杭州市浅层地热能开发利用现状及前景分析

秦祥熙，林清龙，万龙，俞伯汀

（1-浙江省地质调查院，浙江　杭州　311203；2-杭州市国土资源局，浙江　杭州　310012）

杭州市浅层地热能开发利用现状及前景分析

秦祥熙*1，林清龙1，万龙2，俞伯汀2

（1-浙江省地质调查院，浙江杭州311203；2-杭州市国土资源局，浙江杭州310012）

本文介绍了杭州市第四纪地层与水文地质概况，总结了杭州市浅层地热能开发利用技术型式和规模，分析了杭州市浅层地热利用的资源潜力，结合杭州市的自然、地质条件、城市建设需求、有关政策等，展望了杭州市浅层地热能开发利用前景，并为今后的发展提出了相关建议。

浅层地热能；资源潜力；发展前景

0　引言

浅层地热能是指蕴藏在地表以下一定深度范围内的岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能［1］。热泵是浅层地热能开发利用的主要技术，有地下水、地表水、和污水源热泵［2］等型式，以土壤源型式利用最为广泛。地源热泵的制冷/热系数可达到3.5～5.5，能量利用效率要比空气源热泵高出40%以上［3-5］。经过多年的发展，利用地源热泵系统开发利用浅层地热能在杭州市已经形成一定规模，为杭州市带来了较可观的节能效益［6-7］。本文旨在通过对杭州市浅层地温能开发利用的特点、规模、潜力等进行分析，并结合城市自然条件、建设需求及相关政策，对杭州市浅层地热能的开发利用前景进行展望并提出相关建议，为今后杭州市浅层地热能的开发利用提供参考。

1　杭州市浅表地层与水文地质概况

第四系（在第四纪形成的地层统称）厚度、岩性结构、水文地质条件等对浅层地热能开发利用的经济效益、系统运行稳定性等有较大影响［8-10］，是影响浅层地热能开发利用的主要因素。

1.1第四纪地层

一般情况下，与基岩相比较，相同厚度的第四系钻探成本低、比热容大，换热能力强。因此，在第四系中，浅层地热能开发利用成本相对较低，地源热泵系统的运行效益较好。

杭州市内第四纪地层面积达2，558 km2，从中更新世到全新世地层均有发育。在山麓沟谷区地层岩性以砂砾石、粉质粘土为主。第四系厚度总体呈现自南西往北东由薄变厚的趋势。第四系厚度以100 m～120 m为主，最厚处超过145 m。其它地方厚度从40 m～100 m不等［6-7］。

1.2水文地质条件

地下水的水质、富水性、水动力条件和回灌难易等对浅层地热能开发利用影响较大，杭州市主要是潜水、承压水和基岩裂隙水三大类［5］。其中，孔隙潜水单井涌水量多为（10～1，000）m3/d；孔隙承压水单井涌水量多为（1，000～3，000）m3/d，钱塘江流域较大，为（3，000～5，000）m3/d；岩溶水中基岩裸露区单井涌水量变化较大，覆盖区单井涌水量多为（100～2，000）m3/d；基岩裂隙水单井涌水量多小于1，000 m3/d。

受开采条件、经济成本的影响，松散岩类孔隙承压水是区内可以开采利用的主要地下水。

2　开发利用型式

在杭州地区，浅层地热能主要是使用垂直地埋管地源热泵系统，其次为地下水源热泵系统［11-12］，且使用较少。

本文主要关注简单的事实性问题，即每个问题包含一个主题实体，并且用一个事实就能够回答。本文假设主题实体已经给定，给定主题实体在知识库中检索相关事实。知识库由大量关系型数据组成，通常是一组相互关联的主语—谓词—宾语(subject-property-object，SPO)形式的事实三元组。通常，问题描述了三元组的主语(如“泰戈尔”)和谓词(如“主要成就”)，答案包含了宾语部分的知识(如“诺贝尔文学奖”)。

2.1垂直地埋管地源热泵系统

根据建筑使用面积的大小，以5，000 m2为划分界线，分为小型和大中型两类，具体特点见表1。

表1　垂直地埋管地源热泵系统特点

2.2地下水地源热泵系统

杭州地区地质条件较复杂，地下水的流失容易形成降水漏斗，引起地面不均匀沉降和岩溶塌陷等，而地下水源热泵系统因为以地下水为低温热源，需要抽取地下水，且很难做到100%回灌，引起地下水流失，因此在调查区内只有少数工程使用了地下水源热泵空调系统。如朗诗·国际街区（部分使用）、杭州低碳科技馆（部分使用）、辛迪置业投资集团总部大楼、绿城·新绿园会所等。

3　开发利用情况

杭州地区第一批大型地源热泵系统工程为北秀蓝湾住宅小区和大世界五金城等，建成于2006年左右，距今已运行六年到七年时间。经过多年的发展，杭州地区已建成了多个地源热泵空调系统，一些建筑还利用了桩基埋管、地表水等地源热泵系统形式。据不完全统计，截止到2012年12月，调查区内已有地源热泵工程项目73个之多（见表2），建筑总面积约为455.6×104m2。

统计资料显示，地源热泵工程主要分布于杭州市余杭区、西湖区和萧山区三区（见图1），其中，别墅区项目所占数量最多，为33例；其次为住宅小区，有11例；其它类型建筑有29例。73个地源热泵系统工程中，有68个为地埋管型式的（或复合式）项目，5个为地下水（或复合式）地源热泵项目。

表2　浅层地热能开发利用工程统计

图1　杭州市地源热泵系统分布图

4　开发利用前景分析

4.1自然、地质条件优良

4.2资源潜力巨大

杭州市地下水地源热泵系统冬季可供暖总面积为7.55×106m2，夏季可制冷总面积为11.32×106m2。

分别从50 m、80 m和100 m这三个深度对地埋管地源热泵的制冷/供暖潜力进行评价，结果见表3。

4.3 节能减排效益显著

我国目前正处在建筑能耗高速增长的时期，而建筑能耗中的50%～60%为暖通空调能耗［7］。开发利用浅层地热能这一资源，能够为杭州市带来较好的社会经济效益，其得到完全开发，能够带来的社会经济效益见表4。

表3　平原区地源热泵系统供暖及制冷总潜力成果表

表4　开发利用浅层地热能带来的社会经济效益

4.4政策支持

国土资源部高度重视浅层地热能的开发利用工作，于2008年下发了《关于大力推进浅层地热能开发利用的通知》。2012年10月1日实施的《浙江省可再生能源开发利用促进条例》大力提倡开发利用浅层地热能。2013年初国家能源局、财政部、国土资源部和住建部四部门发布了《促进地热能开发利用的指导意见》，也提出要大力开发利用浅层地热能。这些政策必将给传统地热、浅层地热能的开发利用打开新的政策空间/提供强有力的政策保障。

5　结论与建议

1）杭州市第四系厚度虽多变，但多数地区厚度大于40 m，地层相对容易钻探；且杭州市地下水丰富，具备较好的热物性条件；总体适宜浅层地热能开发利用。

2）截止到2012年12月，调查区内已有地源热泵工程项目73个，以垂直地埋管地源热泵系统为主，地下水地源热泵系统为辅，利用建筑总面积约为455.6×104m2。浅层地热能开发利用深度从45 m到120 m不等，地下水抽灌井数比为1∶1～1∶2，单井抽水量（800～1，200）m3/d。

3）杭州市浅层地热能资源不但自然条件优良，还面临城市建设发展的需要和节能减排的迫切需求，在现有政策的支持下，其开发利用前景必然非常广阔。

4）建议尽快建立完善的浅层地热能开发利用勘察、设计、施工、运行和动态监测等方面的地方性技术规程。

［1］GB 50336-2005（2009）地源热泵系统工程技术规范［S］.北京∶中国建筑工业出版社，2009.

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［4］朱保华.地源热泵的地热能利用方式及经济性分析［J］.山西建筑，2007，33（34）∶189-190.

［5］吕悦，杨立平.国内地源热泵应用情况调查报告［J］.工程建设与设计，2005（6）∶35- 36.

［6］浙江省地质调查院.杭州城市地质调查报告［R］.杭州∶浙江省地质调查院，2009.

［7］浙江省地质调查院.杭州市浅层地温能调查评价报告［R］.杭州∶浙江省地质调查院，2013.

［8］马宏权，龙惟定.区域供冷系统的应用现状与展望［J］.暖通空调，2009，39（10）∶52-59.

［9］王沣浩，颜亮，冯琛琛，等.地源热泵岩土导热系数测试影响因素分析［J］.制冷学报，2012，33（4）∶16-22.

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［11］龚光彩，常世钧.冷热源及建筑节能的研究现状和进展［J］.建筑热能通风空调，2003，22（5）∶18-23.

［12］唐彪锋，毛霞丽，潘松法.中国水利博物馆地源热泵系统优化设计［J］.制冷，2010，29（4）∶53-57.

Current Situation and Prospective Analysis about Exploitation and Utilization of Shallow Geothermal Energy in Hangzhou

QIN Xiang-xi*1，LIN Qing-long1，WAN Long2，YU Bo-ting2

（1-Zhejiang Institute of Geological Survey，Hangzhou，Zhejiang 311203，China；2-Hangzhou Bureau of Land and Resourses，Hangzhou，Zhejiang 310012，China）

The conditions of Quaternary strata and hydrogeology in Hangzhou are surveyed.The type and size of develop and application technology of shallow geothermal energy in Hangzhou are summarized，and the resources potentiality of application of shallow geothermal energy in Hangzhou is analyzed.Based on the natural and geological conditions，related government policies and the requirement of city development，the develop and application prospects，and related promoting strategies of the shallow geothermal energy in Hangzhou are proposed.

Shallow geothermal energy；Resources potentiality；Developing prospect

10.3969/j.issn.2095-4468.2015.03.208

*秦祥熙（1981-），男，工程师，学士，主要从事浅层地温能调查评价与开利用研究。联系地址：杭州市萧山区萧金路508号，邮编：311203。联系电话：13486104566。E-mail：qinxiangxi@163.com。