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地热能应用技术导则（国能综新能[2013]272号 国家能源局综合司2013年7月30日）.pdf

国能综新能【2013]272号

（此页无正文）能能E抄送：国家发展改革委、财政部、国土资源部、住房城乡建设部办公厅

目录地热能分类及主要利用形式(一)地热能分类..(二)地热能储量和分布..2(三)地热能资源勘查技术(四)应用技术种类3(五)本技术导则的重点4(六)技术标准和规范..4浅层地温能供热制冷技术6(一)工作原理，.6(二)技术要点和成熟度(三)技术经济性。.10(四)适用条件和限制条件..10(五)技术标准和规范..12三、中低温地热供热技术... 13(一)工作原理13(二)技术要点和成熟度14(三)技术经济性，(四)适用条件和限制条件..17(五)技术标准和规范..18四、地热发电技术...19(一)工作原理.19(二)技术要点和成熟度(三)技术经济性，24(四)适用条件和限制条件...25(五)技术标准和规范..26五、地热水直接利用.....27(一)地热水直接利用的影响因素..27(二)地热水直接利用应采取的措施，28六、主要共用技术(一)地热尾水回灌技术.29(二)地热尾水处理技术(三)矿物质提取..33(四)动态监测36

地热能分类及主要利用形式

（一）地热能分类 地热能资源是指能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其 有用组分，是一种可再生的能源，具有清洁、环保、利用系数高等特点。目前可利 用的地热能主要包括：通过热泵技术开采利用的浅层地温能、通过天然通道或人工 钻井直接开采利用的水热型地热能以及干热岩体中的地热能。 1、浅层地温能 浅层地温能指蕴藏在地表以下一定深度（一般小于200米）范围内岩土体、地 下水和地表水中的热能，它受地球内部能量传导和太阳辐射共同作用而产生，一般 温度低于25℃。主要通过热泵技术对浅层土壤、地下水和地表水中的地热能进行利 用。 ： 2、水热型地热能 水热型地热能是指蕴藏在地下水中、通过天然通道或人工钻并进行开采利用的 地热能。温度一般在25℃以上，埋深介于200至4000米之间。分为对流型地热能 和传导型地热能两种。对流型地热能的成因为构造隆起，包括火山型、非火山型地 热系统；传导型地热能的成因为构造坳陷DB44／T 2123-2018 生长锥取样木材密度测定方法.pdf，包括断陷盆地型、陷盆地型地热系统。 按照地热水的温度，可分为高温地热能、中温地热能和低温地热能。其分类标 准见表1，

注1：温度t是指开采利用的地热流体的温度

3、增强型地热系统 增强型地热系统（EGS）是指通过钻井建立地下人工热交换系统获取地热能的 系统。埋深一般大于4000米，温度大于200℃。

3、增强型地然宗统 增强型地热系统（EGS）是指通过钻井建立地下人工热交换系统获取地热能的 系统。埋深一般大于4000米，温度大于200℃

自前，应用较为广泛的地热能利用技术主要包括地源热泵供热制冷技术、中低 温地热水供热技术、地热发电技术、地热水直接利用技术以及与之配套的尾水回灌、 水处理、矿物提取、动态监测等技术。目前油田废弃井的地热利用在我国越来越受 到重视。

自前，应用较为广泛的地热能利用技术主要包括地源热泵供热制冷技术、中低 温地热水供热技术、地热发电技术、地热水直接利用技术以及与之配套的尾水回灌、 水处理、矿物提取、动态监测等技术。目前油田废弃井的地热利用在我国越来越受 到重视。

百前，应用较为厂泛的地热能利用技术主要包括地源热泵供热制冷技术、中低 温地热水供热技术、地热发电技术、地热水直接利用技术以及与之配套的尾水回灌、 水处理、矿物提取、动态监测等技术。目前油田废弃井的地热利用在我国越来越受 到重视。 （五）本技术导则的重点 本技术导则从发电、供热和制冷、供热水等不同利用方式出发，介绍各种地热 能应用技术。从技术原理、系统构成、技术成熟度、适用范围、应用的限制条件等 方面，提供地热能利用技术的基本信息，为因地制宜地开发利用地热能提供技术指 导。同时，介绍了地热能开发过程中可能涉及的尾水回灌、水处理、矿物提取和动 态监测等共用技术。 对沉积盆地中广泛分布的油田废弃井进行地热利用改造，能有效降低地热开发 的成本，提高资产的利用率，扩大地热能开发规模，本技术导则将其放在中低温地 热水供热技术章节中重点阐述。 本技术导则主要从地热能源利用的角度进行编写，重点介绍浅层地温能、中低 温低热地热供热、地热发电及主要共用技术，对洗浴、种植、养殖等直接利用形式 仅从应用条件、存在问题和如何规范作简单介绍 本技术导则不包括技术细节、技术标准和规范，具体的系统设计应依据相关的 技术标准和规范。 （六）技术标准和规范 地热资源评价方法DZ4085 本标准规定了地热资源评价中的名词、术语、符号、代号，计算方法以及分析 方法。本标准可作为国家、省、市、自治区制定长远规划的依据，也作为本系统进行 地热田普查和初步勘探的设计依据。 地热资源地质勘查规范GB/T11615—2010

本标准规定了地热资源（不包括通过热泵技术开采利用的浅层地热能）地质勘 查工作的定义、总则、基本工作内容、勘查工程控制程度与勘查工作质量要求、地 热资源/储量计算与评价、地热流体质量评价、地热资源开发利用评价及勘查资料整 理与报告编写要求等。本标准适用于地热资源地质勘查工作部署和地热资源地质勘 查报告的验收、评审备案、地热资源/储量登记统计。

浅层地温能供热制冷技术浅层地温能开发利用的主要方式是利用热泵技术对建筑进行供热制冷和提供生活热水，是建筑节能的重要途径。由于其良好的节能、环保效益，近年来得到了广泛而快速的发展，截至2010年底，全国浅层地温能应用面积已达到1.4亿平方米。（一）工作原理地源热泵系统以岩土体、地下水或地表水为低位热源，通过少量的高位电能输入，将冷热量由低位能向高位能的转移，实现供热（水）或供冷目的。系统主要由热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统三种。压缩机冷热源末端蒸发墨冷凝器4膨胀阀图3热泵机组工作原理图热泵热泵用户热泵地下水地源热泵系统地埋管地源热泵系统地表水源地源热泵系统图4热泵系统分类1.地埋管热泵系统地埋管热泵系统也称土壤源热泵系统，其利用传热介质通过土壤换热器与岩土6

体进行热交换，通过热泵为建筑进行供热制冷和提供生活热水。土壤换热器有 和竖直两种埋置方式

地下水热泵系统以地下水作为低位热源，利用热泵技术为建筑进行供热制冷和 提供生活热水。根据地下水是否直接流经水源热泵机组，地下水热泵系统分为间接 和直接两种系统。直接系统中，地下水经处理后直接流经水源热泵机组，它适用于 水质好、具有较高的稳定水位的情况；与直接系统相比，间接系统在地下水循环侧 与热泵之间增加了中间换热器，它能避免地下水对热泵机组、水环路及附件的腐蚀 与堵塞以及因与外界空气接触造成的地下水氧化。两系统中换热后的地下水均需进 行同层回灌， 3.地表水热泵系统 地表水热泵系统以地表水为低位热源，利用热泵技术为建筑进行供热制冷和提 供生活热水。地表水热泵系统利用的水源除江、河、湖、海外，还包含各类市政污 水、工业污水等。 地表水热能交换系统，分为开式和闭式两种形式。地表水在循环泵的驱动下， 经处理直接流经水源热泵机组或通过中间换热器进行热交换的系统称为开式地表 水换热系统；将封闭的换热盘管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水体 中，传热介质通过换热管管壁与地表水进行热交换的系统称为闭式地表水换热系 统。

地表水热泵系统以地表水为低位热源，利用热泵技术为建筑进行供热制冷和提 供生活热水。地表水热泵系统利用的水源除江、河、湖、海外，还包含各类市政污 水、工业污水等。 地表水热能交换系统，分为开式和闭式两种形式。地表水在循环泵的驱动下， 经处理直接流经水源热泵机组或通过中间换热器进行热交换的系统称为开式地表 水换热系统；将封闭的换热盘管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水体 中，传热介质通过换热管管壁与地表水进行热交换的系统称为闭式地表水换热系 统。

(二） 技术要点和成熟度

由于系统运行过程中换热量持续变化，冬夏季的冷热负荷也不同，因此，地埋 管热泵系统设计的难点在于全年动态负荷计算、地下温度场变化模拟及换热器设 计。 全年动态负荷的计算主要涉及气候条件、建筑结构、末端形式等因素，准确获 取相关参数是计算的关键，应严格按照相关规范和标准进行

换热器的设计与岩土体的热物理性能密切相关，将直接影响系统的换热效果和 运行效率。岩土体的传热性能主要取决于岩土体的导热系数、密度、比热容和含水 量，一般通过实验室取样测试和现场测试两种方式获取，现场测试结果的准确性通 常优于室内取样测试。国内多家单位已开发了岩土热物性测试仪，可以实现岩土体 热物性参数的现场测试。 地下温度场的动态模拟主要取决于模拟参数的准确性。一般利用岩土体热物理 性能测试结果进行传热模型的校准和修正。 目前地埋管热泵系统的技术较为成熟，但在使用时仍应因地制宜，并应做好地 下温度场的运行监测，注意冬夏季的冷热平衡间题，以保证系统长期运行的安全性 和可靠性。 2.地下水热泵系统

表3我国各地区恒温层地下水温度范围

由于地下水具有温度恒定、比热容较大、传热性能好等特点，适宜作为地源热 泵系统的低位热源。 地下水源热泵技术主要有以下三个技术关键： 一是做好浅层地温能水文地质条件勘查工作。摸清含水层分布、岩性和物性特 征、水质、水量、水温及补给、径流、排泄条件，论证工程项目采用地下水源热泵 系统的可行性，并提出系统方案建议。 二是做好水源热泵系统的优化设计。根据地下水条件、机组性能和建筑负荷进 行工况匹配，一般系统冬季采用的地下水设计温差约7~11℃，夏季采用的地下水设 计温差12~18℃。 三是做好回灌工作。实现地下水100%回灌是相关规范的强制性条文，也是地 下水源热泵技术的应用前提。要保证地下水的完全回灌，在设计阶段要考虑采灌井

根据地表水热泵系统冷热源的不同形式，地表水源热泵系统可分为污水源热泵 系统（也称为再生水源热泵系统）、海水源热泵系统以及淡水源热泵系统。以江水、 湖水、水库水等地表水体作为低位热源的地表水系统称为淡水源热泵系统。除污水、 工业废水等再生水源外，江、湖、海水等地表水源受环境影响较大，冬天供热时温 度低，夏天供冷时温度高，系统取水排水的输配能耗也相对较高，系统能效较地埋 管泵和地下水源热泵要低。 污水、工业废水等再生水源一般常年温度较高，用于供热具有很好的系统能效 但是能否用于系统供冷需要结合具体情况进行技术分析。 海水源热泵一方面要考虑海水温度和取水方式对系统节能的影响，海水的腐蚀 和杀菌处理也要耗费大量成本，需要针对具体工程具体分析以确定其可行性 地表河湖水的温度受气候影响较大，全年处于波动状态，掌握其变化规律是建 设地表水源热泵系统的前提之一。淡水源热泵系统在建设时应注意：一是合理选取 取水口位置，尽量建在离地表水源较近的区域以减小输配能耗；二是根据水温条件 和冷热需求，对系统节能做具体分析；三是需对其排放冷热水对生态的影响做环境 影响分析。 地表水热泵系统技术成熟，简单，其节能效果与地表水水温情况和输配能耗的 大小紧密相关。淡水源热泵系统在长江中下游区域得到了大量应用，海水源热泵在 北方沿海地区有局部应用，污水源热泵在有条件的地区得到了广泛应用。

（三）技术经济性 热泵系统在以供热为主时，节能效果明显，在与常规能源系统混合使用时可进 一步提高系统的技术经济性。在应用热泵技术时不仅要考虑技术本身的使用条件和 优势，还要根据建筑的用能需求具体判断热泵技术是否适用。热泵系统投资较常规 燃煤、燃油、燃气方式高，但其运行费用低，环境和社会效益好。 1.地理管热泵系统 地埋管热泵系统的初投资费用与建筑物冷热负荷、工程所在地地质状况和所在 地土壤热物性参数等因素有关。在当前经济技术条件下，系统初投资一般在300～ 500元/建筑平米。在判断地埋管热泵系统的技术经济性时，必须结合工程所在地地 质状况和土壤热物性参数来分析， 2.地下水热泵系统 地下水热泵系统的初投资费用与建筑物冷热负荷和工程所在地水文地质状况 有关。在当前经济技术条件下，系统初投资一般在250～350元/建筑平米，初投资 较低，供热供冷工况均有较好的节能效果。在地下水源充足，满足地下水保护和回 灌要求的前提下，地下水热泵系统一般都有着较好的技术经济性。 3.地表水热泵系统 地表水热泵系统的技术经济性与水源状况、水源与服务建筑的相对位置、水源 温度分布及水源水质状况等因素紧密相关。 在当前经济技术条件下，若不考虑水源处理费用，系统初投资一般在200～400 元/建筑平米。一般水源水质较好，建筑负荷指标较小，水源距建筑距离和高差均较 小的系统造价较低，反之较高。地表水热泵系统水源种类较多，情况各异，需要根 据系统的实际进行具体分析。系统取水的输配能耗在系统能耗中占有重要比例，往 往是系统技术经济性好坏的关键性因素。 （四）适用条件和限制条件 热泵技术的应用与地质情况、气象参数以及建筑物的结构和功能密切相关，需 因地制宜开展。系统的实施需考虑技术经济性，还需考虑节能和对环境影响。

（三）技术经济性 热泵系统在以供热为主时，节能效果明显DB44／T 1395-2014 集中供电式道路照明用LED模块的电气接口规范.pdf，在与常规能源系统混合使用时可进 步提高系统的技术经济性。在应用热泵技术时不仅要考虑技术本身的使用条件和 优势，还要根据建筑的用能需求具体判断热泵技术是否适用。热泵系统投资较常规 然煤、燃油、燃气方式高，但其运行费用低，环境和社会效益好

地埋管热泵系统的初投资费用与建筑物冷热负荷、工程所在地地质状况和所在 地土壤热物性参数等因素有关。在当前经济技术条件下，系统初投资一般在300～ 500元/建筑平米。在判断地埋管热泵系统的技术经济性时，必须结合工程所在地地 质状况和七壤热物性参数来分析

地下水热泵系统的初投资费用与建筑物冷热负荷和工程所在地水文地质状况 有关。在当前经济技术条件下，系统初投资一般在250～350元/建筑平米，初投资 较低，供热供冷工况均有较好的节能效果。在地下水源充足，满足地下水保护和回 灌要求的前提下，地下水热泵系统一般都有着较好的技术经济性。

1.地理管热泵技术 地埋管热泵系统适用性相对较广，但应在工程勘查结果的基础上，确立地埋管 地源热泵系统的换热器埋置方式。当可利用地表面积较大，浅层岩土体的温度及热 物性受气候、雨水、埋设深度影响较小时，宜采用水平地埋管换热器；否则，宜采 用竖直地埋管换热器。水平理管和竖直理管各有特点，见表4，可以根据实际情况 判断选用

表4水平埋管和垂直埋管换热器的特点

2.地下水地泵技术 地下水热泵系统的使用主要受地下水资源和环保要求的制约。系统必须采取可 靠回灌措施，严格控制凿井深度，禁止深入饮用水层，同时注意上层井管的止水， 以避免对饮用水的层间交叉污染。 地下水地源热泵技术的应用必须满足以下条件： （1）项目建设应尽量避开水源地及其保护区，并需经当地资源管理部门许可。 （2）地下含水层分布较广、厚度较大、渗透性强、可抽可灌，抽取水量满足 建筑物供热、制冷面积热量平衡的需要DB54／T 0181-2019 高寒高海拔地区城镇给水工程设计规范，并可100%实现同层回灌。 （3）地下水水质较好，少沉淀物、一般无腐蚀结垢问题。 （4）资源勘查和试验确定的水量达不到设计取水量，则需要另外设置辅助冷、