地温能源是指温度在25℃以下，蕴藏在浅层地表层的土壤、岩石、水源中的可再生能源。将这种能源利用于建筑空调领域的技术，称之为地温技术。

地温能源是相对于地热资源而言的能源概念，二者均属地热能范畴，其区别在于：前者是对浅层低温（<25℃）地热能的定义，后者是对深层高温（≥25℃）地热能的定义。地热能属于《可再生能源法》规定的鼓励开发利用的可再生能源之一，在我国能源发展战略中居重要地位。地热能的广泛利用势必降低对常规能源的依赖性，缓解我国常规能源严重不足的矛盾。

从能量载体看，地温能源（浅层地能）蕴藏在地下水、地表水、土壤岩石等地质环境之中，因此，开发利用地温能源是与地质环境保护直接关联的生产活动，事关地球环境保护问题，必须给予高度的重视。自然而然地，无害利用、循环利用、可持续利用成为了地温能源利用必须坚持的三项基本原则，任何利用地温能源的相关技术、工艺、设备等都必须首先遵循这三项基本原则。

地温能源有四个突出特点：浅层、低温、恒温、可再生。鉴于目前的科技发展水平，特别是热泵设备技术的成熟应用，地温能源的这些特点被主要利用于调节人居室内环境，即创造舒适性温度环境。在集成其它技术的基础上，可以使人居室内环境达到全面舒适的效果。

地温循环冷暖系统的主要技术形式是使用完全密闭的高强度管路系统并结合必要的设备将地质环境与人居室内环境联通，让地温能源循环利用起来，冬季采暖，夏季制冷，为人类创造舒适的居住与生活环境，彻底摆脱了对地下水的依赖，科学、环保、综合地利用了各种载体中的地温能源，完美地实践了地温能源利用的三项基本原则。

地温循环冷暖系统的应用对建筑能耗远高于发达国家的中国，特别是采暖空调能耗过高的地区具有十分重要的战略意义，在很大程度上能够替代燃煤、燃气、燃油等常规采暖方式，节省能源消耗，降低污染物排放，改善大气环境质量。

浅层地温能作为一种积蓄在地下(0 ～ 200m) 的无形自然资源，是地球深部的热传导和热对流与太阳辐射共同作用的产物。为地表以下0 ～ 200m深度内温度与距离地表1.5m处不被阳光直接照射情况下( 百叶箱) 的温度之间存在常年温差而形成的能量，是两个状态不同的温度场之间存在的势能，又称作浅层地热能，属于地热资源的一部分。

浅层地温能具有可循环再生、清洁环保、分布广泛、储量巨大、埋藏较浅、可就近开发利用等特点，作为化石能源的替代资源，可以减少污染物排放。

目前关于浅层地温能资源在认识上还存在诸多争议，就目前来说主要有两大学术派别，一种观点是蓄能的观点，非可再生能源，在项目设计和应用过程中必须考虑冷热平衡。另一种观点认为，该可再生低温能源是太阳能和深层地热能综合作用的结果。虽然目前对浅层地温能资源的认识尚未统一，但是利用这种资源为建筑物进行供暖和制冷已开始盛行，自2004年以来，我国地源热泵市场规模年增长率超过30%，远高于同期世界20% ～ 22%的平均发展速度，目前已跃居世界第二位。

从节能、环保和可持续发展的角度看，浅层地温能已成为当前暖通界和地质系统共同关注的热点问题之一。

浅层地温能属于可再生绿色能源，具有地质环境和地下水恢复速度快、对大气无污染特性；能源利用率高，比传统方式节能50%-75%；真正实现了供暖（冷）建筑使用区域的零排放零污染；一套设备，冬季供暖，夏季制冷，并提供日常生活热水，可实现一机三用功能，节约总体投资，占地少等优势。

浅层地温能概念在国外文献中尚未见到报道，但利用热泵技术开发利用浅层地温能资源已有近百年的发展历程。

1948年第一台地下水源热泵系统在美国俄勒冈州波特兰市联邦大厦运行，该系统从设计开始就得到了广泛的关注。系统在建成的10年左右内由于腐蚀和生锈而失效以及当时能源价格低廉等因素，从而导致热泵系统未能得到深入推广。

20世纪70年代末，由于世界石油危机，欧美等国家再次关注地源热泵系统。如在美国能源部的支持下，俄克拉荷马州立大学等研究机构对岩土体的热物性、不同形式埋管换热器的性能进行了深入研究，解决了腐蚀等问题，提升了能源的利用率，使得地下水源热泵逐渐得到广泛应用。

20世纪90年代以来，地源热泵在北美和欧洲迅速普及。由于欧洲的中部和北部气候寒冷，地源热泵主要应用于采暖和提供生活用水。美国地下水源热泵在1994、1995、1996、1997、2006、2007年的生产量分别为5924、8615、7603、9724、64000、50000台，基本呈直线上升趋势，截止2009年美国在运行的地源热泵系统约为100万套，得益于美国地方政府出台了许多相应的措施鼓励地源热泵的发展。

加拿大从1990到1996年家用的地源热泵以每年20%增长。据估算，2004年加拿大的地源热泵装机机组为35000台，2005年为37000台，2005年以来加拿大的地源热泵市场急剧增加，主要原因是能源价格上升、联邦政府支持和各地方政府有针对性的补贴。

瑞典地源热泵近5年来的发展速度是世界上最快的，在2000年地热直接利用能量排名世界第10位，到2005年迅速跃居世界排名第2位，除此之外，德国、奥地利、芬兰等国地源热泵市场增加也很快。

日本的一些市政建设项目和公益性建筑( 如医院、养老院、道路等) 曾利用地热泵系统实现供暖、制冷、热水供应、道路融雪等综合性服务，效果十分明显，由于地下水回灌、地面沉降、初投资成本较高等问题，地源热泵系统的发展受到一定条件的约束，还没有被完全推广。20世纪80年代以后日本利用地表水、城市生活废水和工业废水的水源热泵系统向建筑物集中供热或制冷，目前应用较多的是海水源热泵系统，2001年热泵热水器开始进入日本家庭，政府对消费者给予一定补助，很受用户欢迎。

地源热泵刚刚进入俄罗斯市场，目前，仍未被接受，认为是一种外来事物，不是传统热源的合理替代物，主要原因国内的有机燃料充足价格低廉。

经过50年的发展，北美和欧洲的热泵技术已经比较成熟，逐渐形成了一套完善的计算方法、标准规范和施工工艺，目前各理论、方法对生产实践都发挥着重要作用。1912年瑞士zoelly首次提出利用土壤源作为热泵系统低温热源的概念，并申请了专利。1948年higersoll和Plass根据Kdvin线源概念，提出了地埋管传热的线热源理论，1950年用这种方法测量了土壤的导热系数，目前大多数地源热泵地埋管的设计皆以该理论为基础。

美国材料与实验协会(American So-ciety for Testing and Materials，1963，1992)1963年、1992年先后对热导率测试方法进行了规范。1983年Mogensen P．(Mogensen P．，1983) 提出了关于现场地热响应测试的设想，1996年Eklof C(Eklof C，1996) 等人基于Mogensen设想的基础上研制出现场地热响应测试设备，并开始在瑞典各地方进行地层导热系数的测试，随后美国(Austin et al．，1998) 德国、加拿大、挪威、瑞典、法国、英国和日本也拥有了测试设备。

21世纪以来，热泵技术不断丰富完善，以信息技术为代表的新技术新方法被广泛使用，目前正朝着定量化发展。

对浅层地温能资源开发利用最具有标志性的地下换热器设计分析软件被世界各国广泛使用，在使用上正朝着简单化、快速化和交互式方向发展。

如在瑞典有现场岩土热物性参数测定和地温监测系统，有数学家帮助建立的地温场模型，每一个地源热泵系统在建设前就进行了精确的计算和预测模拟。用实验方法研究了地源热泵垂直埋管性能和热泵系统模拟与效能评价 (ArifHe Pbash，2004) ，提出了地源孔井热交换器数值解法及改进有限线性源模型(Louis et al，2007) ，运用神经网络和模糊理论研究了地源热泵系统效率预测评价(Hikmct et al，2007)。

日本东京采用地质、水文地质以及岩土体的热导率等条件利用地理信息系统进行数值模拟，编制地表及地下水热泵系统潜力图。

我国浅层地温能资源开发利用起步较晚，但近十年来利用地源热泵技术为建筑物供暖(冷)的工程项目数量迅速增加，截至目前已跃居世界第二位。除辽宁和北京之外，在河北、天津、山东、河南、内蒙古等地区，总共将有几十个城市均开始利用地源热泵技术为建筑物供暖( 冷) 试点工作，应用浅层地温能资源进行供暖和制冷的地源热泵项目在我国已经超过7000个，截止2010年底全国应用总面积约2．1×108m2，项目多集中在华北和东北地区，其建筑物类型主要集中在办公楼、宾馆、医院、商场、学校和住宅等。

国内浅层地温能资源开发利用技术研究真正起步在20世纪80年代末到90年代。1989年青岛建筑工程学院首先在国内建立试验平台开始对地源热泵系统的研究工作。1997年地源热泵技术作为我国“十一五”科技攻关计划从美国引进以来，科技部、建设部等部委从国家层面对地源热泵进行扶持和引导，热泵技术受到专业人员和管理部门的关注，科研人员发表大量文献详细的介绍了地源热泵的构成、工作原理及分类和研究状况，指出了土壤源热泵研究与开发中的关键问题，并预测了热泵发展趋势。

进入21世纪，热泵技术得到高度重视，在应用研究方面得到快速发展。随着我国可再生能源应用与节能减排的工作不断加强，相继颁布了《中华人民共和国可再生能源法》等法律以及配套政策，热泵技术得到了国家和地方政府的高度重视。2005年，建设部推出了国家标准《地源热泵系统工程技术规范》，与此同时，众多科研工作者对不同回填介质、不同水流速、不同连接方式和传热模型等关键技术进行了深入研究，为优化地埋管换热器提高浅层地温能开发利用效率提供了多方位科学支撑。2004年山东建筑大学地源热泵研究所最早研制了一种手提箱大小的便携式岩土热物性测试仪器，2008年北京市地勘局研制成车载型浅层地温能热响应测试仪，并在工程实践中得到广泛应用。2006年“首届中国地源热泵技术城市级应用高层论坛”在北京举行，论坛围绕着地源热泵技术推广应用与未来的城市经济发展关系，国内外有关地源热泵技术区域推广应用经验等几大议题展开讨论。2007年国土资源部首次召开了浅层地热能－全国地热( 浅层地热能) 开发利用现场经验交流会，会后出版了论文集2008年卫万顺主持出版了《北京浅层地温能》、《浅层地温能资源评价》等书籍，这是我国首次以浅层地温能资源为书名和主题的专著。2009年建设部修订版《地源热泵系统工程技术规范》正式发布实施，将地下工况纳入到地源热泵实施细则里面。2010年中国地质调查局制定了《浅层地温能资源评价规范》，对浅层地温能资源的区域性勘查评价和工程场地勘查评价作出具体要求，这两个规范的出台为高效利用浅层地温能资源和科学管理热泵系统提供了坚实的保证。

地源热泵系统作为一项新兴技术在欧洲和北美等国家已经进入实用阶段，在实验的基础上提出了各种传热模型理论，主要应用于乡村无其它能源供应的独立别墅区; 虽然我国起步较晚，在短短十几年内工程数量已跃居世界前列，但在技术研究上与国外还有一定差距，为促进浅层地温能资源高效合理开发利用，应尽快加强以下研究工作。

虽然浅层地温能资源具有分布广泛、储量巨大、埋藏较浅、可就近开发利用等特点，但开发方式、系统设计、利用效果则受当地地质、水文地质、气象、气候等条件制约，表现在不同地理位置，岩土体热物理性质各不相同，导致换热效率相差悬殊，导致一些工程节能效果不显著。

因此，应按照《浅层地热能地质勘查规范》尽快统一开展浅层地温能资源调查评价工作，圈定适宜区，为今后可持续、高效合理利用浅层地温能资源、编制专项规划提供依据。

由于地源热泵系统需要连续循环换热，势必改变原有温度场、化学场和地下流场，另外，水源热泵系统对地下水的氧化还原环境、地下水微生物的平衡和水质都会造成一定的影响，因此有关部门应强制要求在建设热泵工程时设计监测孔，对不同深度的地温、地下水水位和水质、地面标高等项目实施长期监测，及时掌握地温变化动态、水土质量和地面变形情况，防止产生地质环境问题。

岩土体热物理性质是浅层地温能资源量和热泵运行效率的关键因素，而岩土体又具有多孔性和随机结构等特点，表现在不同地质单元乃至同一地质单元上下游之间地层的热物理参数也存在差距，可导致计算结果难以满足实际工程使用，加之我国开发利用浅层地温能资源呈区域化和规模化发展趋势。

因此应加强对各种岩土体结构、地层的热物性参数、浅层地温能成因机理以及换热过程的实验研究和模拟分析，建立相应的传热模型，为地源热泵工程设计提供正确可靠的技术数据。

浅层地温能资源开发利用在国家节能减排的政策支持下，资源开发利用迅猛发展，已跃居世界前列，相关科学研究也非常活跃，但与欧美国家相比，我国尚未有国家级浅层地温能综合利用实验室进行专门的岩土体热物性、传热机制和监测研究。

浅层地温能是一种清洁能源。浅层地温能勘查中，在查明浅层地温能资源的基础上,根据所选用的开采利用方案对浅层地温能利用工程设计、建设、运行的环境影响进行评价,应该评价和预测系统建设运行可能造成的环境正、负效应,为地质环境的管理提供科学依据。浅层地温能利用环境影响评价的范围以能够满足保护地质环境的需要为原则，应依据浅层地温能利用系统的性质、工程规模、布局、生产工艺并结合当地环境、地质条件等因素综合分析确定。在评价范围内地质环境现状调查的基础上，评价浅层地温能利用对大气环境的影响;地下水换热系统对浅层地下水的影响;排放流体中化学成分对地下水环境的影响，能否产生地面沉降、岩溶塌陷和地裂缝；土壤源换热系统循环水泄漏对地下水质的影响，特别要评价浅层地温能开发对浅层地温场的影响。

在环境评价的基础上,提出防止开发浅层地温能负面影响的措施。浅层地温能开发环境影响评价的工作程序包撬收集整理历史资料，建立环境影响评价指标体系。设立观测点，采集水质、水位及温度等系统资料。获取环境影响评价参数，建立环境预测模型，校正模型进行浅层地温能利用环境影响评价。

大气环境影响的评价应该对开发浅层地温能在减少大气污染、清洁环境方面的环境效益做出评价。包括减少排放燃烧产物的估算，如二氧化硫的排放量、氮氧化物排放量、二氧化碳排放量、煤尘排放量等。按照目前国际通行的计算方法，燃烧1吨煤将产生22.7kg一氧化碳、3.67kg二氧化碳。另还产生约60kg的二氧化硫和约10kg的粉尘(总悬浮质)及11kg其它物质。可根据开发利用浅层地温能所替代的燃煤量,计算评价减少温室气体的排放量。

地下水环境影响评价应依据浅层地温能系统运行过程中循环水质的变化，对地下水质量做出评价。应针对浅层地温能利用过程中能否产生地面沉降、岩溶塌陷和地裂缝等地质环境问题做出评价。按照在一个水文年内取热地层保持地温平衡为原则，评价是否会产生热污染或地温持续下降。地源热泵工程不应影响当地的原有生态环境和相邻地区浅层地热开发。放射性污染评价可参照放射性保护规定进行。

地热开发利用不能只考虑当前对能源的需求，人类赖以生存的生态系统对地热能源有着基本的需求，可以称做“生态基热”。从目前的有限研究成果看,大地热流低于57mw/mZ的区域,生态系统比较脆弱，如果人类再从这些区域以采暖的方式开发地热的话，将可能要冒加剧当地生态退化的风险。但是将这种区域作为冷源开发制冷系统,将地表多余的热传入地下,则有可能改善当地的生态环境。因此，开发地热单纯用于采暖的地区,应该是大地热流高于57mw/mZ的区域,大地热流低于57mw/mZ的地区则应保持供暖取热和制冷存热相均衡。

在地源热泵工程浅层地温能评价中应进行经济评估。内容包括：投资、运行、收益和效益的预测与评价。

地源热泵工程包括机房设备系统、室外换热系统和室内空调末端系统三部分。其中：机房设备系统包括地源热泵机组、电器自动控制装置、循环泵组、全自动定压仪、软化水与补水系统装置和机房附属设备、管线、阀门等。室外换热系统包括钻孔、换热管安装和换热地到机房地面联络管线等。室内空调末端系统包括室内管道、风道、风机盘管等。投资估算主要包括土建工程、泵房设备、钻孔和前期论证费(设计费、监理费等)等。

运行费用包括维持系统正常运行所需的各项费用。其中主要是设施运行耗电费用,其它还包括维修费、大修费、人工费、管理费等。收人计算：根据建筑面积计算出供暖与制冷面积。采暖费和供冷费按当地取费标淮计算,计算出每年应收取的总采暖费用和总制冷费用。效益评依根据工程项目初投资和运行费用，采用现金流量法计算出静态和动态投资回收期。同时，还应计算出投资项目的财务内部收益率、财务净现值与净现值率等经济性参数。全面评估工程项目的投资收益。效益对比：根据当地油、气、煤等价格，分别估算燃气锅炉供暖、燃煤锅炉供暖和燃油锅炉供暖的初投资和年运行成本，并与地源热泵工程供暖、制冷的总成本进行效益对比。

二是制冷可以减少城市高楼居民住宅高挂空调机，节省每家每户因制冷所花费的大量电费，民众不必再为购置一台、二台、三台空调机而烦恼，而且还解决了因室内空调制冷对室外排暖所造成的城市闹市区温度增高问题。广泛应用地温热交换技术可带来巨大的经济效益、社会效益和环境效益。