地?zé)崴辈鞙厝@井價(jià)格、我國(guó)淺層地?zé)崮苜Y源概況從土壤類型和土壤溫度看，我國(guó)具有豐富的低溫環(huán)境資源。1999年，瑞士學(xué)者Rybach指出，中國(guó)是世界上直接利用地?zé)釢摿?guó)家，名列世界*，原因有2個(gè)：一是中國(guó)國(guó)土遼闊，近地表低溫地?zé)豳Y源豐富；二是中國(guó)人口眾多，采暖和制冷工業(yè)的基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，將來(lái)需求量*。地源熱泵技術(shù)所利用的能源是常溫土壤中的能量，并不需要特殊的地?zé)崽锘虻叵聼崴?。從氣候區(qū)上看，從寒冷的黑龍江到炎熱的海南島都可使用，尤其南方氣候條件是夏熱冬暖，需要較多的供熱和空調(diào)裝置。3.3夏熱冬暖地區(qū)的土壤特點(diǎn)土壤屬于多孔介質(zhì)，是由礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)構(gòu)成其固相骨架、水和空氣充填其中孔隙的三相體。土壤傳輸?shù)責(zé)岬哪芰按鎯?chǔ)熱能的能力與土壤的含濕量、地下水的流動(dòng)有很大的關(guān)系。
因此土壤的傳熱是由土壤中固相導(dǎo)熱、液相導(dǎo)熱及液體對(duì)流傳熱組成。當(dāng)土壤中富含水分和有地下水流動(dòng)存在時(shí)，土壤總的傳熱熱阻大大減小，使得土壤具有較高的熱交換效率。夏熱冬暖地區(qū)尤其是兩廣地區(qū)，雨水豐富，水源充足。豐富的水資源使得我國(guó)南方大部分地域?qū)儆诟凰寥溃寥赖暮?，且地下水位較高，為土壤熱交換器閉式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用提供了得天獨(dú)厚的條件。4.國(guó)內(nèi)外地源熱泵技術(shù)應(yīng)用狀況分析4.1國(guó)外應(yīng)用狀況美國(guó)能源部（ＤＯＥ）和美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（ＥＰＡ）均已確認(rèn)，地源熱泵系統(tǒng)是目前效率高、對(duì)環(huán)境較有利的熱水、取暖和制冷系統(tǒng)。地源熱泵供暖空調(diào)的優(yōu)勢(shì)使其成為近年來(lái)世界可再生能源利用及建筑節(jié)能領(lǐng)域中增長(zhǎng)較快的產(chǎn)業(yè)之一。
在過(guò)去的10年中，大約30個(gè)國(guó)家的地源熱泵年增長(zhǎng)率達(dá)到了10％。它的主要優(yōu)點(diǎn)是用普通的地溫或地下水溫，這在世界各國(guó)都可利用。地源熱泵發(fā)展較快的是歐洲和美國(guó)，其他國(guó)家如日本和土耳其也正在積極發(fā)展地源熱泵產(chǎn)業(yè)。目前，（1）地下水源方式我國(guó)目前實(shí)際應(yīng)用的地源熱泵工程大部分是利用地下水源方式。事實(shí)表明，打井抽水雖然實(shí)施地下水回灌，由于循環(huán)消耗，仍不可避免的要損失相當(dāng)一部分水源，加上抽水時(shí)雖有過(guò)濾網(wǎng)，但一些細(xì)紗粒移位或隨水一起抽上來(lái)，日長(zhǎng)月久會(huì)破壞地層結(jié)構(gòu)，有些地方在抽水井附近出現(xiàn)了莫名的。我國(guó)一些地方也出現(xiàn)開(kāi)式地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行短短幾個(gè)月，就造成回灌通路細(xì)紗堵塞甚至無(wú)法回灌造成廢井的狀況。因此，打井抽水在一些城市是受到嚴(yán)格控制甚至禁止的。
（2）土壤換熱器的閉式系統(tǒng)我國(guó)閉式系統(tǒng)的土壤換熱器以垂直U型埋管居多，實(shí)用經(jīng)驗(yàn)還非常有限。北方地區(qū)實(shí)施的大多數(shù)采暖工程屬于貧水土壤，由于干性土壤傳熱性能差，垂直埋管深度一般要超過(guò)60米，而換熱量則一般小于50W/m，使得埋管的總埋深較大，往往造成初期投資大，效果不夠理想，一般用戶難以接受。一些地方?jīng)]有經(jīng)過(guò)*地溫變化監(jiān)測(cè)，實(shí)施幾萬(wàn)平方米甚至十幾萬(wàn)平方米的大型地源熱泵取暖系統(tǒng)，很難預(yù)計(jì)，幾年后或十多年后這樣的系統(tǒng)其效率和對(duì)周圍的地溫影響如何，北方已有些系統(tǒng)在運(yùn)行兩三年后出現(xiàn)效率明顯下降的情況。兩廣地區(qū)土壤源地源熱泵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用情況5.1技術(shù)成果水平2005年3月，廣西*組織專家對(duì)廣西大學(xué)完成的“帶及溫帶地區(qū)地源熱泵供熱制冷節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)”科技項(xiàng)目進(jìn)行了。
專家的鑒定意見(jiàn)為“該項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)南方帶及溫帶氣候，采用了地源熱泵-冷卻塔混合型冷熱源應(yīng)用技術(shù)，有效地實(shí)現(xiàn)了自然資源的互補(bǔ)利用，在地源熱泵系統(tǒng)配置、能源優(yōu)化和自動(dòng)控制方面取得了較大的研究進(jìn)展，在對(duì)地源熱泵技術(shù)的系統(tǒng)集成與優(yōu)化應(yīng)用方面有較大的創(chuàng)新。該項(xiàng)目針對(duì)帶及溫帶地區(qū)在利用淺層埋管技術(shù)、優(yōu)化埋地?fù)Q熱器及系統(tǒng)節(jié)能方面達(dá)到國(guó)內(nèi)*水平。”產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)單位是國(guó)家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，范例工程南寧市三中空調(diào)-熱水系統(tǒng)在運(yùn)行兩年多后，其機(jī)組制熱水工況的能效系數(shù)COP達(dá)4.5，系統(tǒng)的能效系數(shù)COP達(dá)4.0，換熱量大于60w/m。5.2知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況廣西大學(xué)已申請(qǐng)地源熱泵相關(guān)設(shè)備1項(xiàng)，自主開(kāi)發(fā)地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件一套。
其中“太陽(yáng)能-地源熱泵空調(diào)熱水設(shè)備”已經(jīng)獲得國(guó)家，該技術(shù)有別于國(guó)外以太陽(yáng)能集熱通過(guò)儲(chǔ)熱罐方式作為熱泵的輔助熱源的形式，克服其效率低、體積龐大弱點(diǎn)，本采用*的太陽(yáng)能吸熱方式，大大提高太陽(yáng)能的吸熱效率和減少了集熱面積，而且淺層地?zé)崮?太陽(yáng)能互補(bǔ)利用，使系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)，制熱能效比在4以上。“多用途節(jié)能型熱泵孵化機(jī)”已經(jīng)獲得國(guó)家，與電熱孵化系統(tǒng)相比節(jié)能50%以上。充分利用南方暖氣候優(yōu)勢(shì)，自然能源互補(bǔ)利用南方常年需要生活熱水，本項(xiàng)目技術(shù)充分利用帶及溫帶地區(qū)暖氣候優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)熱源側(cè)采用垂直管淺埋方式的土壤換熱器并靈活組合冷卻塔、太陽(yáng)能集熱器等。制熱供暖工況采用土壤熱源與空氣熱源間歇或互補(bǔ)運(yùn)行方式。
避免了國(guó)內(nèi)一些地源熱泵系統(tǒng)由于過(guò)度取熱，運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)效率下降的問(wèn)題。在空調(diào)供冷和供熱水的冷熱聯(lián)供工況下，采取二次能源利用、熱量多級(jí)分流技術(shù)，利用部分空調(diào)廢熱制熱水，可顯著降低土壤換熱器的散熱負(fù)荷，綜合能效比達(dá)7以上。這樣，根據(jù)全年冷熱動(dòng)態(tài)負(fù)荷來(lái)智能控制及合理匹配系統(tǒng)，不但可有效平衡淺層土壤的冷熱負(fù)荷，解決南方冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷問(wèn)題，而且可減少系統(tǒng)地下埋管換熱長(zhǎng)度30%以上。空調(diào)工況熱量多級(jí)分流，能源利用率高南方夏季冷負(fù)荷大，制冷所需的埋地盤管長(zhǎng)度要遠(yuǎn)大于加熱所需的盤管長(zhǎng)度。本技術(shù)采取熱量多級(jí)分流技術(shù)方案，將制冷產(chǎn)生的熱量用于制熱水、向土壤和冷卻塔散熱，空調(diào)工況制熱水不耗能，大大提高了能源利用率。
并減少了制冷所需的埋地盤管長(zhǎng)度，降低了系統(tǒng)的初期投資。工程投資成本低由于富水土壤可以采用垂直埋管的淺埋技術(shù)方案和*的回填方式，顯著降低了土壤換熱器的成本，大大降低了實(shí)施難度，擴(kuò)大了市場(chǎng)的可容納程度；系統(tǒng)匹配功率低，例如南寧市三中2500多人的學(xué)生公寓，其地源熱泵熱水系統(tǒng)運(yùn)行匹配功率小于60KW，不到原來(lái)設(shè)計(jì)電熱水鍋爐功率的1/10，大大減少了電擴(kuò)容投資。因此，工程投資可比國(guó)內(nèi)同類技術(shù)減少10%以上。運(yùn)行成本低由于綜合采用上述多項(xiàng)技術(shù)，系統(tǒng)節(jié)能效果突出，系統(tǒng)投資通常能在2-3年內(nèi)從節(jié)省的能源開(kāi)支中回收，以后便進(jìn)入低成本運(yùn)行狀態(tài)，用戶滿意認(rèn)可（6）一機(jī)多用、自動(dòng)化控制程度高系統(tǒng)集成程度高，一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供熱水、采暖和供冷多重功效。
系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，可隨時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和監(jiān)控，而且配置遠(yuǎn)程控制接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，利于能耗自動(dòng)控制。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、技術(shù)成熟實(shí)施的系統(tǒng)有多個(gè)已連續(xù)運(yùn)行幾年，有的長(zhǎng)達(dá)4年，反復(fù)經(jīng)歷了春、夏、秋、冬四季各種氣候條件和多種工況的考驗(yàn)，均能滿足生活熱水、采暖及供冷的需要。運(yùn)行效果證明該系統(tǒng)技術(shù)成熟。環(huán)保性好系統(tǒng)不抽取地下水，不存在影響地下水源和破壞地層結(jié)構(gòu)的問(wèn)題；沒(méi)有向大氣排熱、排冷和排煙等污染問(wèn)題，真正的綠色環(huán)保能源利用。兩廣地區(qū)地源熱泵技術(shù)應(yīng)用實(shí)例6.1土壤換熱器與冷卻塔并聯(lián)的冷熱聯(lián)供混合型地源熱泵系統(tǒng)土壤換熱器與冷卻塔并聯(lián)形成了3種運(yùn)行模式：當(dāng)環(huán)境溫度低于一定溫度時(shí)，使用1＃水泵，混合型地源熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩粗饕峭寥罒嵩础?br />主要原因是環(huán)境溫度太低冷卻塔無(wú)常工作；當(dāng)環(huán)境溫度高于一定溫度時(shí)，使用2＃水泵，單獨(dú)使用冷卻塔吸收空氣中的熱量，這時(shí)冷卻塔的換熱效率高于土壤換熱器。當(dāng)溫度處于一定范圍之內(nèi)時(shí)可以同時(shí)利用土壤熱源和空氣熱源，可以減少和防止土壤換熱器由于過(guò)度取熱而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。系統(tǒng)夏季每天供應(yīng)50℃左右的生活熱水約65噸，冬季每天供應(yīng)生活熱水量約為110噸。系統(tǒng)于2003年元月開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)歷了三年多春、夏、秋、冬四季連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)一直能保持高效運(yùn)行，滿足學(xué)生公寓的生活熱水需要。同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)部分房間的冬季供暖和夏季供冷。夏季實(shí)現(xiàn)冷熱聯(lián)供，即利用制熱水產(chǎn)生的冷量給部分房間供冷，實(shí)現(xiàn)能源二次利用，綜合能效比大于7。
土壤源與空氣源并聯(lián)的混合型地源熱泵系統(tǒng)系統(tǒng)由一臺(tái)熱泵機(jī)組組成，熱泵機(jī)組的額定功率各為5.4KW，制冷劑為R22；循環(huán)水泵的額定功率為0.75KW；土壤換熱器采用U型垂直埋管方式，材料為PPR管φ20ｍｍ×4ｍ；鉆井平均深度為23.87ｍ，地下水位為6m，總鉆井埋深為405.8ｍ。土壤源和空氣源并聯(lián)組成三種運(yùn)行方式：當(dāng)環(huán)境溫度低于一定溫度時(shí)，混合型地源熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩粗饕峭寥罒嵩?，此時(shí)采用土壤源的制熱能效比高于空氣源；當(dāng)環(huán)境溫度高于一定溫度時(shí)，空氣源的換熱效率高于土壤換熱器，所以單獨(dú)使用風(fēng)扇吸收空氣中的熱量；當(dāng)環(huán)境溫度處在一定范圍之內(nèi)時(shí)，可以同時(shí)綜合利用土壤熱源和空氣熱源。這樣可以防止或減少出現(xiàn)土壤換熱器由于過(guò)度取熱而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的現(xiàn)象。
系統(tǒng)于2004年9月5日開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)歷了春、夏、秋、冬四季，連續(xù)兩年多的運(yùn)行，均能保持穩(wěn)定高效運(yùn)行，滿足該棟公寓學(xué)生的生活熱水需要。6.3太陽(yáng)能-冷卻塔耦合型地源熱泵系統(tǒng)采用土壤換熱器與太陽(yáng)能（或冷卻塔）耦合方式，系統(tǒng)主要由熱泵機(jī)組、太陽(yáng)能集熱器、冷卻塔保溫水箱等組成，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)，可根據(jù)情況選擇多熱源或單熱源，有效地實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能和淺層地?zé)崮軆煞N可再生能源的互補(bǔ)利用。熱泵機(jī)組的額定功率為8.2KW，制冷劑為R22。土壤熱器采用U型垂直埋管方式，材料為PPR管φ20ｍｍ×4ｍ，平均鉆井深度為28.67ｍ，地下水位為4.5m，土質(zhì)基本為細(xì)質(zhì)沙土，含水量極為豐富。土壤換熱器總鉆井埋管深度為401.38ｍ。
該系統(tǒng)充分利用了南方太陽(yáng)日照充沛、暖氣候（采用冷卻塔吸熱）和富水土壤的優(yōu)勢(shì)，能保證全年不同氣候條件下穩(wěn)定的高換熱效率（COP＞4.0）。7.國(guó)家的相關(guān)政策國(guó)家大力提倡和鼓勵(lì)可再生、可持續(xù)發(fā)展能源—地?zé)岬陌l(fā)展利用，相繼出臺(tái)了一系列法規(guī)和政策。主要用于了解勘探區(qū)有關(guān)地層剖面結(jié)構(gòu)、厚度，埋藏深度，以及斷裂構(gòu)造等情況。多用于基本地質(zhì)情況不明，勘探風(fēng)險(xiǎn)很大的地區(qū)。通常采用井徑較小的取心鉆進(jìn)，但也能進(jìn)行簡(jiǎn)單的抽水試驗(yàn)。通過(guò)地球物理勘探、資料收集和綜合分析，認(rèn)為勘探區(qū)具有地下熱儲(chǔ)的形成條件，但還有某些重要資料有待查明，多布置鉆采結(jié)合井。是目前我省地?zé)峥辈熘卸嗖捎玫囊环N鉆井類型。井徑要求較大，表層套管部分。