发布时间 : 星期四 文章浅层地能（热）的开发与利用更新完毕开始阅读bcb9bdd076eeaeaad1f33042
冒。家庭生活的点滴习惯背后，隐藏着惊人的电力消耗。就拿夏季空调来说，居民家用空调能耗在城市
夏季用电中的比重一般达到15%左右，以北京为例，全市空调普及率为70%，居民空调装机容量约占全
市最大供电负荷的17%。空调的设置温度不宜过低，最高设定为27~28℃。冬季、夏季室内温度每调低、
调高1 至2℃，其功率消耗将下降5~10%。全国13 亿人口，平均每人每天节约一度电，一年下来就会少
烧2 亿多吨原煤。采用浅层地能（热）热泵供暖（冷）对节能建筑和合理的运行是十分重要的，这不仅
仅是节约能源，还使浅层地能采集产生更大效益，降低成本，更有竞争力。 实现高舒适度低能耗建筑的具体措施为：
1）墙体、屋面围护结构的保温，使传热系数降至0.2~0.3W/㎡·K； 2）有效遮阳措施；
3）优良窗性能（合理的采光面积，良好的密闭性）；
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4）采用LOW—E 玻璃；
5）匹配的采暖空调系统（如浅层地能热泵系统）； 6）网层隐蔽节水型排水系统等。
（四）浅层地能（热）的采集规模设计应与建筑物供暖（冷）面积（冷热负荷）相匹配。 我们知道，土壤、砂石、岩石以及地下水的导热能力很差（λ黄土=1.41，λ砂岩=2.0，λ回填砂=2.2，λ
PEX=0.5，
金属
λ水=0.6，λ混凝土=0.75~0.8，λ1）地下水渗流的影响；
=2.2~420，λ
铜
=386W/m℃），如果不考虑如下因素：
2）地下土壤对流和辐射的传热；
3）地下水文地质的特殊构成的影响。
仅考虑热传导的话，地下低温能量的传送是很慢的，也就是说，地下具有一定储热、储冷能力，热
泵夏季供冷时把热量送入地下，冬季利用可储存的热量提升后为建筑物供暖，而把冷量送入
地下储存起
来。当然，如果考虑上述三个因素后，地下储能在冬夏都有流失。 另一方面，打井取地下水的低温能量和打竖孔用埋管取土壤砂石的低温能量，对一个单元体来说，
两者的能量采集是有所差别的。前者取决于地下水量和水温，一般打一口井可采集的热量，和对应的供
暖面积参考值如表14 所示。
表14 地下水流量与相应的供暖面积参考值 流量 m3/h 2.6 8 15 30 50 75 100 温差 ℃ 5 5 5 5 5 5 5
采集热量 kW 15 46 87 175 290 435 580 装机功率 kW 4 12 22 44 72 109 145
制热量 kW 19 58 109 219 362 544 725
供暖热指标 W/㎡ 按地区气候条件和建筑物围护结构而定，若取100W/㎡
可供暖面积 ㎡ 190 580 1090 2190 3620 5440 7250 对于地下含水层渗透系数K（m/d）和井的出水量有密切关系，在不同的地下水文地质条件下，渗透
系数各不相同，一般K值>10 称强透水性，K=1—10 称透水性。K=0.01~1 称半透水性。K=0.01~0.001 称
弱透水性，K<0.001 为不适水性，一般从浅层地能（热）采集角度，我们希望地下水的渗透系数K值>5
以上，处于富水区，每小时每米降深可提供3.6m3/h.m以上的水量，当K值=10 时，可提供地下水量达
18m3/h.m。按5 米降深取水，出水量可达每小时90m3/h。
工程设计中，取水井离需供暖的建筑物不易过远，一般超过10m以上即可。根据供暖面积和制热负
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荷以及冬季地下水温状况确定打井的数量，通常每口井的出水量（对于富水区）在60~200 m3/h范围供选
用。对于万平方米建筑供暖一般打1~2 口井即可，对于大型建筑群供暖，需要打多口井，项目设计中可
以采用两种方案，视具体情况而定。
1）多井联网，集中机房，楼群统一供暖；
2）单井与建筑直联，分散机房，单元分散供暖。
打多井时，井间布置应垂直地下水渗流方向，井间距至少应保持10m 以上。 浅层地能，土壤取热所采集的能量比有地下水的地方差的很多，一般钻一个100 米以内的孔仅靠土
壤岩石的换热可采集的热功率为2.5~3.5kW。土壤竖孔单元体内储存的低温能量有限，在地下深100 米，
井的影响区按国外数据6 米直径计算，该圆柱体积的储存的可采集的（5℃温差）低温热量为4100 万KJ
（它相当于1.4 吨标煤），若每个竖孔的热采集功率为3kW 时，储存地下这部分的热量可维持158 天，即
满足一般北方城市四个多月的采暖需求。若井的影响区按国内某些院校的数据3m 直径计算，该体积内储
存的可采集（5℃温差）的低温热量为1034 万KJ（它相当于354kg 标煤），同样每个单元竖孔热采集功率
为3kW 时，它仅能维持40 天的供暖需求，看来竖孔间距3m 偏小，至少5m 以上的间距才能基本满足需
要。以上是简单的估算，有待实验进一步验证。
（五）浅层地能（热）的能量采集是热泵供暖系统的关键
在工程配套设计施工中不仅仅要从能量的稳定合理的采集考虑，还要特别注意环境效益，不污染地
下水，不破坏地下地质结构，保护地下水资源，具体考虑如下： 1）热泵供暖系统用地下水采集其浅层地能（热）时，应遵循如下原则： ①积极支持浅层地能（热）可再生能源的采集开发和利用；
②打井深度限制在地表浅层400 米以内，远离400 米以下的国家二级水质区域，保护生活饮水区，
根据具体的水文地质条件确定打井深度，一般在100m 以内（地下水受污染层）； ③只用其热，不耗其水，用热后必须全部回灌，并监控回灌的实施； ④对于一抽一灌、一抽多灌的双井和多井要严格审批，限制打井数量； ⑤井间距和井与建筑物的相对位置要合理； ⑥井位要远离城市供水站；
⑦能打少井不打多井，地下水不可过渡开采； ⑧系统采用大温差小流量，以降低动力消耗等。
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2）积极推广单井抽灌技术，水系统封闭回路运行，回灌水质对下水未构成污染，平衡地下水位，防
止移砂、抽空和淤塞。
3）无论何种方式的回灌水的水质，水温必须监控，回灌水水质至少应与原采集地下水的水质相当，
并定期化验。
4）浅层土壤低温热量采集，竖孔深度、数量、孔间距应根据具体地域、土壤结构、所须负荷大小来
确定
①一般每个竖孔（<100m）低温土壤热采集量为2.5~3.5kW，孔间距应保持>5m 以上为宜； ②土壤埋管采用U 型高密度PEX 管，地下应无接头，若采用钢制套管式换热器，要考虑防腐； ③竖孔孔径不宜过大(用U 型管换热器一般φ150 即可，若用套管式换热器，孔径一般<φ400)；
④竖孔土壤埋管周围回填料应按一定比例粒径特殊制作的回填料，以强化与土壤接触边界层换热的
能力，可以做到导热系数比土壤大一倍左右； ⑤考虑投资成本和占地面积、土壤取热的热泵供暖系统更适合于小型建筑面积，一般在1000 ㎡以下 为宜。__