概述
将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好，备受各国重视，特别是位于高寒地区的西方国家，其中冰岛开发利用得最好。该国早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统，现今这一供热系统已发展得非常完善，每小时可从地下抽取7740t80℃的热水，供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱，冰岛首都已被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外利用地热给工厂供热，如用作干燥谷物和食品的热源，用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。目前世界上最大两家地热应用工厂就是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸桨加工厂。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京津地区已成为地热利用中最普遍的方式。
技术原理
地源热泵系统
1、定义
地源热泵利用地下的土壤、地表水和地下水温相对稳定的特性, 通过消耗少量电能, 在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方, 在夏天将室内的余热转移到低位热源中, 达到降温或制冷的目的。冬季热泵机组代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热, 向建筑物供暖夏季热泵机组可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时, 它还可供应生活用热水,是一种高效、节能、环保的空调设备。
2、技术支撑
①地表水系统: 地表水系统通过直接抽取或间接换热的方式,利用包括江水、河水、湖水、水库水作为热泵冷热源。该方式又分为开式循环系统和闭式系统。
⑴开式: 为直接抽取地表水换热, 提取其中热量, 再排至地表水源。
⑵闭式: 即通常所说的水下埋管, 通过热载体在埋于水下的闭式环路内循环流动, 达到和地表水之间的热交换, 从而为热泵机组提供冷热源。
②地下水系统：一般采用开式系统, 即通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井, 将地下水抽出, 通过二次换热或直接送至水源热泵机组,经提取热量或释放热量后, 由回灌井群回灌入地下,只进行热交换, 不消耗水资源。
③土壤埋盘管系统(地下祸合热泵系统): 通过中间介质通常为水或加入防冻剂的水作为热载体, 通过热载体在埋于土壤内部的封闭环路内循环流动, 实现与大地土壤之间热交换目的,为制冷机组提供冷热源。埋地管系统有水平埋管方式和垂直埋管方式两种。垂直方式需钻孔设备, 但可节约用地, 适用于可供使用土地面积有限的情形。
（二）深浅层地热能结合空调系统
1、概述
地热能作为一种可再生的清洁能源，在我国已经得到了越来越广泛的利用。从广义讲，地热能可分为深层地热能和浅层地热能2 种。深层地热能赋存于地热水中，通常地热水温度较高，可直接用于建筑供暖，并可结合水源热泵机组实现地热水梯级（供暖）利用；浅层地热能则是指地表面约20m 以深、200m 以浅的岩土体内所赋存的热能，该段地层温度常年相对恒定，且夏季低于大气温度、冬季高于大气温度，是经济、环保的冷热源，可通过水源热泵机组用于建筑物空调及供暖
2、具体实现
①冬季系统运行方案
冬季生活热水及温泉循环加热水（预留口）由地热井一级板式换热器的二次侧制取，提供总热量为2 093.4kW。建筑热负荷由水源热泵机组提供，热源采用地热井二级、三级板式换热器的二次侧制取7/15℃水，3台水源热泵机组总制热量为4 201.3kW。10 眼（4 抽5 灌1 备用）冷水井作为备用。
②夏季系统运行方案
建筑冷负荷由4 台水源热泵机组（总制冷量为4 064.4kW）提供，10 眼（4 抽5灌1 备用）冷水井作为系统的冷源。夏季生活热水及温泉循环加热水（预留口）优先由1 台热泵机组（WPS280.2C）的热回收提供，热水需求量较大时，不足部分由地热井一级板式换热器的二次侧供给。
③春秋季系统运行方案
春秋季空调制冷由10 眼（4 抽5 灌1备用）冷水井经过板式换热器后提供冷水（供/ 回水温度16/19℃），满足交替季节的制冷需求。春秋季生活热水及温泉循环加热水（预留口）由地热井一级板式换热器的二次侧直接供给
（三）深层地热能在集中空调系统中的应用
在一次地热水与二次热水之间设三级板式换热器(以下简称板换) ,冬季从热水井取得的地下热水经过三个梯级的利用,其中一级板换产生的二次热水(温度45 ℃) 直接供冬季集中空调使用;二、三级板换产生的热水混合后再经过水源热泵加热,由水源热泵冷凝器产生出45 ℃的热水与一级板换产生的二次水混合,供该综合楼冬季集中空调使用。整套系统设三级板换的目的是充分应用地下热水由高温变为低温的过程中各阶段所蕴藏的热能,各级换热器的参数见表1。
选用2 台水源热泵机组,夏季空调按常规方式配置冷却塔,单台制冷量1 437 kW(冷水供回水温度为7 ℃/ 12 ℃) ;冬季标准工况蒸发温度15 ℃/ 7℃,供热温度45 ℃/ 40 ℃,单台制热量1 851 kW。在二、三级板换的进、出水管之间设旁通阀,以调节通过二、三级板换的一次水供水量,另外通过增减主机的开启台数,也可以调整集中空调系统的冬季供热量,与实际需要的制热量匹配,才能更利于系统的节能。系统原理如图1 所示。
国内发展和应用现状
依据1990 年的统计数字,我国地热能直接利用在世界上位居第二,总热力容量为1 945MW。地热能直接利用项目主要包括:农业、印染、干燥、供热、工业加工等。利用最好的4 个省(区) 有①河北(占全国的24 %) ,主要用于养鱼、洗浴和温室; ②天津(占全国15 %) ,用于供暖和养鱼; ③山东主要用于洗浴和养鱼; ④西藏自治区用于温室。
我国目前已具备了较完备的开发利用浅层地热能的地源热泵工程技术、设备、监测和控制系统。近几年，我国地源热泵机组大量应用于工程实践，其中北京市采用浅层地热能进行供暖和制冷的地源热泵项目已达700多个，建筑面积达1800万平方米；河北省达920万平方米；辽宁省沈阳市达到3400万平方米。另外，山东、天津、甘肃、江苏、内蒙古、吉林、江西等省（市、区）采用浅层地热能为城市建筑供暖和制冷的面积增加迅速。预计2020年，全国利用浅层地热能的供暖和制冷面积将达到2亿平方米，2030年为4亿平方米，2050年将达到10亿平方米。
国外发展和应用现状
地热能的直接利用存在广泛的市场,截止到1990 年,世界上已有14 个国家地热能直接利用的总热力容量大于100MW(详见表1),表1 中的其他一栏表示总热力容量为1～99MW 的国家的总和。
世界上将近70 个国家赋存着可供商业性利用的地热资源,地热流体用于非电利用的总热力容量为11 385MW ,与Gudmundsson1985 年的调查相比较,过去的5 年中增长率为60 % ,年平均增长率约10 %。
1993 年,美国建成一个2 072MW 的热泵系统,年产热量为2 402GW。Lund 估计,世界范围内目前已建立约6 000 个热泵系统,Lund 希望在全美国范围内,大量使用地热泵供暖和制冷。
供应商信息
地热能空调系统供应商
长沙维杰环保科技有限公司
西安电地暖公司
上海吉恒电气设备有限公司
中惠科技发展股份有限公司
经典案例
① 项目单位：临猗县土地矿产局
项目内容：地热田开发利用
地热开发综合利用，建设大规模热矿泉疗养院；地热游泳馆；医用矿泉水；温泉塑料大棚生产菜（果）、花卉及食用菌等。
项目建设条件：
经国家地矿部有关机构勘测，本县地热田以县城为中心，总面积达１４.７２平方公里，年可供开采水量达１６０余万吨。经国家地矿部水文地质研究中心实验室和同位素室测定，该地热水含有镭、铀、钍、氡等放射性元素和钙、铁等３０多种人体有益的常规元素。其中锶的含量高达４．３２毫克/升，居全国之首。其水质比闻名于世的陕西汤浴口、临潼及山西奇村、夏县温泉微量元素含量都要高得多。完全达到国家医疗热矿水质标准和医用矿泉水标准。交通便利，通讯先进。
②项目名称：安图县长白山地热田开发项目
项目主要内容：长白山地热田位于华北板块北东缘与中新生线北东向滨太平洋火山带交汇处，受太平洋板块和菲律宾板块多次交替俯冲影响，产生北北东和北东向两组大陆裂谷及断裂系长白山地热田正处在上述裂谷和断裂系中马鞍山一二道白河北北东向裂谷与图们江北北东东向裂谷及金—白山德北西向裂谷交汇处，区内断裂系和裂谷控制着岩浆和火山活动，长白山地热田的热源能量来源于岩浆房，天池湖水和大气降水是地热田地热流体的主要补给源。地热作为一种新型的绿色能源，其开发利用是生态环境建设，实现可持续发展的战略步骤之一，符合我国能源产业发展方向，有利于提高人民的生活质量。由天津大学地热中心承担的国家“九五”攻关课题—“地热新技术示范与新产品开发”目前通过鉴定，这一研究成果包含3个子项目，为我国地热能源的利用与开发提供了一项新产品和两项新技术，为地热的综合开发利用提供了技术保证。
项目总投资：1,429.40万元人民币，其中：固定资产投资：1,379.72万元，建设期利息：26.95万元，流动资金：22.73万元。
项目建设规模及内容：根据长白山旅游经济开发区建设及发展趋势，确定本项目的建设规模为供热水量4，644MW,热井4眼，总供热量为18，576MW,温度90oc的热水供应量为400m3/L。
经济效益分析：年销售收入1，022.19万元，税金及附加140.68万元，税后利润：251 .84万元，投资利润率26.12%，利税率：35.97%。
项目建设地点：长白山旅游经济开发区
参考文献
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[2]毕文明，郭艳春，蔡小媛.深浅层地热能结合空调系统的应用[J].中国建设信息：供热制冷，2009，（8）：36—37.
[3]王贵玲.国内外地热能开发利用现状及前景分析[J]. 地球学报：中国地质科学院院报，2000，（2）：134—139.
