浅析地热供暖及其在天津的发展

邢 伟

(山西省保障性安居工程投资有限公司，山西 太原 030013)

浅析地热供暖及其在天津的发展

邢 伟

(山西省保障性安居工程投资有限公司，山西 太原 030013)

随着经济的快速发展，人们对生活品质的要求越来越高，传统采暖方式污染严重、温度不均匀、安装不方便、舒适性差、能源消耗大、社会效益低下，已经无法满足人们对现代生活品质的追求，以及环境友好型和资源节约型社会的建设需要，而地热供暖作为一种环保、清洁、舒适的供暖方式逐渐被普及开来。分析了地热供暖的原理、优势及环境效益等，结合天津地区地热资源的开发和利用现状，分析地热供暖的可持续发展。

地热供暖，地热资源，开发利用,环保,可持续发展

地热资源作为一种清洁、环保的可再生资源在近年来得到了广泛应用，通过对国内外地热资源开发实践观察发现：综合开发利用地热资源可以带来较高的社会、经济和环境效益。在我国，地热水被应用于洗浴、发电、供暖、温室、农业养殖等各个领域，其中，将地热井水用于供暖不但环保、节能，在工艺技术上也相对简单可行。近年来，地热供暖在我国天津、北京等地得到逐渐推广，其供暖效果、环保效益取得了社会各界的广泛认可。

1 地热供暖

1.1 地热供暖的技术原理

低温辐射地板采暖利用埋设于地板下的导电管或铝塑复合管(加热管)，使地板的表面温度加热到18 ℃～32 ℃，然后使热量均匀地辐射到室内，从而完成室内的采暖。同时可以通过分户式气体加热炉、市政热力管网、社区锅炉房等各种各样的方式提供热量[1]。

1.2 地热供暖的优势

1.2.1 环保节能

与煤炭、石油相比，地热能源是清洁的、可再生的，深层地下水有着自身的循环系统，地热水被抽上来用于供暖后，再循环到地下，整个水循环系统基本上是不消耗水的。

根据测试结果显示，在实际中，中国的民用住宅建筑使用的地热采暖系统的参数与目前工程设计中的常用参数存在着不小的差距，大约有31%～33%。这一差距表明，采用地热资源供暖在节能方面仍有很大的潜力。与设计规范中同类别建筑物热指数参考值的上限值最接近的是图书馆的平均热指数。说明地热采暖设计中，在不包括新风荷载的情况下，可参考使用设计规范中定义的热指数。根据目前锅炉采暖实际情况统计，大部分高层封闭式建筑采暖热指标的设计约为每平方米120 W～150 W。如果使用地热采暖，可以把实际加热指数降低至大约每平方米100 W[2]。

采用地热资源供暖可以带来显著的环境效益、经济效益和社会效益。地热资源清洁高效，避免了使用常规能源带来的环境污染,减少了由于燃料的燃烧所产生的排放物造成的污染。污染的减少势必会大大节约环境治理的社会成本,提高了人民生活质量和健康质量。

1.2.2 经济高效

虽然地热供暖初期投资较大，但地热供暖系统中所消耗的维护费用、运行费用相对于传统集中供暖形式大大减少，长期来看，地热供暖经济性较强。传统集中供暖一次性投资量大，而运行过程中燃煤、燃油耗费的成本巨大，由于石油、煤炭资源供不应求，今年来煤炭、石油价格一直居高不下，可见传统集中供暖长期运行经济性较差。

1.2.3 技术简单可行

地热供暖通过打地热井、提取地下热水并用于供暖系统而实现，整个工艺流程相对简单可行，对水温的要求也相对宽松，15 ℃～180 ℃的地热水均可用于供暖，而对于温度较高的地热水，可免去加热直接用于室内供暖，进一步简化了供暖流程，并减少了供暖过程中的热能损失，最大程度发挥地热资源效用。另外，随着国内外地热井水供暖技术的不断发展，地热井水工艺技术不断成熟和完善起来，在实践运行过程中体现出良好的可行性、合理性、科学性。

1.3 地热供暖的综合利用

综合利用地热资源供暖在建筑工程的实际应用中有很多方案，较为常见的有以下三种：第一种，在直接供暖的情况下，地热井开采的地热水温度和流量能为其所负担的建筑的供暖提供充足的负荷，而且在供暖的同时，把供暖尾水进行除锰除铁等水处理，达到相应的标准，然后把地热水用作生活热水、温泉、洗浴等其他用途。第二种，在直接供暖的情况下，地热井开采的地热水温度和流量能为其所负担的建筑的供暖提供充足的负荷，并且地热水也不作其他用途，那么对供暖尾水就进行直接回灌。第三种，在直接供暖的情况下，地热井开采的地热水温度和流量不能为其所负担的建筑的供暖提供充足的负荷，这种地热水直接供暖的尾水大约是30 ℃～40 ℃，把它作为地热热泵所用的热源水，然后利用地热热泵机组把温度较低的热源水变为可以满足供暖需要的热媒水，大约60 ℃～70 ℃，就可以用于散热器的供暖或地板辐射供暖。如果地热水温度太高，那么第一级采用散热器供暖，第二级采用地板辐射供暖，两级供暖串联即可。

2 天津地热供暖的发展

2.1 天津地热形成机理

目前，在众多的资料和文献中，可以看到一个比较一致的看法：在地球内部的矿物和岩石中，可以找到一些放射性元素，如铀235、铀238、钾40和钍23,它们生热率较高、具有足够的丰度且半衰期与地球年龄相当。虽然在第三系中有多层热储，但是这些元素的原子核在衰变的过程中都会释放一定的能量，是构成地球内部的主要热源之一[3]。

根据地球活动板块划分的规则，中国的华北断裂带位于距块体俯冲带数千公里的欧亚板块内部，这一地区是一个非常典型的刚体岩石圈，具有古老的裂谷特点，这里的地壳减薄，地幔上穹。由于上地幔上升隆起，地处较低的高温地热能源从华北断裂带的底部向上流动，带来了丰富的热能。因此，上地幔的高温热流将会转移到浅地壳，从而形成地壳浅层的第二个热源[4]。

总而言之，华北地区在其地理构造演化进程中，造成了本地区的地壳花岗岩厚度增加、顶板埋深变浅，内部的一些半衰期较长且具备足够丰度的放射性元素在漫长的历史衰变中所聚集的热能，使得地球内部有了明显的增温；较高温度的上地幔热流在较为活跃的冒地槽与古老的地盾和之间的地台上，能够以较短的路径向外不断地传递。因而，天津地区属于地热正常区，要想形成局部的地热异常区，必须提供一定的水动力条件和构造条件[5]。

2.2 地热资源概况

经地质勘测发现，丰富的地热资源就蕴藏在华北断陷盆地的地下。经过勘察，天津地区的宁河—宝坻断裂带的南侧，地热资源分布面积为8 700 km2，估算可知，这个区域可开采的地热资源量85.41×108m2。如果按照盖层平均地温梯度每100 m大于3.5 ℃进行划分，一共可以划分出10个地热异常区。由此可见，这一地区蕴藏着丰富的中低温的地热资源[6]。

2.3 开发利用现状

天津地热资源的开发可追溯到20世纪30年代法国人在天津市老西开凿成的第一眼自流热水井，直到20世纪70年代，天津地区地热资源开发在我国著名地质学家李四光的倡导下大规模展开。今天我们可以看到，天津市已经形成了我国的一座“地热城”，在全国而言，这里的地热资源综合开发利用的规模最大，而且对于地热资源开发的研究程度也是最高的。形成了王兰庄、塘沽、武清、大港、山领子等热田资源，市区、塘沽、大港、武清地区的地热资源开发规模最大。其中，塘沽作为滨海新区的核心区，是中国地热能源综合利用最大区域，现有地热井40余眼，地热供热建筑面积约350万m2。塘沽地区地热资源埋藏总量约为3.03×1019J，相当于大约8.28亿t的标准煤，其中，可以综合利用地热资源量为5.54×1018J，相当于大约1.89亿t的标准煤[7]，地热资源量非常可观。

天津地区的经济发展十分迅速，对于资源的开发需求与日俱增。丰富的地热资源的综合开发和合理利用对天津的经济和社会发展做出了突出贡献，地热资源的开发已经成为天津经济社会发展不可或缺的重要部分。

从2012年年底的最新统计数据来看，天津市境内，登记在册的地热开采井共有285眼，采灌系统90个。2012年地热资源的总开采量为3 250万m3，折合成标准煤，节约26.5万t，折合成原煤，节约37.1万t。由于地热资源的清洁性，有效减少了约63.2万t二氧化碳排放量，大大减少了环境污染。2012年年底，天津市采用地热供暖的住宅和公建面积占全市集中供暖总面积的5%，约为1 553万m2。在全国，天津已经成为利用地热资源供暖规模最大的城市[8]。

2.4 天津地热供暖存在的问题

2.4.1 地热资源利用率低

不同的热储层，它的流量、水温、水质都有所不同，从而导致了其利用地热资源的效率各不相同。目前，地热资源利用率低是一个瓶颈，其主要原因是：第一，利用地热的技术、工艺及配套设备有待进一步完善优化；第二，地热利用的结构比较单一，综合程度较低，导致了地热资源大量耗费；第三，地热供暖排放的尾水温度很高，大量热能流失[9]。

2.4.2 地热回灌率低

回灌是指将利用了地热水中储存的热能之后，利用回灌系统将原始的地热水循环回注到热储层。这样一来，实现了地热资源由静态到动态的转换，地热资源真正成为再生能源。同时，地热回灌可以使得地热田使用年限大大地延长，有效地避免供热尾水排放对土壤造成的污染[10]。所以，目前地热回灌率低应该得到进一步的解决。

2.5 可持续发展

为了实现天津地热供暖的可持续发展，可以采取以下对策。其一，重视低温地热能的利用。一般高于45 ℃的地球热能被称为地热能，而热能技术的应用与发展使地热能概念得到扩展，浅层地下水中的热能也可以通过热泵加以利用，此外，由于以往地热供暖中，尾水温度高于40 ℃，因而进一步加快低温地热能利用技术的发展，对尾水温度进行提取利用，是地热供暖中提升资源利用率的重要途径。目前，在供暖实践中将尾水作为生活热水进行重利用，这对于提升地热资源利用率，是一种简便可行而经济性很强的途径；其二，强化对地热供暖系统的防腐。地热供暖管道的腐蚀不但会影响地热供暖系统的正常工作，也使地热供暖系统的维护成本大大增加，因而做好地热供暖系统防腐十分重要，可以利用非金属材料解决腐蚀问题；可以采用前置换热器处理含Cl-的地热水，使用间接供暖方式；为了防止空气(氧气)进人地热供暖系统中，从开采到利用的全过程可以采用密闭系统；其三，回灌技术。在地热资源开发地区，不同程度地出现了地面沉降与尾水造成的环境热污染问题，目前地热供暖企业逐渐开始注重环境保护和资源再生，采取回灌对策是解决地面沉降和尾水污染的有效途径，不仅如此，回灌水经地加热，温度上升补充热储，利于对地热资源的可持续开发。

3 结语

地热供暖作为一种复合资源节约型社会和环境友好型社会建设要求的环保、节能供暖方式，大大提升了供暖的环保性、清洁性、节能性、经济性，带来十分理想的室内供暖效果和良好的环境效益。近年来，作为全国地热资源最为丰富和集中的地区之一，天津地区在地热资源的开发利用方面做出了诸多有益的尝试和应用，极大地带动了我国北方地区地热资源开发与利用产业的迅速发展，为全国地热供暖技术的发展和地热资源的开发利用提供了丰富和宝贵的经验。地热供暖凭借其良好的环保性、舒适性、经济性取得了广泛认可，在环境友好型社会和资源节约型社会的建设背景下更是有着广阔的发展空间。

[1] 王武汉.地热供暖技术研究与讨论[J].科技创新导报，2010(15):66-67.

[2] 朱家玲，张凤山.地热供暖节能潜力秘环境效益动态分析[J].太阳能学报，2000，211(3):82-83.

[3] 天津地热勘查开发设计院.天津市地下热水成因、年龄及补给研究[Z].2002.

[4] 天津地热勘查开发设计院.天津市王兰庄地热田地温场和水化学牲及地下热水赋存条件[Z].1986.

[5] 张百鸣，林 黎，赵苏民.天津地区地热形成机理分析[J].水文地质工程地质，2006(2):121-122.

[6] 董建华，李春华，王 坤,等.天津市地热资源开发利用规划技术报告[R].天津：天津地热勘查开发设计院，2004.

[7] 刘德彬.地热井水供暖的优势与发展前景分析[Z].

[8] 姚 华，单学熙.地热供暖规模天津全国最大[N].城市快报，2013-11-15.

[9] 马凤如，林 黎.天津地热资源现状与可持续性开发利用问题[J].地质调查与研究，2006,29(3)：222-228.

[10] 蔡义汉.地热直接利用[M].天津：天津古文出版社，2004:488-628.

OngeothermalheatinganditsdevelopmentinTianjinCity

XingWei

(ShanxiGovernment-SubsidizedHousingEngineeringInvestmentCo.,Ltd,Taiyuan030013,China)

With the rapid development of economy, people increasingly demanding the quality of life, the traditional way of heating serious pollution, uneven temperature, installation is not convenient, poor comfort, energy consumption, social benefits, has been unable to meet people’s modern life quality of the pursuit, as well as the construction of environmentally friendly and resource-saving society needs, and geothermal heating as an environmentally friendly, clean and comfortable way of heating is gradually popularized. This paper analyzes the principle, advantages and environmental benefits of geothermal heating. Based on the development and utilization of geothermal resources in Tianjin, this paper analyzes the sustainable development of geothermal heating.

geothermal heating， geothermal resources, develop and use, environmental protection, sustainable development

TU832

：A

1009-6825(2017)24-0133-03

2017-06-12

邢 伟(1982- )，男，助理工程师