马龙
中石化新星河南新能源开发有限公司，河南 郑州，457000
摘要：浅层地热能是一种可再生能源，是地热资源的一部分，由于其是一种新型环保能源，受到了我国专家学者的重视。目前这项能源主要应用于供暖和制冷，在未来将成为一种非常好的替代能源和清洁能源。但是目前该项能源在利用过程中却面临着许多问题，这些问题制约着浅层地热能的利用效率，因此本文对浅层地热能的特征及其开发的方式进行研究，希望能推动浅层地热能的利用，在提高经济效益的同时为我国带来更好的环境效益。
关键词：浅层地热能；开发利用；新能源
0引言
目前世界上使用的最主要的能源是不可再生能源，而这些能源在使用过程中会造成一定的环境污染。随着人类社会技术水平不断发展，人类对能源的需求不断增加，面对日益严峻的环境污染问题，开发一种对环境影响较小的新能源已成为世界各国专家学者研究的重点。浅层地热能源是地热能的一种，能量主要来源于地球内部，是一种新型能源对地球自然环境的影响较小。目前该项技术能取代一部分化石能源，可以为城市建筑物供暖与制冷，浅层地热能源的利用可以降低二氧化碳的排放，符合我国可持续发展的要求，对于我国建设环境友好型经济具有重要作用。因此本文对浅层地热能进行研究，希望能推动我国地热能的开发与利用。
1浅层地热能的特征
1.1高效节能性
浅层地热能主要是利用浅层地下水和土壤热量，由热泵机组将地下10~25℃热能提升到50℃以上用来供暖，在夏天可以反向制冷，这时的能量消耗较低。浅层地热能的利用基本上实现零污染排放，所使用的设备占地面积也相对较小，在建设费用上仅为传统供热系统的80%，在取暖费用上与煤炭取暖的费用基本一致，但低于天然气和电取暖。浅层地热能在夏季制冷方面，具有巨大的优势，与传统电制冷方式相比，其节能效果在50%~75%之间。由此可见，浅层地热能的节能效果还是非常理想的。
1.2较高的环境效益
浅层地热能在运行期间，与其他供暖方式相比是绿色污染的，在热能利用过程中也不需使用煤炭和燃油，也不需要利用管道进行远距离输入，而是可以直接安装在建筑区内，在使用过程中不会产生燃烧，也就是不会产生二氧化碳，更没有需要处置的废物，因此这种供热制冷方式是非常绿色环保的。同时在能源消耗方面，浅层地热能的消耗率仅为30%，在所有能源消耗中是最低的。
1.3能源丰富
美国科学家曾做过统计，全球400米以下的地下水资源是非常丰富的能够达到2.085×106km3，如果能将这些资源进行开发利用，仅利用5℃的温差，那么也将能为人类提供1.38×1012kw的热能。根据我国地质专家勘测，我国深度在百米内的土壤中可利用的热源能达到1.56×107kw，可进行正常开采的热量能达到21×104kw/a。而这些热量如果通过煤炭来获得则需要3.2×1013t。
2浅层地热能的开发利用方式
目前浅层地热能的主要开发手段是通过热泵系统来实现地下能量的交换。在实际开发利用中主要的开发方式有：地下水源热泵系统、土壤源地埋管热泵系统、混合循环热泵系统。由于混合循环热泵系统属于对上述两种开发方式的补充，因此本文不对其进行细致探讨。
2.1地下水源热泵系统
这种浅层地热的开发方式主要适用于地下水资源丰富的地区，并通过钻井的方式直接利用地下水资源来完成热量的交换。也就是说系统管道之中的液体，主要来源于污水处理厂处理后的水与地下水。
在进行热量交换过程中，管道中的水会回流到取水地从而实现热量的交换，并以此循环重复进行。与其他两种热泵系统相比，这种热泵系统的效率更高、占地面积更小、前期投入的资金较低。这种浅层地热能的开发手段特别适用于进行大面积的供暖与制冷，但是在实际使用中也存在着许多不足，如会造成地下水资源的浪费、在细颗粒底层不太适用于此技术，在水流回灌时存在一定的困难。
2.2土壤源地埋管热泵系统
这种浅层地热能的开发方式，在土壤中进行管道的填埋，从而使地下管路形成封闭的状态。管道采用PE塑料管，这种塑料管可以直接埋入地下几百米，或者将其填满在池塘下。在需要供暖时，管道中的液体从地下带来低品位的热量，然后通过热泵进行加热再将热水送入建筑物中。在需要制冷时，建筑物内的温度会通过管道输送到地下，再通过热泵将地下制冷后的冷水抽送到建筑物中，从而完成热量的交换。需要注意的是，在部分地区由于冬季气温较低，为了防止管道内的液体发生凝结现象需要在液体中加入适量的防冻剂。这种开发方式循环系统一直处于封闭的状态，不容易受到外部水文因素、地质因素所带来的影响。目前这种浅层地热能开发方式的管道铺设，主要采用以下三种方式：
（1）管道垂直铺设
这种管道铺设方式可以直接从土壤中获得热量，其安装的深度在50米以上，在地下以U型管道进行排列，实现与地面热泵机组的连接。在部分地区需要在管道内的液体中添加防冻液，保证在气温较低的冬季系统能正常运行。这种管道铺设方式可以为大面积的建筑物供暖与制冷，在铺设过程中受到外部地质条件的影响较小。与其他两种管道铺设方式相比，具有稳定性高、热量交换效率高等优点。目前这种管道铺设方式也是我国极为推荐的浅层地热能的利用方式。
（2）管道水平铺设
这种管道铺设方式其安装深度一般在1.5~2米之间，由于管道铺设的深度较浅，必须在密封的管道中添加防冻液。管道中的液体通过热泵机实现建筑物与土壤中的热量交换。这种管道铺设的方式其优点是：施工难度低、资金投入低、特别适合为独栋小面积建筑物供暖与制冷。如别墅、小型楼房以及农村住宅等。但是这种管道铺设方式也存在着一些缺点：如为了提高热量交换的效率就需要增加地下管道的长度，而这会占用大量的土地面积，需要挖掘的土方量也较大；由于管道铺设较浅，容易受到外部自然环境的影响，这在一定程度上会影响热量交换的效率，尤其在冬季制热的成本相对较高。
（3）管道地表水源铺设
地表水是地球表面水的统称，包含湖水、河水、海水以及城市处理后的污水。而管道地表水铺设这种方式是充分利用地表水的散热优势，管道中的液体通过地面的热泵机将地表水中的热量与建筑物中的热量进行交换，从而达到为建筑物供暖或制冷的目的。这种管道铺设方式的优势是：整个系统的造价非常低、并不需要挖掘土方也不需要进行钻井、前期的资金投入量较小、热交换效率较高。虽然这种管道铺设方式的优点众多，但是其缺点也是十分显著的：这种管道铺设方式会受到地表水位置的限制，我国西北等缺水地区很难采用这种方式，即使水源充沛的地区也要求河流或水域具有一定的深度，否则会对热量交换的效率产生影响。但需要注意的是这种管道铺设方式会改变地表水的温度，会对该水域中的鱼类或生态造成一定的影响。
3结语
对于我国而言浅层地热能的储量是非常巨大的，在我国各个地区都可以实现对这种能源的利用，同时这种能源在使用过程中也十分便利，费用较低，最重要的是这种能源是一种绿色再生能源，可以实现零污染、零排放对周边生态环境的影响较小。我国是一个资源大国同时也是资源消费的大国，在面对传统资源紧张的形势下，积极推广新能源的利用与开发，对于我国可持续发展战略的实施具有重要意义。因此我国应积极开展对浅层地热能的开发与利用，并逐步完善其管理体制，降低我国对传统能源的依赖。
参考文献
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