【正文】 一塊厚400km的巖層板，熱從一面?zhèn)鞯搅硪幻嬉?0億年，比地球存在的時(shí)間還長(zhǎng)，也就是說，45億歲的地球僅靠導(dǎo)熱來冷卻，400km深度以下的熱量就會(huì)至今尚未到達(dá)地表。原來還存在有對(duì)流傳熱和輻射傳熱，才使地幔頂部原來熔化的巖漿凝固程巖石圈（它在大陸下面厚約100～150km，海洋下面約60～70km），它的存在抵御外空隕石物質(zhì)襲擊，又阻隔內(nèi)部能量的外泄，使地核反映在相對(duì)封閉的體系中，地心熱傳至地表經(jīng)過地幔2885km厚的巖石層，需要350億年以上。淺層地能（熱）就存在于在太陽能和地心熱的綜合作用下，所形成的地下淺層數(shù)百米以內(nèi)的恒溫帶中。地質(zhì)學(xué)家測(cè)定地溫梯度表明，在近地表面的恒溫帶以下，深度每增加1km，由于地心熱的作用，地下溫度增加為25～30℃/km（全球平均值），可見恒溫帶以下的熱能就不屬于淺層地能了。正象人們從溫泉、火山意識(shí)到深層地?zé)崮芤粯樱瑥纳钪械牟私?、空調(diào)、冰庫等地下建筑人們可以意識(shí)到地下恒溫帶中的冬暖夏涼。恒溫帶的深度究竟有多深，各地域卻有所不同。據(jù)地質(zhì)專家測(cè)量，地表溫度的變化可以熱波的形式向地下發(fā)送。其振幅隨深度衰減，晝夜溫差的變化只能進(jìn)入地下1m左右，季節(jié)溫度變化進(jìn)入地下約15m左右就衰竭。也就是說地下15m左右以下至數(shù)百米范圍內(nèi)皆屬恒溫帶，一般超過地下千米后，發(fā)現(xiàn)受地芯熱的影響，有溫升。淺層地能（熱）的資源目前尚無數(shù)據(jù)，缺乏這方面的研究。據(jù)美國專家Luna ，地下800米以內(nèi)水體積達(dá)417104km3，其含水量大約是世界江、湖、而800米以下仍然存在同等數(shù)量的地下水源。我國地下飲水區(qū)一般在400米深左右，淺層地能采集地下水與土壤換熱，在不影響飲水井區(qū)域，一般按400米深度計(jì)算，若按地下水均勻分布計(jì)算，104km3，相當(dāng)于世界江、河、湖、。該地下水總量，如果它全部被開發(fā)，利用溫差為5℃時(shí)，1016kw的供熱功率，這相當(dāng)于1995年全國火電裝機(jī)容量210GW的5700萬倍，當(dāng)然，全部地下水量不可能全部被利用，一般多數(shù)沖積含水層的給水度只有10～20％，最大30％，105km3（1014m3），即使如此，1015KW相當(dāng)于目前我國發(fā)電裝機(jī)容量3億kW的1000萬倍。但是這僅僅是淺層地能（熱）中的一部分，不包括土壤的低溫能量，僅存在的地下水蘊(yùn)藏的能量（見表2）。一般土壤中，固相率占50％，氣相率占15～25％，液相率為25～35％（即1/4～1/3），而砂石巖石中孔隙率是地下水埋藏之處。％，％，自然界均勻顆粒普遍排列為上二者之間，相當(dāng)于37％左右，也就是說，土壤砂巖石中固體比例在63％。也就是說，地下1/3是空隙，2/3是固體。空隙水的給水度不大于30%時(shí)，供水量為10%（地下水的土比例相當(dāng)于1：9）。地球：％，％，地表面積510064472km2。1017m1017m3?？梢?，這么大恒溫體積內(nèi)蘊(yùn)藏的低溫能量，相當(dāng)于幾十萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量。淺層地能（熱）的能量可利用的地下水量m3kW3億kW的倍數(shù)土壤砂巖石KJ 億噸標(biāo)煤400m以內(nèi)10141015 1200萬倍1017m31020 105300m以內(nèi)10141015 900萬倍1017m31020 105200m以內(nèi)10141015 600萬倍1017m31020 105100m以內(nèi)10141015 300萬倍1017m31020 105注：按大地平均密度2800㎏/m3；～℉估算（℉）地下水和土壤砂巖中能量是在國內(nèi)外學(xué)者提供有限的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上推算出來的，雖然不夠精確，但從能量級(jí)上可以看出可再生的淺層地能（熱）儲(chǔ)量巨大，是取之不盡，用之不竭的可持續(xù)發(fā)展的能源。4．淺層地能（熱）的溫度水平地球是一個(gè)巨大的能源熱庫，地球內(nèi)部一個(gè)火熱的世界。宇宙是在100～150億年前的一次大碰撞中產(chǎn)生的，宇宙的膨脹和復(fù)稀薄逐漸形成星系、太陽和地球，地球大約在46億年前形成，地球從地表到地心可分為三部分：地殼、地幔、地核。地殼是地球最外的表層，其厚度不一。海洋下地殼厚3～15km，平均8～10km，大陸地殼厚20～65km，平均40km，見圖2。上地幔是固體巖石圈，其下部是軟流圈，此處的溫度約1000℃左右。組成地殼的巖石和上地幔的固體巖石圈既有效地防止了地球內(nèi)部熱量向太空散失，又很好保護(hù)了我們免遭地下高溫燙傷。地殼表面5km（占地殼厚度的1/8）以內(nèi)是目前國際上公認(rèn)的深層地?zé)崮艿拈_發(fā)區(qū)域。圖2 大地的溫度地質(zhì)與地球物理學(xué)家研究證明：在地殼的近地表面（數(shù)百米以內(nèi)）存在有恒溫帶，在恒溫帶以下隨深度的增加，地下溫度增加，存在有溫度梯度，目前研究表明：深度每增加1km，全球的平均溫度梯度約為25～30℃/km。地表溫度變化可以向地下發(fā)送熱波，其振幅隨深度衰減，晝夜溫差的變化只能透入地下1m左右，季節(jié)溫度變化透入地下約達(dá)15m就衰減，長(zhǎng)達(dá)100年的地表溫度變化則可以在150m深度觀測(cè)到，1000年周圍地表溫度變化可透入地下達(dá)500m。地球內(nèi)部的熱能向地球表面?zhèn)鬟f的方式有三種：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。大量熱流數(shù)據(jù)表明：海洋與大陸的熱流值幾乎相等。據(jù)推算，~1021J，此值與地殼內(nèi)放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量相平衡。淺層地下相對(duì)恒溫層示意圖如圖3，一般在地下15m開始至數(shù)百米之間，存在相對(duì)恒溫帶，我國恒溫帶溫度水平在＜25℃以下。一般略高于當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁?。地下表層?km以內(nèi)）溫度分三層：外熱層（變溫層）——主要受太陽能影響，其溫度隨季節(jié)、晝夜而變化，~，年變化影響深度達(dá)20m。常溫層（相對(duì)恒溫層）——受太陽能和大地?zé)崃鞯木C合作用，地球內(nèi)熱與上層變溫帶的影響達(dá)到平衡，溫度基本不變。該層地溫與當(dāng)年平均氣溫大致相當(dāng)，四季基本恒溫（25℃），北方：15℃177。5℃；南方20℃177。5℃。全國各地恒溫帶溫差一般7~8℃，深度在數(shù)百米以內(nèi)。增溫層——近地表恒溫帶（數(shù)百米）以下，深度每增加1km，地溫增值的溫度梯度全球平均值為25~30℃/km。但到一定深度后，增溫速度變緩。該層地溫主要受地心放射性元素衰變產(chǎn)生的聚核反應(yīng)熱（即地芯熱）的影響。地殼下5km內(nèi)儲(chǔ)存的天然熱量稱地?zé)崮?，此處的地溫可達(dá)100~200℃。在上地幔（370km）固體巖石圈內(nèi)溫度已達(dá)1000℃左右。5．淺層地能（熱）的開發(fā)利用促進(jìn)建筑供暖（冷）行業(yè)能源的變革自然界地表水（江、河、湖、海）以及空氣等也都廣泛的蘊(yùn)藏這低溫可再生的能量。同樣是可以利用的新能源，但是，他們受地域和四季氣候的影響很大，地表水冬季接近零度以下結(jié)冰，而夏季高達(dá)30~40℃，空氣冬季可達(dá)零下20℃多，夏季可高達(dá)40℃以上。這種溫度變化幅度很大的低溫?zé)崮茉诶脮r(shí)必須在技術(shù)和設(shè)備上采用特殊措施，解決冬季防凍，夏季效率過低等問題，以提高運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)性。它們不屬于淺層地能（熱）的范疇。前面所述，淺層低溫地能（熱），存在于地下幾米至數(shù)百米內(nèi)的恒溫帶中，其溫度相對(duì)穩(wěn)定，地域與氣候的影響不大，不同地域、不同季節(jié)基本恒定在10℃~25℃之間。因此，不同地方，冬季、夏季，利用此相對(duì)恒定溫度的低溫?zé)崮芫捅容^方便，具有優(yōu)勢(shì)。淺層低溫地能（熱）在建筑物供暖（冷）提供日常生活熱水方面的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)靠礦物質(zhì)燃料燃燒供暖（冷）的能源結(jié)構(gòu)，它是21世紀(jì)取代傳統(tǒng)供暖（冷）方式的最有競(jìng)爭(zhēng)力的措施，是暖通行業(yè)建筑供暖（冷）能源的革命。圖4和表3給出傳統(tǒng)供暖（冷）方式與淺層地能供暖（冷）方式的比較。表3 二種供暖方式的比較序號(hào) 方式項(xiàng)目傳統(tǒng)供暖（冷）方式淺層地能供暖（冷）方式1能源燃煤或燃油，或燃用天然氣淺層低溫地?zé)崮?少量電2供暖設(shè)備鍋爐+鑄鐵（鋼）散熱器熱泵+風(fēng)機(jī)盤管3加熱過程特點(diǎn)1000多度燃燒產(chǎn)物的加熱70~80℃低溫水地下10多度低溫用熱泵提升至50~60℃4能源效率低（60%~90%）高（COP=2~4），節(jié)能50%~75%5環(huán)境污染嚴(yán)重（煙塵、CO、SONOX、CO2）使用區(qū)域零污染6制冷設(shè)備另設(shè)分體空調(diào)或制冷機(jī)組+冷卻塔供暖制冷熱泵一體化設(shè)備7建筑輔助設(shè)施大鍋爐房、煙囪、煤場(chǎng)、灰場(chǎng)或地下油庫、天然氣泄露防煤小機(jī)房(%~1%)，打淺水井(一般100m)8投資（供暖+供冷）總投資為100%供暖(冷)總投資為前者的80%9采暖運(yùn)行費(fèi)用電采暖40~50元/㎡.季，燃油或燃?xì)?0~40元/㎡.季，燃煤：20~30元/㎡.季供暖運(yùn)行費(fèi)20元~30元/㎡.季 圖4 供暖方式的對(duì)比 一直延續(xù)到今天的傳統(tǒng)的建筑供暖（冷）方式，它的最大缺點(diǎn)有四：使用礦物質(zhì)燃料資源有限；能源利用不合理：燃用礦物質(zhì)燃料（煤、油、氣）等燃燒1000℃煙氣加熱低溫水70~80℃，而排煙溫度競(jìng)達(dá)200℃左右，效率極低，能源浪費(fèi)極大；燃燒產(chǎn)物污染嚴(yán)重，不僅產(chǎn)生大量溫室氣體CO2，同樣，煙塵、CO、SONOX皆須后期治理；設(shè)備功能單一，鍋爐只供暖，制冷須另設(shè)制冷機(jī)組（如分體空調(diào)，電壓縮式冷水機(jī)組或熱力吸收式制冷機(jī)），另加投資；而新型淺層地能供暖方式全面的克服了上述四方面的缺欠：使用可再生能：若用地下水換熱，每100m3/h利用5℃溫差，可獲取580kW低溫?zé)嵩?，只消耗約150kW的電絕熱壓縮，提升這部分熱量，可實(shí)現(xiàn)700多kW的供熱量，這就相當(dāng)傳統(tǒng)1噸/時(shí)鍋爐的供熱量，在京津地區(qū)可供1萬㎡的建筑供暖。能源利用高，比傳統(tǒng)方式節(jié)能50~75%。真正實(shí)現(xiàn)了供暖（冷）建筑使用區(qū)域的零排放，零污染。一套設(shè)備，冬季既可供暖，夏季又可制冷，并提供日常生活熱水，節(jié)約總體投資?？傊?，國內(nèi)外建筑傳統(tǒng)供暖（冷）的能源結(jié)構(gòu)必須改變，淺層地能（熱）將是取代它的最有力的措施，必將引起21世紀(jì)傳統(tǒng)供暖（冷）方式的重大變革。十一、部分工程一覽表序號(hào)客戶名稱建筑面積（㎡）配 置 情 況時(shí)間1聊城泰阿媽火鍋城3000主機(jī)：469KW/40萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：酒店2膠州東苑綠世界18000主機(jī)：1876KW/180萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：住宅3登封濱河雅居5000主機(jī)：586KW/50萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：住宅4河南西平柏場(chǎng)商場(chǎng)6000主機(jī)：1347KW/115萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：商場(chǎng)5河南商丘國際莊園4000主機(jī)：469KW/40萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：洗浴6河南寧陵賓館3000主機(jī)：469KW/40萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：賓館7鄭州云海浴場(chǎng)3000主機(jī)：761KW/55萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：洗浴8河南榮陽老年公寓3000主機(jī)：351KW/30萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：老年公寓9棗強(qiáng)球星賓館4000主機(jī)：469KW/40萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：賓館10棗強(qiáng)玻璃鋼廠2000主機(jī)：234KW/20萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：辦公樓11棗強(qiáng)調(diào)壓器廠2000主機(jī)：234KW/20萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：辦公樓序號(hào)客戶名稱建筑面積（㎡）配 置 情 況時(shí)間12蒼山富貴園大酒店5000主機(jī)：1172KW/100萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：酒店、洗浴13鄭州海中金4000主機(jī)：703KW/60萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：洗浴14鄭州什錦大酒店4000主機(jī)：469KW/40萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：酒店15鄭州財(cái)鑫大酒店12000主機(jī)：1172KW/100萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：賓館、洗浴、游泳池16鄭州錦胡洗浴1500主機(jī)：469KW/40萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：洗浴17鄭州東港浴場(chǎng)2000主機(jī)：586KW/50萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：洗浴19菏澤王氏藥業(yè)5000主機(jī)：761KW/65萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：車間辦公樓20棗強(qiáng)華盛玻璃鋼廠3000主機(jī)：469KW/40萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：辦公樓、洗浴21寧陵浴都3000主機(jī)：820KW/70萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：洗浴22曹縣縣醫(yī)院3500主機(jī)：469KW/40萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：綜合樓23河南焦作越秀浴城2000主機(jī)：586KW/50萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：洗浴序號(hào)客戶名稱建筑面積（㎡）配 置 情 況時(shí)間25曹縣磐石醫(yī)院6500主機(jī)：820KW/70萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：綜合樓26鄭州貳仟家（臺(tái)商）4000主機(jī)：580KW/50萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：展區(qū)、辦公室、餐廳27焦作洪都大酒店6500主機(jī)：1050KW/90萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：洗浴、餐飲、住宿28焦作泰閣苑賓館6500主機(jī)：1050KW/90萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑性質(zhì)：洗浴、餐飲、住宿29焦作大楊樹洗浴中心7500主機(jī)：1163KW/100萬大卡冷熱源：水源空調(diào)（地下水）建筑