我国浅层地温能与其他能源在供热制冷方面的比较分析

第２Ｏ卷第１Ｏ期　２０１１年１Ｏ月　中　国　矿　业　ＣＨＩＮＡ　ＭＩＮＩＮＧ　ＭＡＧＡＺＩＮＥ　Ｖｏ１．２Ｏ。ＮＯ．１０　０ｃｔ．　２０１１　我国浅层地温能与其他能源在供热制冷　方面的比较分析　关　锌　（中国地质大学（武汉）经济管理学院，湖北武汉４３００７４）　摘　要：浅层地温能是指在地球表层一定深度内参与热量循环，在一定技术经济条件下可以被利用　的地热资源。与传统地热相比，浅层地温能不受地域局限，基本上普遍适用于世界各地。我国地域辽　阔，气候分带明显，适宜大规模开发利用浅层地温资源，这对于促进我国可再生能源事业的发展，缓解　所面临的能源压力，实现向低碳经济社会的转变具有重要的意义。本文针对浅层地温能的供暖制冷方面　与其他能源进行了经济和环境的效益分析。　关键词：浅层地温能；效益分析；供暖制冷　中图分类号：ＴＵ８３１．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—４０５１（２０１１）１０—０１０７—０２　Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｈｅａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ＧＵＡＮ　Ｘｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｗｕｈａｎ），Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈａｌｌ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｔｔａｃｈｅｄ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｃｙｃｌｅ　ｉｎ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅａｒｔｈ’ｓｕｒｆａｃｅ，ａｎｄ　ｉｓ　ｅｘｐｏｉｅｄ　ｉｎ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｃｏｒｎ—　ｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ，ｓｈａｌｌｏｗ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｍａｙ　ｂｅ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｅｖｅｒｙｗｈｅｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ．Ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｖａｓｔ　ｔｅｒｒｉｔｏｒｙ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｌｉｍａｔｉｃ　ｚｏｎａｔｉｏｎ，ｓｈａｌｌｏｗ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｉｓ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｍｏｔｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌ—　ｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　ｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄ　ｒｅｌｉｅｖｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ，ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｃａｒ—　ｂｏｎ　ｓｏｃｉｅｔｙ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｈｅａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｏｆ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｌｏｗ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ；ｂｅｎｅｆｉｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｈｅａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　１　国内外浅层地温能应用情况概述　１．１　国外地源热泵技术开发利用现状　１．１．１　欧洲　售量为１９００００台左右。　随着地源热泵市场蓬勃发展，一些政策也先　后出台，欧盟各国通过了新的节能和气候保护目　标，计划到２０２０年将温室气体排放量（不只是建　筑物）在１９９０年的基础上减少２Ｏ　。据分析，到　欧洲地源热泵市场发展迅速。瑞典是欧洲最　大的地源热泵市场，其地源热泵销售量每年保持　强劲增长。其他欧洲国家，如，德国、法国、芬　兰、瑞士、奥地利和挪威等国家，地源热泵应用　也开始增加。例如，２００６年奥地利的热泵市场增　长了４５　，最热门的是地源热泵（占７１　）。在德　国，地源热泵也占有举足轻重的地位。根据欧洲　住宅市场应用的研究数据，２００８年欧洲的机组销　２０２０年，如果地源热泵能占到建筑供热的２０　、　３Ｏ　或１００　，地源热泵对该目标的潜在贡献率将　分别达到５　９／６、７．１　或２Ｏ％。　１．１．２美国　目前，美国至少有１６家地源热泵制造商服务　于民用和商用市场。据美国能源部（ＤＯＥ）能源　信息署（ＥＩＡ）的调查显示，２００７年地源热泵机　收稿日期：２０１１一Ｏ７—３０　组的销售量约为５００００台，其中６３　为民用，　３７　为商用。　作者简介：关锌，中国地质大学（武汉）研究生。　１０８　中国矿业　第２Ｏ卷　１．１．３加拿大　加拿大地源热泵市场正在急剧增长，其主要　原因是加拿大联邦政府的拨款支持，以及各省政　府有针对性的补贴和公共服务部门对住宅改造的　激励。补贴程序由专门机构（如Ｄａｖｉｄ　Ｓｕｚｕｋｉ基　金会）独立研究发布。２００４年加拿大的地源热泵　装机机组为３５０００台，２００５年为３７０００台。　１．１．４　亚洲　近年来，亚洲的地源热泵需求也在迅速扩大，　特别是中国和韩国。２００５～２００７年，韩国的地源　热泵机组销售量增加了５．５倍。截至２００７年底，　中国地源热泵服务的建筑面积超过３０００万ｍ。。政　府的扶持政策是中国和韩国地源热泵市场高速增　长的根本原因。　１．２我国地源热泵技术现状及发展趋势　在我国对地源热泵技术的研究起始于２０世纪　８Ｏ年代，近年来开始大量应用于工程实践，自　１　９９６年至今在北京、山东、河南、辽宁、河北、　江苏、浙江、湖北、上海、西藏等地相继建成了　地源热泵工程，应用范围基本覆盖了我国所有省　份。仅以北京为例，２０００年北京市利用浅层地能　的面积仅为１７万ｍ　，２００５年初达到５００万ｍ　，　到２００８年中旬，北京地区浅层地温资源开发利用　项目数量为５４８项，服务面积近１２２５万ｍ。；水源　热泵项目４４５项，服务面积约８８３万ｍ。，占７２　；　地源热泵项目１０３项，服务面积约３４３万ｍ　，　占２８　。　２与其他供热制冷方式的比较　２．１　建设费用　根据现有实际工程测算，如采用地下水式地源　热泵系统，系统初投资约为２５０～４２０元／ｍ。，其中　冷热源部分投资约为１５０～２２０元／ｍ　；如采取土壤　源地源热泵系统初投资约为３００～４８０元ｍ。，其中　冷热源部分投资约为２００～２７０元／　。若和目前常　规单一供暖方式相比燃煤锅炉房供暖系统投资约　１５０￣２００元／ｍ　，燃气分散锅炉房供暖系统投资约　１ｏＯ～１５０元／ｍ　，热电联产集中供热系统投资约２００　元／ｍ２（包括增容费）。从以上对比可见，地源热泵　系统的建设费用高于其他方式。　２．２　运行费用　采用地源热泵系统作为楼宇空调系统，其运　行费用可大大降低。用地源热泵系统供暖时，根　据不同的地域、气候、资源、环境，其运行费用　可比传统中央空调系统降低２５　～５０　，如北京市　１１个不同类型建筑地源热泵项目２００３～２００４年冬　季运行费用调查结果表明，７项工程低于燃煤集中　供热的采暖价格（１８．５元／ｍ　），所有被调查项目　均低于燃油、燃气和电锅炉供暖价格；用地源热　泵系统制冷时，其运行费用可比传统中央空调系　统降低１５　～３Ｏ　。　２．３环保性　相对于燃煤锅炉供热系统，地源热泵空调系　统能大量减少污染物排放量，使冬季的城市空气　更清新。以每１００万ｒｎ　建筑采用埋管式地源热泵　空调系统为例，每年可节约标准煤１．１９万ｔ，减　少烟气排放量１．３亿ｍ。。　２．４节能性　消耗ｌｋｇ标准煤的不同空调系统形式获取的热　量及冷量见下图１，可以清楚看出同样消耗ｌｋｇ的　标准煤通过埋管式地源热泵空调系统所获得的热量　和冷量明显高于其他空调系统，节能优势明显。　燃煤锅炉集中供暖效率８０％获５　６００×　一４．１８６　８１ｄ热量　１　ｋｇ标准煤　获２１２９ｘ　－７０００Ｘ　４．１８６　８ｋＪ热赞　４．１８６　８ｋＪ　获８　５Ｉ６ｘ　４　１８６　ｇｋＪ热晕　获８　５Ｉ６ｘ　４．１８６　８ｋＪ热繁　双效蒸汽式溴化锂制冷机　获３　８４６ｘ　４．１８６　８ｋＪ冷昔　１　ｋｇ标准煤　一７０００Ｘ　４．１８６　８ｋＪ　Ｉｘｚ　ｓ　茎　．　热节　管地源热泵ＣＯＰ＝４　获８　５１６ｘ　４．１８６　８　ｄ１热鼍　图１消耗ｌｋｇ标煤不同空调系统获取的热量及冷量　２．５能效比　能效比，即制冷量或制热量和输入功率的比值，　也就是输入ｌｋＷ的功率可以获得的冷量或热量。　从表１中可以清楚地看出，同样输入１ｋＷ的　功率，埋管式地源热泵空调系统获得的冷量、热　量明显的大于其他的制冷或供热方式，由此可知　达到同等制冷、供热的标准，埋管式地源热泵空　调系统消耗的能源明显低于其他方式。　表１　输入ｌ　ｋｗ功率可获得的热能效比及制冷能效比　（下转第１１７页）　第１Ｏ期　王学良，等：基于层次分析法的泥石流危险性评价体系研究　１１７　表ｌ１　泥石流沟评价指标数据无量纲化结果　表１２各泥石流沟综合评价结果　ＥＪ］．中国农村水利水电，２００８，（８）：４４—４６．　［３］　刘希林，唐川．泥石流危险性评价［Ｍ］．北京：科学出版　社，１９９５：１—９０．　［４］　徐永年，匡尚富，黄永健，等．泥石流入汇的危险性判别　６　结论　指标［Ｊ］．自然灾害学报，２００２，１１（３）：３３—３８．　［５］　刘希林．区域泥石流危险性评价进展ＥＪ］．中国地质灾害　与防治学报，２００２，１３（４）：１—９．　’　本文在层次分析法的基础上，建立了泥石流　危险性评价的层次递阶模型，经过认真筛选和分　析，提出了包括物源条件、地形地貌条件和诱发　［６］　刘希林，莫多闻．泥石流风险评价［Ｍ］．成都：四川科学　技术出版社，乌鲁木齐：新疆科技卫生出版社，２００３：１　因素三大类共１０项评价指标的体系。分析计算出　了各指标对总目标的权重，建立了泥石流危险性　／　４０．　［７］　赵焕臣．层次分析法［Ｍ］．北京：科学出版社，　１９８６：３４．　综合评价结果的数学模型，实现了泥石流危险性　评价过程中，定性分析与定量计算的相结合，降　低了个人主观因素的影响，分析结果更为客观。　最后通过实例验证，表明利用文中评价模型所计　［８］　王哲，易发成．基于层次分析法的绵阳市地质灾害易发性　评价［Ｊ］．水文地质工程地质，２００７，（３）：９３．　［９］　付晓刚，土石山区坡面径流集散工程效益评价体系研究　［Ｄ］．西安：长安大学，２００８：４２．　算的评价结果与该区域的实际情况完全相符，且　具有较强科学性和客观性，是一种可行的评价方　［ＩＯ］　崔鹏，杨坤，韦方强，等．泥石流灾情评估指标体系口］．　自然灾害学报，２００１，１０（４），３６—４１．　［１１］　胡浩鹏．北京市泥石流灾害风险评估指标体系及方法研究　ＥＤ］．北京：中国地质大学（北京），２００７：２３．　［１２］　余海龙．小流域雨水利用环境效益评价指标体系及其应用　研究［Ｄ］．咸阳：西北农林科技大学，２００４：４０—４１．　［１３］　田伟．乌东德水电站近坝库岸泥石流的影响研究［Ｄ］．长　春：吉林大学，２００９：７０—７４．　法，具有较高的应用价值。　参考文献　’　＿　［１］　商卫东，杨占强，孙立平．基于改进层次分析法和可拓学　理论对泥石流危险度的分析口］．水利与建筑工程学报，　２Ｏ１Ｏ，８（６）：１ｏ１—１０２．　ｒ　２］　池春青，徐永年，刘卉芳，等．泥石流危险性评价浅析　米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米　（上接第１０８页）　３　结论　热制冷时，浅层地温能具有较大优势。　参考文献　＿　总体看来，我国浅层地温能的开发利用近几　［１］　詹麒．国内外地热开发利用现状浅析［Ｊ］．理论与实践，　２００９（７）：７１—７５．　年发展迅速，特别是供暖制冷应用日渐受到重视，　并且利用面积增长迅速。从以上的几个方面综合　比较，浅层地温能在供暖制冷方面具有高效率，　［２］　陈墨香，汪集呖，邓孝．中国地热资源：形成特点和潜力　评估［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９４．　［３］　Ｍｕｆｆｌｅｒ　Ｐ，Ｃａｔａｌｄｉ　Ｒ．Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ口］．Ｇｅｏｔｈｅｒｍｉｃｓ，１９７８，７（２—４）：　５３—８９．　低能耗，轻污染的特点，具有良好的经济和社会　效益。因此，在利用清洁无污染的新能源进行供