引言
淺層地(dì)熱能作(zuò)為地(dì)關和熱能重要的組成部分，一般賦存于地(dì)球表層至 200 m埋深中(zhōn的煙g)土壤、岩石和地(dì)下水中(zhōng)（DZ/T 0225-2姐腦009）。截至 2016 年，全國利用淺層地(dì)熱能的應用日呢建築面積已達 4.78 億m2。2014 年全國已完成包括北京、天津從你在内的 31 個省會級城(chéng)市淺層地(dì)熱能勘場這查評價工(gōng)作(zuò)（冉偉彥等，2014）舊說，并于2015 年完成 336 個地(dì)級以上城報和(chéng)市的調查評價工(gōng)作(zu要計ò)。蔺文靜等（2013）對 287 個地(dì間妹)級以上城(chéng)市淺層地(dì)熱能資源量進行了第一輪評估，王貴玲等（身雪2017）對中(zhōng)國地(dì)熱資源（包括男務淺層地(dì)熱能資源）的潛力進行新(xīn)一輪評價，最新答知(xīn)結果顯示，336 個地(dì)級以上城(chéng)市淺層地(d技短ì)熱能資源每年可開采量折合标準煤 7 億讀務 t，資源豐富、潛力巨大。
第四系地(dì)質特征、淺層地(dì)溫場特征、岩土熱物(wù)性特征等參數，答火是影(yǐng)響地(dì)源熱泵開發利用的重見靜要參數，也是進行資源潛力評價的關鍵因子(zi)（趙雲章(zh長新āng)等，2010；Luo et al.，2016；秦祥熙等，201歌愛7）。前人的研究更關注資源量評價結果，對淺層地(dì)熱能賦存條件的黑內分析不(bù)夠全面，本文利用資料收集、統計分析的方法，對全國報廠省會城(chéng)市規劃區範圍内的淺層地(dì)熱能資源賦存鐘司的關鍵因素進行研究，結合地(dì)質調查成果，對開發利錢西用程度和需求均相對較高的省會城(chéng)市的淺層地(dì)熱能資源潛力進行志作評價。在此基礎上，結合利用方式、需求程度，開展了全國淺層地廠腦(dì)熱能開發利用區劃研究，為科學合理進行淺層一明地(dì)熱能開發利用規劃和布局提供依據。
2.1 氣象條件
根據中(zhōng)國氣候區劃（張寶堃等，1959；鄭景雲等樹兒，2010），熱量可用日平均氣溫≥10℃穩學湖定期的積溫和最冷(lěng)候氣溫或最冷(lěng)月氣溫綠新，或極端最低氣溫多年平均值來(lái)表示，以熱量分人員帶，我國大陸可分為五帶一區，即熱帶、亞熱帶、暖溫帶、中(zhōng)溫帶、議文寒溫帶和青藏高原區。我國大陸省會城(chéng)北老市主要分布于亞熱帶、暖溫帶和中(zhōng)溫帶（表1）。年小
2.2 地(dì)貌類型
中(zhōng)國大陸區域地(dì)形地(dì)貌著用複雜多樣，省會城(chéng)市主要分布在平原、盆地(dì)中(zh慢金ōng)，依山傍水而建，逐綠(lǜ)草而居，自然條件較好(費嗎hǎo)，水資源相對較豐富（中(zhōng)國地(dì)質調查局，雜內2012），有利于淺層地(dì)熱能的應用問小。其中(zhōng)，有19.35%的省會城(c些畫héng)市分布于濱海平原；有 32.26%的省會城(chéng)市分請東布于内陸平原；有 16.13%的省會城(chéng)市分布于内陸山月店間(jiān)河谷盆地(dì)；僅有 6.45%的省會城(ché有的ng)市分布于高原河谷盆地(dì)和岩溶河谷盆地(d車來ì)；僅有 9.68%的省會城(chéng)市分布紙他于黃土高原盆地(dì)和内陸幹旱半幹旱季節凍土盆話購地(dì)（表1）。
2.3 地(dì)質條件
地(dì)表以下 200 m師工深度内，從古生界到新(xīn)生界地(dì)層均有揭露。以第四系地(作商dì)層為主的城(chéng)市，多數分坐坐布在平原地(dì)區，如呼和浩特市、北京、石家莊、西(xī)安等；以基如關岩為主的城(chéng)市，主要集中(zhōng)在河谷盆地(dì購關)，如重慶市、南昌市、南甯市、貴陽市等。主要地(dì)質特征見表1。
3.1 典型城(chéng)市地(dì)溫監測剖面
淺層地(dì)溫場的垂向分布特征受當地(dì)氣候、地(些弟dì)層結構、水文地(dì)質條件、地(dì)質構造等多方面因素影(yǐng如制)響衛萬順等，2010；黃景銳，2013），通電路常可分為變溫、恒溫帶、增溫帶（張慧智等，2009）。恒溫西紅帶溫度及深度是土壤溫度場的重要指标，地(dì)源熱泵系統可以報生從恒溫帶穩定地(dì)獲取或排放冷(lěng)（熱）量（王答生婉麗(lì)等， 2016）。根據溫度帶選擇典型城(chéng)市的地(d西章ì)溫監測剖面進行分析，其中(zhōng)監測孔位置如表2所示，每個剖面的體新監測曲線見圖1。其中(zhōng)哈爾濱市、石妹時家莊市、廣州市、海口市采用地(dì)溫自動(dòng)監測的你光方法，西(xī)甯市、長沙市采用鑽孔中(zhōng)人工(gōng)測溫河少方法。由于人工(gōng)測溫容易受到測溫時段氣溫的影(yǐng)響，鐘電西(xī)甯市和長沙市的地(dì)溫曲線在恒溫帶和增溫帶表都他現出明顯的季節性差異。
圖 1 顯示：西(xī)甯市恒溫帶頂闆埋深2離慢0m左右，厚約10m；哈爾濱地(dì)區恒溫帶頂闆埋深30m左右，我畫厚約10m；石家莊市恒溫帶頂闆埋深15m左右，厚約15m土資；長沙地(dì)區恒溫帶頂闆埋深10m左右，厚約15m；廣州市森動恒溫帶頂闆埋深10m 左右，厚約10m；海口市恒溫帶頂到道闆埋深 8m左右，厚約5m。結合其他 25個省會城(chéng)市河低地(dì)溫監測結果和前人研究，中(zhōng)溫帶與青藏高寒區由就如于凍土層的存在，溫度變動(dòng)範圍廣，恒溫帶頂闆埋深大，最高達3開那0~35m。暖溫帶地(dì)區由南向北逐漸增大，埋深光唱範圍為15~20m。亞熱帶地(dì)區氣候溫暖，年溫度變化較愛長小(xiǎo)，太陽輻射影(yǐng)響範的坐圍小(xiǎo)，恒溫帶頂闆埋深小(xiǎo)，一般不(bù)超過20m。
3.2 全國淺層地(dì)溫場特征
根據恒溫帶溫度範圍、頂闆埋深及地(dì)溫梯度，繪制了近們我國淺層地(dì)溫場特征圖（圖2）。由圖2可見，街醫恒溫帶溫度與當地(dì)氣溫關系密切，總體(t和相ǐ)表現出随緯度的升高而降低，同一緯度西(xī)部大美森于東部的特點，說明在我國陸區範圍内，恒溫帶溫北風度受太陽輻射影(yǐng)響最大。從中(zh錢討ōng)溫帶、暖溫帶、亞熱帶到熱帶，從平原區到丘陵山地(dì)關間，平均氣溫逐漸升高，恒溫帶頂闆埋深與溫度變化趨勢相反（王貴玲等，2017）。同志書時，我國陸地(dì)淺層地(dì)溫場（200m深度内）地國刀(dì)溫梯度總體(tǐ)分布特征為北高南低，南方不美地(dì)溫梯度值一般都小(xiǎo)于3℃/100m，平均都農 2.45℃/100m。北方大部分地(dì)區地(dì)溫行紙梯度由西(xī)向東逐漸升高，變化範圍 2~5℃藍子/100m，平均3℃/100m。
岩土體(tǐ)的導熱系數對地(d分時ì)源熱泵系統的設計至關重要，是當溫度垂直梯度為1℃/m時，單位時間(j美校iān)内通過單位水平截面積所傳遞的熱量。岩石礦物(wù)組分和含量不(bù)舊冷同，其導熱系數各異（徐振章(zhāng)，1992；沈顯醫喝傑等，1988）。不(bù)同類型的岩石或同類型岩石其礦物(wù)組分快信和含量不(bù)同，導熱系數亦不(bù)同。本文收集到熱物(wù)性測到務試成果 9309 件（其中(zhōng)松散沉積物(wù) 5234 件，基公間岩 4075件），采用統計分析的方法，對沉積岩類、岩漿岩、變質岩類、松散計城岩類的導熱系數進行分析。
因熱物(wù)性參數的數據來(lái)自于不(bù)同省還到會城(chéng)市室内測試結果，考慮取樣、測試等環節産生的誤差，避免異土遠常值對統計結果的影(yǐng)響，首先對數據進行異常值檢驗。采劇美用繪制箱線圖的方法來(lái)查找異常值。根據箱線圖統計分析結果，對異常值慢銀進行删除，保證統計的結果不(bù)受異常值的幹擾。對同種岩性的數據來(lái師雜)說，導熱系數分布不(bù)符合正态分布到城，因此以中(zhōng)值作(zuò)為該岩性的特征值；睡黑如果服從正态分布，中(zhōng)值等于均值。利用 sp票志ss17.0 軟件對數據進行統計分析（張文彤等，2004）。
4.1 沉積岩
統計分析結果（圖 3）顯示：沉積碎屑體玩岩類中(zhōng)礫岩、角礫岩的導熱系數最大，中(zhōng)值分樹銀别為2.49 W/（m·K）、2.36 W厭黑/（m·K）。其次是砂岩、砂礫岩、粉砂岩、這服細砂岩，介于1.58~1.92 W/（m&middo水離t;K）。泥岩的導熱系數最小(xiǎo)，中務湖(zhōng)值1.72 W/（m·K）。礫岩、砂家唱岩中(zhōng)的碎屑成分主要是石英、長石和岩屑，且在大多數砂岩中(zh對關ōng)，石英是最主要的碎屑。石英的導熱系數比其他礦物(wù)大得多（的文7.69 W/（m·K））（劉建軍等，2009），船商因此礫岩、砂岩的導熱系數比較大。沉積碎屑岩類的導熱系懂制數與碎屑粒徑分布密切相關，粒徑連續性好(hǎo放為)，顆粒間(jiān)接觸好(hǎo)，導熱系數相對也工路大（許模等，2011）。泥岩和頁岩同屬黏土岩類，頁岩導熱火高系數（2.33 W/（m·K））大于泥岩（1.72舊場 W/（m·K））。泥中(z舊又hōng)含有大量的黏土礦物(wù)和少(shǎo)量的石英、長石、可行雲母，且黏土礦物(wù)的導熱系數較低，因此沉積岩中(zhōng)泥森銀岩的導熱系數比較低。頁岩為黏土岩類中(zhōn森年g)固結較強的岩石，常含石英、長石、白雲母等細小(xiǎo筆女)碎屑，緻密，不(bù)透水，但導熱系數較高，說明導熱系數除與礦物(wù)費下成分有關外，還與結構等其他因素相關。凝灰岩和角礫凝灰議相岩屬于沉積岩中(zhōng)的火山碎屑岩，其導熱系數中(zhōng)值要明介于2.03~2.1 W/（m·K）。還女
4.2 岩漿岩、變質岩類
岩漿岩中(zhōng)，花崗岩導熱吧要系數最大，中(zhōng)值為 2.92 W/（校放m·K），根據導熱系數中(zhōng)值從大到小(x我煙iǎo)排序，分别為花崗岩-閃長岩-輝長岩-安山岩。
變質岩的導熱系數跟母岩和變質程度有很大下樂關系。千枚岩的導熱系數最大，也是所有岩石中(zhōng)導村北熱系數中(zhōng)最大的岩類，範圍為 2.33~4.高店48 W/（m·K），中(zhōng)值為 3.86 W/員綠（m·K）。根據導熱系數從大到小(xiǎo)排序，分别為千枚離體岩-花崗片麻岩-闆岩-片麻岩。其中(zhōng)片麻岩中(z喝數hōng)值較小(xiǎo)，為 2.32 W/（m&mi老請ddot;K），但是變化幅度較大，從 1.56 W/（m·K花輛）到 5.01 W/（m·K）均醫鐘有分布，數據比較分散（圖4）。
4.3 松散岩類
在第四系松散岩層中(zhōng)，從淤泥質黏土→淤泥質車大粉質黏土→黏土→粉質黏土→粉土→粉砂→細砂→嗎好中(zhōng)砂→粗砂→卵石，随着岩性粒徑的增大，岩土體(tǐ)的導熱信月系數呈現出總體(tǐ)增大的趨勢，中(zhōng)值由 1.到近24 W/（m·K）逐漸增加計又至2.10 W/（m·K）（圖5）。
對于第四系松散岩層的分布區，一般地(dì)，從山前至盆地(dì機站)中(zhōng)部（或濱海）地(dì)區，岩性由砂、還亮卵、礫石逐漸變化為粉砂與黏土互層，岩性粒徑逐漸減小(xi女明ǎo)，岩土體(tǐ)的導熱性能也逐漸減鐵個弱，熱能調蓄能力卻逐漸增強。
5.1 開發利用适宜性評價
5.1.1 評價方法
本研究以全國 31 個省會城(chéng)市規劃區為研究對車見象，通過野外調查、水文地(dì)質試驗、熱響應筆愛試驗及室内測試試驗獲取相關參數，采用層次分析法或指标法開展算明适宜性分區評價。
對于地(dì)下水地(dì)源熱泵系統，适宜性分區評價主要考慮地章南(dì)質、水文地(dì)質條件、地(dì)下水動(dòn中農g)力場、水化學場、地(dì)質環境的影(yǐn離快g)響。對于地(dì)埋管地(dì)源熱泵系統，适宜性分區評價主要考慮地(d農要ì)質、水文地(dì)質條件、地(dì)層屬性、岩土熱物(拍可wù)性、施工(gōng)工(gōng)藝及經濟合理性。
5.1.2 評價結果
通過采用層次分析法或指标法開物對展适宜性分區評價，獲得每個省會城(chéng)市的地(dì)下水地(dì)源熱化音泵系統和地(dì)埋管地(dì)源熱泵系統适宜懂訊性分區成果，分别劃分為适宜區、較适宜區、不(bù)适宜區。31 個省會城(c還花héng)市總評價面積約為 5.20 萬k電朋m2。超過 1/2 的面積（占評價區面積的嗎男 62%）不(bù)适宜地(dì)下水源熱泵系統開發利用綠分，而對于地(dì)埋管熱泵系統隻有 18%的比例不(bù)适宜開發利用南子（表 3）。從開發利用方式來(lái)看(kàn)，地(dì)埋管熱泵系統的應裡冷用将會更廣泛。
比較适合應用地(dì)下水地(dì)源熱泵系統的地(票下dì)區主要分布在我國的東部，如東北地(dì)區的呼和浩特，華年嗎北平原的石家莊、濟南、鄭州等地(dì)，南方主要有南昌、在間昆明、成都等地(dì)相對适合地(dì)下水地(dì)源熱泵系統的應用，這些問車地(dì)區大多處于平原盆地(dì)及富水性較好(開弟hǎo)的地(dì)區。不(bù)适宜建立地(dì)下水地(d腦店ì)源熱泵系統的地(dì)區主要位于我國西(xī)部的西(x章作ī)甯、蘭州，北部的哈爾濱、長春及南方的海不不口、廣州、合肥、長沙等地(dì)，地(dì)下草金水資源相對匮乏。其中(zhōng)上海市因為地(dì喝放)面沉降問題限制地(dì)下水地(dì)業綠源熱泵開發，目前評價的地(dì)下水地(dì)源熱泵适宜區、較适宜區均行湖為潛在适宜區、較适宜區。
相比較地(dì)下水地(dì)源熱泵媽票系統，地(dì)埋管地(dì)源熱泵系統在大多數省會城少開(chéng)市中(zhōng)具有較好(hǎo那問)的适宜性。除西(xī)甯市、拉薩市全區基本都地吃不(bù)适宜開發利用地(dì)埋管地(dì)源熱泵外，其他遠紙城(chéng)市地(dì)埋管的适宜區較适宜區面積都超過 人樂40%，其中(zhōng)銀川、天津、太原、西(xī)安、文商石家莊、成都、長沙、武漢、合肥、南昌、上海、重慶、南甯、海口得用基本全區都是地(dì)埋管地(dì)源熱泵系統的适宜懂的區和較适宜區。地(dì)埋管地(dì)源熱泵森美系統的不(bù)适宜區，主要是從地(dì)埋管的施工(gō要電ng)難度和建設成本上考慮，屬于經濟上意義的不(b空爸ù)适宜區。
5.2 資源量評價
5.2.1 評價方法
評價内容包括淺層地(dì)熱能熱容量、紅技換熱功率及供暖制冷(lěng)面積。評價方法參照淺層地(dì)熱能勘你錢查評價規範（DZ/T 0225—2009）和中(zhōng)國地(dì)聽唱質調查局相關技術要求。
表4 全國31個省會城(chéng)市淺事冷層地(dì)熱能
淺層地(dì)熱能熱容量采用體(tǐ)積法高好進行估算，分别估算包氣帶和飽水帶中(zhōng)的單位溫差儲藏的熱數中量，然後合并評價範圍内地(dì)質體(tǐ)的儲熱性能。淺層喝音地(dì)熱能資源在适宜性分區的基礎上分别紅很進行淺層地(dì)熱能容量和淺層地(dì)熱能換熱功率計算。地(dì長舞)源熱泵系統總換熱功率的計算是在淺層地(dì)熱資源開發利這得用适宜性評價的基礎上，綜合地(dì)下水和地(dì)埋管地(dì)源熱的業泵系統換熱功率計算的成果得出的。其中(zhōng)，對于地(畫高dì)埋管地(dì)源熱泵系統适宜或較适宜而地(dì)下計妹水源熱泵系統不(bù)适宜的區域，按地(dì)埋管地(dì)源船子熱泵系統換熱功率計算總換熱功率；對于地(dì)埋管地(行低dì)源熱泵系統不(bù)适宜而地(dì)下水源熱泵系統适宜或較适宜的區域，頻拿按照地(dì)下水源熱泵系統換熱功率計算總換熱功率；而對于地(dì)埋管地樹體(dì)源熱泵系統和地(dì)下水源熱泵系統均适宜或較适宜的區域謝老，則按照地(dì)埋管地(dì)源熱泵換熱功率的 2/3 和地(樂白dì)下水源熱泵換熱功率的 1/3 進行折算。根據計算的淺層地(dì會和)熱能換熱功率，結合當地(dì)的土地(年制dì)利用規劃以及供暖、制冷(lěng)負荷了話，計算當地(dì)的可供暖和制冷(lěng到月)面積，進行淺層地(dì)熱資源潛力評價（王貴玲等，2017；多吉等，2017物金）。
5.2.2 資源潛力
根據 31 個省會城(chéng)市淺層地(dì)熱能資源有很調查評價結果（表4）（衛萬順等，2010），我國31個省會城懂房(chéng)市200m以淺熱容量為 2.21×10喝看16kJ/℃。地(dì)下水源熱泵系統夏季換熱功率為 6.71&ti老訊mes;107kW，冬季換熱功率為3.41×107kW路船；地(dì)埋管地(dì)源熱泵系統夏季換熱飛技功率為6.45×108kW，冬季換熱功率為 4.62×個美108kW。地(dì)源熱泵系統總的換熱功率夏季為 6.4報下0×108kW，冬季為4.57×108學費kW。
目前，淺層地(dì)熱能資源主近又要用于建築物(wù)供暖和制冷(lěng)。我國工拿31個省會城(chéng)市地(dì)下水源熱泵系統夏季可制冷(lěng)器得面積為1.00×109m2，冬季可供暖面積為6.22&time用討s; 108m2；地(dì)埋管地(dì)源熱泵系統夏季可制冷(lěng說林)面積為8.26×109m2，冬季可供暖面積作路為9.07×109m2。地(dì)源熱泵系統夏季可制冷(lěng)兵一面積為8.21×109 m2，冬季可供匠紅暖面積為8.86×109 m2（表書音5）。考慮熱泵夏季制冷(lěng)、冬季供暖天數，熱泵運行時不計間(jiān)及熱泵運行能效比系數，根據雜數《綜合能耗計算通則》（GB/T2589-2008）中(zhōng)原可唱煤的折算系數，以及考慮燃煤與換熱效率等因素能購，全國31個省會城(chéng)市淺層地(dì)熱能資源為身每年可開采量折合标準煤2.8億 t，可替代标準煤4.67億 t。可為供友見暖和制冷(lěng)提供豐富的能源儲備。
在适宜性評價的基礎上，按利用方式煙微、需求程度等将全國分為全年集中(zhōng)利用區、全年分散利朋關用區、分散式冬季供暖區和分散式夏季制冷(lěng)區4類（圖6吧什）。全年集中(zhōng)利用區主要分布在京津冀、山東、江蘇、安徽、河器生南、陝西(xī)和東北部分地(dì)區，全年分散利用區內小主要分布在華北、東北、長江中(zhōng)下遊等除全年集中(zhōng)利鐘筆用區以外的地(dì)區。這兩類地(dì)區全畫空年可進行冬季供暖和夏季制冷(lěng)循環利用，集中(媽公zhōng)利用地(dì)區位于地(dì)下水條件較好(hǎ畫還o)、經濟條件發達的區域，對淺層地(dì)熱能需求量大，宜集中(zhō林著ng)規模化利用；分散利用區因環境、經濟條件限湖你制适宜小(xiǎo)規模分散式開發利用。分散式冬季供暖區分布于東北北部、高美西(xī)北大部分地(dì)區及青藏高原區，該地(dì)區夏季需求量木地小(xiǎo)，人口相對稀少(shǎo)，宜進行分散式冬季供暖；分散式夏季制著不冷(lěng)區分布于南部沿海和西(xī)南部分地(dì)區，該地見術(dì)區冬季需求量小(xiǎo)，宜進行但大分散式夏季制冷(lěng)（朱喜等，2016）。
（1）淺層地(dì)熱能開發利用條件受氣候條件、地(dì)質條件以及熱泵運科南行等因素的影(yǐng)響。地(dì)表以和作 下 200 m深度内，以第四系地(dì)層為主的城(chéng)市，多錢說數分布在平原地(dì)區，以基岩為主的城(chéng)市，主要集花但中(zhōng)在河谷盆地(dì)。在我國陸區範圍内，恒溫帶家見溫度受太陽輻射影(yǐng)響最大，恒溫帶頂妹月闆埋深與氣溫變化趨勢相反。導熱系數受岩性影(y姐金ǐng)響明顯，不(bù)同類型的岩石或同類型岩石其礦物(wù)組低頻分和含量不(bù)同，導熱系數亦不(bù)同。
（2）我國淺層地(dì)熱能資源主要用于建築物(wù)供暖動煙和制冷(lěng)。31個省會城(chéng)超過1熱吃/2 的面積（占評價區面積的 62%）不(bù)秒公适宜地(dì)下水源熱泵系統開發利用，而錯微對于地(dì)埋管熱泵系統隻有 18%的比例不(bù)适宜也吃開發利用。全國31個省會城(chéng)市淺層地美時(dì)熱能資源每年可開采量折合标準煤2.看訊8億 t，可替代标準煤4.67億 t，可為供暖和制冷(物窗lěng)提供豐富的能源儲備。在适宜性評價的用信基礎上，按利用方式、需求程度等将全國分為全年集中(z體人hōng)利用區、全年分散利用區、分散式冬季喝紙供暖區和分散式夏季制冷(lěng)區4類。
（3）淺層地(dì)熱能适宜性廣泛，其開發利用對推動(dòng訊姐)中(zhōng)國綠(lǜ)色、低碳、節能但間型城(chéng)市化發展，解決京津冀地(dì)區冬季霧霾商喝和南方城(chéng)市冬季供暖問題具有重要意義。