得淺層地熱能成為清潔的可再生能源的一種形式。
地溫（水源）熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源（深度通常小於200m）作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。冬季從地層中取出熱量給建築物供暖，夏季吸收建築物的熱量釋放到地層中儲存，達到夏季傳導熱量和儲存熱量的動態平衡，從而實現淺層地熱能的循環再生和可持續利用。地溫（水源）熱泵的推廣將為城市淺層水資源的利用找到一個新途徑。推廣水源熱泵中央空調，不僅符合國家的能源產業政策用水政策，而且也符合城市環保和節約用水政策。
2.淺層地熱能儲量巨大
據專家估算，我國岩土厚度按100m計算，其每年可採集的低溫能量是我國目前發電裝機容量4×108k W的3750倍。而百米內地下水每年可採集的低溫能量達4×108kW。這為推廣利用地源熱泵系統或地埋管換熱系統提供了能源保障。
3.與熱泵技術結合緊密，節能效益顯著
利用淺層地熱能主要是利用和運用地源熱泵系統或地埋管換熱系統，通過輸入少量的高品位電能，將岩土體和地下水中低位能變為高品位能量供末端用戶使用，從而達到夏季製冷和冬季制熱的目的。水源熱泵的製冷制熱系數可達到4.0以上，與傳統的空氣源熱泵相比，高出40%左右，其運行費用僅為普通中央空調的50%～60%，與電熱鍋爐和地熱膜供熱相比，節約70%左右的電能，節能效益顯著。據美國環境保護署EPA估計，設計安裝良好的地溫熱泵中央空調與傳統中央空調相比，平均要節能和節省運行費用30%～40%。
4.—機多用，應用范圍廣
地溫（水源）熱泵系統可用於供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的2套裝置或系統，可節省一次性投資，並且安裝容易。可廣泛應用於賓館、商場、辦公樓、學校等建築，更適合於別墅區、住宅小區的集中供熱製冷，以及其他商業和工業建築空調，並可用於游泳池、冷庫及室內種植和恆溫養殖等行業上。
5.運行穩定可靠，使用壽命長
正是由於地層溫度一年四季相對穩定，其溫度的范圍遠遠小於空氣的波動，因而是很好的冷熱源；同時由於溫度的恆定性，使得系統運行更加可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。同時，由於地溫（水源）熱泵系統的供冷、供熱的平穩性，降低了停機、開機的頻率和空氣過熱和過冷的峰值。這種系統更容易適應供冷、供熱負荷的分區，提高環境舒適度。
地溫（水源）熱泵機組由於工作情況穩定，所以可以設計簡單系統，部件較省，機組運行簡單可靠，使用壽命長，維護費用低；由於自動控製程度高，可降低管理費用。一套系統解決冷暖問題，可節省運行費用30%以上，技術可靠、維護方便。
6.減少污染，環境效益顯著
地溫（水源）熱泵中央空調取消了鍋爐，沒有燃燒，減少了排煙以及燃料存放的污染，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量，可以極大地降低CO2的排放。
地溫（水源）熱泵中央空調系統所利用的地下水是密封循環的，避免了冷卻塔的噪音和水污染現象，並基本實現了水的零消耗。此外，地溫（水源）熱泵機組結構特殊，使製冷劑泄漏幾率大為減少，不會像分體空調那樣安裝時易產生泄漏，是目前減少CO2排放量最大的單項技術之一，環境效益非常顯著。
利用淺層地熱能具有可就近利用、無污染、運行成本低、便於物業管理和系統使用壽命長等特點，是理想的綠色環保能源，備受世界能源、環保組織和發達國家推崇，並被市場廣泛接受，自20世紀80年代以來，年增長率一直保持在20%以上。
㈦ 天津市淺層地熱能研究淺析
靳寶珍 楊永江 李丹 劉斐 高亮
（天津地熱勘查開發設計院）
摘要：本文旨在通過對天津地質背景和地溫場分布特徵的分析，對天津地區淺層地熱能特徵進行初步探討，並對今後開展淺層地熱能調查和研究提出幾點建議，使其得到更為科學合理地開發。
如今成熟的熱泵技術使淺層地熱能的利用成為了現實，淺層地熱能以其儲量大、利用方便、對環境危害極小等優點，逐步登上了能源利用的大舞台，現今越來越多的目光轉向了這個潛力巨大的能源寶庫。這種很有市場前景的新能源，對緩解我國優質能源瓶頸和改善環境質量起到積極的作用。但是目前熱泵系統的推廣呈現出很大的盲目性，許多項目在沒有對當地能儲量情況進行充分調查評價的條件下，就匆匆上馬，造成了地源熱泵系統工作不正常，影響了地源熱泵系統的進一步推廣與應用。因此對淺層地熱能的基礎性研究是極具前瞻性的課題。
天津市依山傍海，地下蘊含著豐富的淺層地熱能，30多年來地熱工作者在地熱研究領域進行了大量的勘查及相關研究工作，取得了豐碩的科研成果。但是由於科學技術水平等的限制，以往的地熱能開發只側重於40℃以上的地熱水，對淺層地熱能的研究幾乎是一片空白。如今隨著熱泵等高新技術的發展，地熱能的利用范圍得到了很大拓展，潛能巨大的淺層地熱能已不再沉睡，相關的利用已在多個示範工程中相繼展開，而其基礎性調查研究也成為用戶及管理部門關注的焦點。
淺層地熱能的形成與本區的地質背景是息息相關的，不同地區地層發育和構造特徵不同，大地熱流亦不相同，因此蘊含的能量也不盡相同。下面從天津地區地質構造特徵、地溫場特徵分析全區淺層地熱能的地質背景及特徵。
1 地質背景
1.1 構造特徵
天津在我國構造體系中，屬於Ⅰ級構造單元華北准地台的北部，縱跨兩個Ⅱ級構造單元，即燕山台褶帶和華北斷坳區，其間以寧河-寶坻斷裂為界，斷裂以北為基岩出露或淺埋區，屬Ⅱ級構造單元燕山台褶帶中段的次一級（Ⅲ級）構造單元薊寶隆褶，該區發育的斷裂以近東西向為主導。
寧河-寶坻斷裂以南為平原區，屬於Ⅱ級構造單元華北斷坳區的東北部，分布於太行山隆起以東，燕山褶皺帶以南，向東延伸於渤海，是中新生代形成的斷陷、坳陷盆地，進一步劃分自西而東分別為冀中坳陷、滄縣隆起和黃驊坳陷三個Ⅲ級構造單元，其間分別以古近系缺失線和滄東斷裂為界。斷裂可劃分為三組：北東－北北東向、北西向和近東西向。北北東向的斷裂有滄東斷裂、天津斷裂、白塘口西斷裂、白塘口斷裂、白塘口東斷裂，北西西向的斷裂有海河斷裂、漢沽斷裂、寧河斷裂，近東西向的斷裂有王草庄斷裂、牛蹄河斷裂等。這些斷裂活動最強烈的是北北東向斷裂。當然，這是就總體相對特徵而言，這幾組斷裂亦存在多期活動和相互切錯特徵。大部分斷裂是繼承性斷裂，其總體特徵為規模大、產狀陡、切割深、傾向各異。東西向斷裂一般南傾；北東—北北東向斷裂大多傾向南東，部分傾向北西；北西向斷裂一般傾向南西。這些斷層多為正斷層，或以正斷活動為主，有的切穿了結晶基底和地殼，有的切穿了莫霍面而深達上地幔。這些斷裂共同控制著盆地的發展和演化以及其內部的二、三級構造單元。這種隆起與坳陷相間排列及多期斷裂的交叉分布構成了天津地質構造格局。
1.2 地層發育概況
天津北部地區主要為山區和基岩淺埋區，新生界地層較薄，一般200m左右；南部平原區由於新生代以來斷陷活動強烈，使該區沉積了巨厚的新生界地層，相應的地層發育較全，為一套砂泥互層的碎屑沉積，從上至下分別為第四系、新近系的明化鎮組和館陶組、古近系的東營組和沙河街組及孔店組，冀中坳陷和黃驊坳陷新生界厚度多在3000m以上，而在滄縣隆起區新生界厚度1000m左右；新生界之下發育從中生界至中新元古界基岩地層。
2 地溫場特徵
據多年來地熱勘查成果，寧河-寶坻斷裂以南新生界地層比較發育，厚度在800m以上，是較為理想的熱儲蓋層，具備儲存淺層地熱能的條件。在已勘探的4km深度范圍內，地殼淺部地溫的分布狀況受基岩凹凸相間的地質構造格局的控制，在平面上按一定的高低相間的帶狀特點展布，相對高溫區與基岩凸起區一致，相對低溫區與基岩凹陷區相對應。本區以地溫梯度3.5℃/100m等值線為界，劃分出十個地熱異常區（圖1），地熱異常區的展布主要方向為北北東向，部分為北西向，而且大多分布在滄縣隆起及拗陷中的凸起區。有些斷裂深大斷裂如海河斷裂、滄東斷裂、白塘口西斷裂分別對山嶺子地熱異常區、萬家碼頭地熱異常區和王蘭庄地熱異常區的分布起著重要的控製作用。所以，地溫場在平面的展布狀態主要受地質構造的影響。
3 天津地區淺層地熱能特徵概況
寧河-寶坻斷裂以北大部分為山區，只有少部分地區為基岩淺埋區，鬆散的新生界厚大多為100～300m，不利於熱量的保持，另外由於受地下水強徑流的干擾，使地溫明顯降低，與平原區正常的地熱增溫規律有明顯的不同，造成了該區地溫梯度普遍偏低，約2℃/100m，因此該地區淺層地能儲量相對較小。
寧河-寶坻斷裂以南的廣大平原區，新生界地層在垂直方向上由地表向地下可劃分出三個地溫帶：表層0～30m為變溫帶，其溫度主要受太陽輻射熱流、表層岩石和植被、建築等因素的影響，有晝夜變化、年變化和多年變化周期，溫度變幅隨深度增加而減小，大約在30m深度為地溫恆溫帶，基本不受氣候影響，溫度基本穩定在13.5℃左右；恆溫帶以下為地熱增溫帶，其溫度主要受地球深部熱流、岩石熱導率、地質構造、水文地質等因素的影響，總的規律是隨著深度的增加地溫亦增加，增加的幅度隨著地溫增溫率的不同而有所差異。
圖1 天津市地熱異常區分布圖
由地溫場分布特徵可以看出，寧河-寶坻斷裂以南廣大平原區儲存有大量的淺層地熱能，由於不同地區大地熱流的分布不同，同等深度范圍內其地熱能儲量和可再生的能量也不盡相同，在同等能量的需求中，在地熱異常區的採集深度較淺，反之則相對較深。據統計全區地溫梯度在2～6.31℃/100m，25℃地溫埋深為168～605m，40℃地溫埋深為349～1355m，參照區域上的熱物理參數進行粗略估算，13.5～25℃地層蘊藏的熱量約為3.6×1016kJ，摺合標准煤1.23×109t標准煤，摺合電能1.0×1013kW·h。當周期性地從恆溫層及其以下淺層地層中提取能量時（冬季提取熱量，夏季提取冷量），地溫也會周期性的提供該種能量。
淺層地熱能雖然儲量巨大、可再生，但對於不同地域不同的水文地質條件，其開發利用還是要有選擇的，採集的規模多大，用何種方式，開采能量不能過度，當這種提取超過一定的額度，地溫也會像彈簧一樣，發生不可恢復的「形變」，不僅影響經濟性、安全性，還會造成地下水文地質條件的破壞。
綜上所述，本區儲存了十分豐富的淺層地熱能，它作為一種清潔的低品位可再生能源，不僅地熱能量是常年穩定的、天然的、可重復利用的，而且其潛能巨大，具有極大的環保性能，是不應被忽視的新能源。只要採集能量設計合理、工藝手段恰當，熱泵系統的能量平衡是相對穩定的，開發利用淺層地熱能有著廣闊的前景。
4 淺層地熱能調查評價工作過程中的幾點建議
4.1 圍繞查明淺層地熱能特徵及評價淺層地熱能儲量所需參數進行調查
由於天津地區蘊含淺層地能的層位不是以往地熱工作的重點，所以缺乏第四系甚至明化鎮組上段的資料，包括沒有岩土密度、岩土比熱、流體密度、平均比熱容、岩土的孔隙度及其它熱物理參數的准確數據，同時在地熱井的物探測試工作中，對於500m以淺的層，基本沒有進行過物探測井，對其岩性沒有系統的資料可以利用，因此調查工作的布置應圍繞查明淺層地熱能特徵及評價淺層地熱能儲量所需參數進行。需要的主要數據及參數為：地層岩性及分布范圍、埋藏深度、垂向地溫梯度的變化、岩土密度及比熱容，岩土的孔隙度等。
4.2 全面收集全區基礎性地質資料
在地溫調查及相關研究工作中，收集資料是一個不容忽視的基礎性工作，它對了解本區研究程度及工作布置起著至關重要的作用。主要是全面收集全區基礎地質、構造地質、鑽探（包括石油井、地熱井及部分第四系井）、物探（包括數字地震、大地電磁測深、高精度重力、航磁）、化探、水文和地熱勘查資料，並進行綜合分析和整理，了解工作區工作程度及存在的問題，針對需要解決的問題布置工作量，避免重復工作。因為以往工作重點是深層地熱井，而對第四系井及明化鎮組上段頂部的資料不太關注，因此這方面資料的收集是一個重點，以分析本區地質構造特徵及地層（尤其是13.5～40℃之間的地層岩性、分布、產狀、埋深、厚度等）情況。
4.3 開展野外淺層地熱能地質調查
野外調查是地質調查的主要手段，也是地溫場調查的基礎，因此該項目是調查工作必要的一個環節，通過對全區已有井孔的分布、取水段、取水層溫度、淺層地熱能利用現狀及地能開采量進行調查，能更好地了解區內可利用工作現狀，為各項工作的布置提供依據。
4.4 地球物理勘查
（1）現有物探成果的二次解譯。利用人工地震、重磁及鑽孔的物探測井等資料，分析區內地層發育情況，所處構造位置及斷裂發育特徵，查明斷裂的活動性及其時代，以確定其對淺層地溫的影響。在淺層地能的調查研究工作中，與以往工作不同的是物探工作側重淺部，應首先結合近年來資料及其它工作對已有物探資料，尤其是重磁資料進行二次開發，然後在必要的地區布置適量的物探工作。
（2）大地熱流值、地溫場調查。在淺層地能的調查研究工作中，最為關鍵的參數之一是大地熱流值，主要通過井孔溫度測量等方法查明區內地溫的空間變化規律，測量不同地層的地溫梯度，同時採集相應層段的岩樣，測定岩石的熱導率。
5 鑽探工作
在淺層地能調查研究工作中，如何取得比較合理的參數是解決問題的關鍵，而獲得參數的方法可以利用已有鑽孔，但有些是已有條件不能滿足的，有的地區甚至是空白，比如垂向地溫梯度及地層的熱物理參數等資料嚴重缺乏，因此一般需要布置必要的鑽探工作，鑽探盡量與當地利用規劃和需求相結合，鑽孔應布置在有代表性的位置，據沉積物沉積環境的不同，從北到南，從西到東進行布置，目的是查明地層岩性、結構、構造、地溫變化、熱儲滲透率、地熱流體壓力及其物理性質、化學組成，取得代表性的計算參數。
6 建立淺層地熱能綜合利用示範基地
淺層地熱能調查工作中後期，有了階段性成果後，為了促進成果社會化，應結合調查工作籌建淺層地熱能綜合利用的示範基地，設計供暖製冷麵積，進行地點的選擇、設備的購置安裝與調試、運行情況的跟蹤評價，最後提交綜合調查研究評價報告，為熱泵技術在本區的適用性提供範例。
如今能源已成為經濟發展的「指南針」，天津地區淺層地熱能豐富，對其進行調查研究與開發是當務之急，它必將為天津市可持續發展及環境保護作出積極貢獻。