田蓉 李福杰 李达宁
江苏省有色金属华东地质勘查局 江苏南京 210007
摘要：在我国地源热泵系统应用适宜性评价基础上，根据可有效利用的浅层地温能----可调控的能量（空调热负荷指标、空调冷负荷指标），计算全国各省有效利用浅层地温能，对我国主要城市浅层地热资源利用潜力进行评价。由评价结果可知，全国各省实际可有效利用的浅层地温总量为7.11581E+11kWh，总装备空调面积为36813.72～28330.50 km2，可供4.7～6.3亿人供暖和制冷。
关键词：主要城市；浅层地热能；利用潜力；评价
引言
浅层地热能的开发利用主要应用地源热泵技术，随着热泵技术的进一步推广，我国很多地区投入了一定的人力物力进行地源热泵系统的建设，国家也大力提倡这项技术的应用，但是由于缺乏适宜性分区和区域规划，在一些不适宜地区出现了盲目建立地源热泵系统的现象，引发了很多问题，尤其是环境问题，很大程度上制约了地源热泵系统的推广和因地制宜的应用，已经引起了有关部门的重视。在此背景下，根据地源热泵系统适宜性评价指标和方法，对我国主要城市浅层地热资源的利用潜力进行评价，为地源热泵系统的建设提供依据。
1 计算原理
利用浅层地温能来安装空调，解决冬天供暖、夏天制冷问题。根据气候特征，利用浅层地温能特征主要有以下三种情况：（Ⅰ）只需冬天取暖，夏天无需制冷；（Ⅱ）只需夏天制冷，冬天无需取暖；（Ⅲ）夏天制冷，冬天制冷。
以冷热均衡为原则，Ⅰ类地区取暖所需要总热能来自于可有效利用的浅层地温能，取暖的同时将冷能带入地下，造成地下温度下降，这可以在非采暖期（时间达半年以上）从环境得以恢复。Ⅱ类地区制冷是所需要的总冷能来自于可利用的浅层地温能，制冷的同时也将热量带入地下，造成地下温度上升，这可以在非制冷期（时间达半年以上）从环境得以恢复。Ⅲ类地区采暖时带入的冷能，在制冷时期利用制冷，到达冷热均衡。根据全国气候特征，我国利用浅层地温能主要以（Ⅲ）方式为主。但以海南为代表的南方地区主要以制冷为主，其在夏天制冷期间带入的热能在取暖期利用，由于取暖时间段，总热能相对较大，则其取暖面积相对较大；同样，以黑龙江为代表的北方地区，其制冷面积相对较大。为了整个浅层冷热能达到均衡，则采暖期或制冷期所获得的热能或冷能的最大值均为可有效利用的浅层地温能----可调控的能量。
2 空调热负荷指标
空调热负荷指标：空调系统在采暖室外计算温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内需由供热设施供给的热量。空调热负荷指标由围护结构的耗热量、加热由门窗隙渗入室内的冷空气的耗热量、加热由门及孔沿与相邻房间浸入的冷空气的耗热量、建筑内部设备得热、通过其他途径散失或获得的热量等组成，主要由围护结构的耗热量、加热由门窗隙渗入室内的冷空气的耗热量组成。
又根据《民用建筑暖通空调设计技术措施》（第二版），只设供暖系统的民用建筑物，其供暖好热量可用窗墙比公式法进行计算。
根据目前手册和一些实例中提供的热负荷与温差，则可计算出住宅建筑和非住宅建筑的空调热负荷系数Mh。假定在全国范围内，住宅建筑与非住宅建筑的结构一样，则住宅建筑与非住宅建筑的热负荷系数均为定值。则只需知道供暖期每个城市的平均室温就可以计算出热负荷系数。
根据《民用建筑暖通空调设计技术措施》（第二版），提供了部分建筑的热负荷（以北京为例）；又根据《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87(2001年局部修订)，冬季空气调节室内温度计算参数为18～22℃，夏季空气调节室内温度计算参数24～28℃。
3 空调冷负荷指标
空调冷负荷指标：空调系统在制冷室外计算温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内需由制冷设施带走的热量。其涉及的方面多，主要由人体冷负荷、灯管冷负荷、设备冷负荷、新风冷负荷、渗透冷负荷、外墙和屋面冷负荷、外窗和天窗冷负荷、内围结构冷负荷。
根据《民用建筑暖通空调设计技术措施》（第二版），提供了部分建筑的冷负荷（以北京为例）；全年用空气调节系统冬季热负荷可按下述方法估算：北京地区为夏季冷负荷的1.1～1.2倍，广州地区为夏季冷负荷的1/3～1/4.
4 全国各省有效利用浅层地温能
浅层地温能储存介质按中细砂和砂粘土1：1计算，水的比热容大约是1 kcal／kg·℃，中细砂的比热容为0.24kcal／kg·℃，砂粘土的比热容为0.33 kcal／kg·℃，砂粘土密度为1.78*103kg/m3，中细砂与水的密度分别按1.75*103kg/m3、1*103kg/m3计算。中细砂孔隙度按30%，砂粘土按45%计算。浅层地温能资源一般利用温差在5℃～15℃，而在我国不同地区可利用温差也不同，此次概算采用平均值9℃。
考虑到城市建筑面积系数50%，30%的可采系数，25%的可利用效率，考虑到浅层地温利用深度的不均一性，现将其可利用深度按50m处理，采用热储法计算，则全国各省实际可有效利用的浅层地温总量计算结果为7.11581E+11。
5 全国利用浅层地温能可装备的空调面积
建筑类型不同，建筑冷热负荷指标也不同，本次计算采用下式计算各省冷热负荷指标：
（10）
式中K1为住宅面积比例，本次取80%，K2为非住宅面积，本次取20%。qh1、qh2 、qc1 、qc2分别为住宅建筑、非住宅建筑的热负荷与冷负荷指标。
利用公式计算全国各省有效的可利用来装备空调的建筑面积，总装备空调面积为36813.72～28330.50 km2，按人均30m2的供暖面积、30m2的制冷面积，可供4.7～6.3亿人供暖和制冷。
6结论
通过对中国主要城市浅层地热资源利用潜力评价，我国各省地级城市建设面积为53080 km2，考虑到城市建筑面积系数50%，30%的可采系数，25%的可利用效率，考虑到浅层地温利用深度的不均一性，现将其可利用深度按50m处理计算，则全国各省实际可有效利用的浅层地温总量为7.11581E+11kWh，总装备空调面积为36813.72～28330.50km2，按人均30m2的供暖面积、30m2的制冷面积，可供4.7～6.3亿人供暖和制冷。
参考文献:
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论文作者:田蓉,李福杰,李达宁
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/17
标签：地温论文; 负荷论文; 浅层论文; 空调论文; 建筑论文; 地热论文; 耗热量论文; 《防护工程》2018年第14期论文;