摘要介紹淺層地溫能的概念與利用原理和調查評價的主要內容，分析了廣東省淺層地
溫能開發利用潛力，並提出調查、區別和開發示範工作建議。
關鍵詞淺層地溫能地源熱幫浦調查區劃開發
開發利用淺層地溫能資源，既符合國家節能減排的政策，也經濟實惠。中北部的一些省市（如天津、北京、瀋陽、成都等）正在開展淺層地溫能資源開發利用。據最新調查，應用淺層地熱能進行供暖和製冷的地源熱幫浦專案在我國已經超過2 500個，建築面積已超過1億m2。
而我們廣東省無論是淺層地溫能的調查評價還是地源熱幫浦的開發利用均遠遠落後於全國其他省市。究其原因，除了政策的支援力度和引導不夠外，人們對淺層地溫能的認識存在偏差與不足也是制約淺層地溫能資源開發利用的重要原因。
本文試圖就淺層地溫能的概念與利用原理、調查評價、開發利用，以及淺層地溫能資源在廣東省開發利用前景進行闡述和**，希望能拋磚引玉，為促進我省淺層地溫能資源的開發利用有所幫助。
1.1 概念
淺層地溫能是指蘊藏在地表以下一定深度（一般小於200 m）範圍內岩土體、地下水和地表水中，具有開發利用價值的低於25℃的熱能。也可以理解為：賦存於地表以下200 m岩土體和地下水中，因該範圍內溫度與地表氣溫存在常年溫差而形成的能量，可以理解為一種勢能或位能。
正是由於這一溫度差的存在，我們才能把它變成供曖、製冷的熱冷源。
淺層地溫能與傳統地熱能的區別在於溫度、空間分布和利用方式等方面的不同。由於淺層地溫能的溫度大大低於傳統地熱的溫度，所以不能直接利用，它需要熱幫浦來提溫（供曖）或降溫（製冷），而傳統地熱能可以直接利用於供熱或發電等，傳統地熱能只
本文2023年3月收到，4月改回。
分布於地熱田中，而淺層地溫能分布於廣大地區。
1.2 利用原理
淺層地溫能被利用的實質是冬、夏兩季地層中比較恆定的溫度與外界空氣的溫度存在較大的反向溫差。地源熱幫浦是利用地球表面的淺層地溫能資源作為冷熱源進行能量轉換，從而為建築物進行供曖和製冷的機械裝置。
地源熱幫浦系統的工作原理是利用水與地溫能進行冷熱交換，冬季把地溫能中的熱量「取」出來，供給室內採暖，此時地溫能為「熱源」；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地溫能為「冷源」。
熱幫浦系統按照室外換熱方式不同可分為三類：（1）地埋管地源熱幫浦系統；（2）地下水地源熱幫浦系統；（3）地表水地源熱幫浦系統。
地埋管地源熱幫浦系統是通過迴圈液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實現系統與大地之間的換熱（圖1）。在冬季是通過埋在地下的封閉管道從大地收集自然界的熱量，給室內供暖；在夏季，此執行程式則相反，地源熱幫浦系統將從室內抽出的熱量排入封閉管道而為大地所吸收，使房屋得到供冷。
圖 1 地埋管地源熱幫浦系統示意圖
地下水地源熱幫浦系統是通過抽取及回灌地下水，讓地下水在含水層中的自由流動實現系統與大地之間的換熱（圖2）。在冬季是通過抽取地下水從大地收集自然界的熱量，給室內供暖，同時向地下回灌較低溫的水；在夏季則是從室內抽出熱量通過地下水而向大地排熱，使房屋得到供冷，同時向地下回灌較高溫的水，形成迴圈。該技術適用於地下水源豐富的地區。
地表水地源熱幫浦系統是直接抽取地表圖 2 地下水地源熱幫浦系統示意圖水，讓地表水在江河或湖泊中的自由流動
實現系統與大自然之間的換熱（圖3）。在冬季是通過抽取地表水收集自然界的熱量，給室內供暖，同時排出較低溫的水；在夏季則是從室內抽出熱量通過地表水而向江河或湖泊排熱，使房屋得到供冷，同時排出較高溫的水。該技術適用於地表水源豐富的地區。
圖 3 地表水地源熱幫浦系統示意圖
2.1 目的和任務
淺層地溫能調查評價的目的是查明區域淺層地溫能分布特點、賦存條件和地層熱物理性引數、資源數量、質量以及分布規律，進行開發利用區劃，為淺層地溫能的可持續利用提供依據。主要的工作有：⑴調查淺層地溫能開發利用的現狀；⑵淺層地溫能的分布特點和賦存條件的調查評價；⑶淺層地溫能開發利用的適宜性分割槽；⑷淺層地溫能資源潛力評價。
2.2 調查評價的主要內容
淺層地溫能資源蘊藏於地下岩土體和地下水中，其儲藏、運移和開發利用都受到區域地質、水文地質條件的制約。不同地區淺層地溫能資源的利用方式因為其區域地質、水文地質條件的不同而存在較大的差異。如第四系岩性的組構、厚度、粒度、含水層厚度、富水性、水位埋深、補給條件等是影響制約淺層地溫能資源開發利用的主要因素。
淺層地溫能調查評價的主要內容包括以下幾部分：
（1）地質勘查：查明地溫場的分布規律、第四系岩性的組構、水文地質條件和巖土層的熱物理引數等。
（2）適宜性分割槽：在地質勘查的基礎上，應用多種分析法進行適宜性分割槽，按照不同的利用方式（如地埋管式、地下水式、地表水式）分別劃分適宜區、較適宜區和不適宜性區。適宜性分割槽主要的考慮因素是：
地溫、鬆散層厚度、單位湧水量、回灌條件、含水層的累計厚度、岩土的導熱性和地下水水質等。
（3）資源潛力評價：資源潛力評價的目的是對乙個地區單位面積內的資源量進行評估。區域淺層地溫能調查應計算評價淺層地溫能的可開採量和地溫能的儲存量。
（4）環境影響評價與監測：淺層地溫能資源的開發利用對周圍環境的影響是關係到淺層地溫能資源能否可持續發展的重要因素，所以對周圍環境的監測與評價是必不可少的。
環境影響評價的內容是根據地源熱幫浦系統的不同換熱方式，對地下水和土壤中的熱平衡、淺層地溫場的變化及對生態環境可能造成的影響進行評估。評估主要分兩個方面：一是對地質環境的影響評價，其中地下水式換熱系統主要評價回灌水對地下水環境的影響，並對能否產生地面沉降、岩溶塌陷和地裂縫等地質環境問題進行評價；地埋管式換熱系統主要評價開發過程中對地下空間利用的影響，評價迴圈介質洩漏對地下水質的影響；地表水式換熱系統主要評價開發過程中對河流、湖泊、水庫、海洋等地表水的影響，評價回水對水環境的影響，評價是否會產生地表水體內水生生物的生態環境問題。
二是淺層地溫的可恢復性與淺層地溫場變化趨勢評價，通過地源熱幫浦系統的長期執行監測，評價淺層地溫的可恢復性，估算淺層地溫能可持續利用量，同**價地溫場的變化對換熱區土壤和地下水中微生物的影響。
要正確評價淺層地溫能開發利用對周圍環境的影響，應建立淺層地溫能監測網。對不同深度的地溫、採溫層的岩土質量、地下水水位和水質、地面標高等專案實施長期監測。
3.1 廣東省淺層地溫能開發利用潛力分析
廣東省地下水資源豐富，蘊含豐富的低溫地熱能量。根據目前已初步查明的資料，廣東地下淡水資源幾乎分布於全省各地。根據1：
50萬廣東省水文地質資料，全省參加資源計算的面積近20萬km2，地下水天然資源儲量每年近800億m3，開採資源儲量每年約105億m3，且水質較為優良。全省遠景開發區面積21 440 km2，其中可集中開採的水源地50多個（有多個大型、特大型水源地），總面積逾萬平方公里。這些地下水資源較集中分布於雷瓊自流盆地、北江、東江、西江、韓江、榕江、鑑江等流域沖積層，以及粵北地區、廣花盆地、肇慶、陽春等石灰岩分布區。
如果按照我省尚未開採的天然地下淡水儲量來估算，則我省淺層地溫能儲量可達2.9×1019j，相當於10億t標準煤的發熱量，如果按10%的利用率也超過我省「十二五」末年能源消費總量的50%，即使每年利用1%的熱資源量，也將對緩解能源緊張局面起到積極作用，而且淺層地溫能是完全清潔無汙染的，其潛在的經濟和環境效益十分巨大。
廣東省地下水資源具備良好的開發利用條件，原因是我省地下恆溫帶埋深淺，地下水位較高，巖土層含水量大且熱傳導性高。根據測溫資料，我省地下恆溫帶埋深北淺南深，一般為20～30 m，各地恆溫帶地溫基本恆定，與地下水水位關係較密切，溫度一般20～25℃，地溫梯度屬地熱增溫正常區。廣東省的主要三角洲平原和河流沖積盆地的地下水位埋深很淺，一般為5～10 m，部分地區小於2 m，非常有利於淺層地溫能的開採利用。
從理論上分析，我省富水岩土體的埋管換熱效率應明顯高於我國北方地區在乾性土壤實施工程的效果。因此，廣東省的水文地質條件特徵決定了淺層地溫能技術的使用前景非常廣闊。
3.2 抓緊開展廣東省淺層地溫能的區域性調查評價、規劃及開發示範工作
開展廣東省淺層地溫能的區域性調查評價、規劃及開發示範工作的目的和任務主要是：通過採用綜合調查方法技術，開展全省淺層地溫能調查評價工作，基本查明全省淺層地溫地質背景及地熱特徵，論證淺層地溫能的可利用儲量和開發利用前景，並進行區劃，為我省淺層地溫能的開發利用提供基礎資料。另外，選擇不同型別水文地質條件的典型區域，建立淺層地溫能開發利用示範工程，為該項技術的推廣應用摸索方法，積累經驗，提供借鑑，帶動全省淺層地溫能的開發利用。
此項工作的主要工作內容如下：
（1）全面收集我省現有的水文地質、工程地質以及開發利用成果等資料，進行整理歸類建檔，在此基礎上進行綜合研究分析，為各項工作順利開展奠定基礎。
（2）綜合採用地熱地質調查、鑽探、取樣和試驗等工作，基本查明區域地熱地質、水文地質和工程地質條件（包括含水層結構、厚度、埋深等），地下水水位分布、水量、水質情況及其動態變化，包氣帶岩土體結構等，淺層地溫能的熱**和熱成因機制，地下水水熱的補給、運移、排洩條件，包氣帶地熱能的補給、運移和排洩條件，提出淺層地溫能形成的概念模型和理論引數模型。
（3）通過實測資料或經驗資料,確定岩土體的熱物理引數(熱導率和比熱)；根據已有實測資料、氣象監測資料或經驗資料，補充必要的地溫調查工作(即鑽探測量地溫)，基本查明地溫、水溫分布及其動態，確定恆溫帶的溫度和深度、大地熱流值；確定岩土體的孔隙率(裂隙率)、含水量、密度等物理力學引數；對未進行回灌試驗的空白地區，通過回灌試驗評價含水層的回灌能力並求取滲透係數。
（4）根據區域性淺層地溫能的調查評價，劃分地源熱幫浦的適宜區、基本適宜區和非適宜區，評估區域淺層地溫能開發利用潛力和前景。
（5）開展淺層地溫能示範區的建設，同時監測和評估開發利用產生的環境影響，為我省推廣和綜合利用淺層地溫能提供示範作用。
（6）開展綜合研究工作，編制廣東省淺層地溫能調查評價與區劃報告以及淺層地溫資源系列圖件，為我省淺層地溫能評價、開發利用和環境保護規劃提供技術支撐。
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