淺層地溫能利用中的環境影響初探

趙晨曦，劉明坤，劉建凱，楊艷鋒，陳柘舟

（北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195）

淺層地溫能利用中的環境影響初探

趙晨曦，劉明坤，劉建凱，楊艷鋒，陳柘舟

（北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195）

淺層地溫能屬于環境友好型能源，能在一定程度上減少污染物的排放，緩解環境壓力。然而，其可能產生的環境負影響常常被人們忽略。本文以地下水地源熱泵（GWHP）系統和地埋管地源熱泵（GSHP）系統為重點，系統梳理了淺層地溫能在不合理利用時，可能引發的環境問題。分析了熱泵系統對地下動力場、溫度場、化學場及微生物環境等的影響。為抑制熱泵系統運行中產生的環境負影響，迫切需要對相關限制性指標及法律法規進行完善。本文總結了國外與環境有關的限制性指標（技術性指標和生態學指標），對比了國內不同地區的標準，提出我國在淺層地溫能利用上，尚存在指標建立標準相對單一、法律約束力較弱、區域差異性不明顯等不足之處，需加強配套監測系統建設，控制并減少環境負效應的產生。

淺層地溫能；環境；負影響；限制性標準

0 引言

淺層地溫能屬綠色可再生能源，熱泵系統也具有能源利用率高、節能減排等優點（曲云霞等，2002；朱保華，2008），因此得到政府部門的大力扶植。截至2014年底，我國地源熱泵總利用面積已達到3.6億㎡，年利用能量已超美國，位居第一。

雖然淺層地溫能利用發展迅速，但若利用不當，也會引發環境負影響。不但造成能源利用率不高，更會在與地下環境的長期接觸中改變地下巖土體、水體的理化性質，引發地下溫度異常、水質污染、水位下降、甚至地面沉降等嚴重后果（李明惠等，2012；張超等，2008；章長松，2010）。此外，熱泵技術存在市場先行、法律規范落后等問題。在激勵其發展的同時，應修正和完善技術指標、加強監測，保證設備及周邊環境的協調發展。

以往研究多關注地源熱泵系統的性能測試或效益分析，而關于其對地質環境負影響的系統性研究成果較少。本文圍繞過去研究中淺層地溫能可能對環境帶來的潛在負影響，歸納總結了國際上與環境有關的限制性指標（技術性指標和生態學指標）及法律法規，橫向對比了國內各地區的標準，提出了我國在淺層地溫能利用上存在的指標建立標準單一、法律約束力較弱、區域差異性不明顯等不足，以期淺層地溫能在未來發展中能有效加強配套監測系統建設，控制并減少環境負效應的產生。

1 淺層地溫能利用情況

據統計，我國以地下水地源熱泵系統和地埋管地源熱泵系統的應用最為廣泛，分別占到39.26%和21.36%（單金龍，2009），污水源熱泵、海水源熱泵及耦合式熱泵等比例相對較小，因此本文將以地下水及地埋管兩種熱泵系統為研究重點。在區域發展分布上，遼寧、北京是我國應用地源熱泵技術進行供暖（冷）較早且發展較快的地區（欒英波等，2013），華北平原、東北、西北等地區也逐步大面積開發利用淺層地溫能。

由于氣候條件的不同，淺層地溫能利用在南北方也具有一定差異。北方地區冬、夏兩季供暖（冷），冬季的吸熱量大于夏季排熱量，易產生土壤冷熱不平衡問題；而南方地區僅夏季制冷，單季負荷較大，易產生熱堆積現象（張超等，2008）。我國浙江、江蘇及華北平原區域，曾因地下水地源熱泵過度抽取而引發地面沉降；湖北武昌發生過多起因地下水不合理使用而導致巖溶地面塌陷事件（肖建華等，2006）；河南也有地下水地源熱泵在使用過程中出現涌砂現象或因含砂量過大最終導致設備報廢的問題（吳燁，2012）。北京市發改委曾對123個地源熱泵項目進行過節能減排調查。運行不理想的項目占24%，其中包括4%的不合格項目，產生了不完全回灌和埋管漏水等問題（冉偉彥等，2014）。可見，在淺層地溫能的開發利用中，存在一定比例的項目運行失敗或系統能效較低，不合理利用現象仍有發生，這將會對地質環境造成潛在威脅。

2 對地質環境的影響

2.1 地下水地源熱泵系統

地下水地源熱泵系統屬于開放系統，主要依賴地下水進行換熱，因此，對地下水的動力場、溫度場、化學場及微生物情況均會產生較大的影響（表1）。

（1）動力場

地下水地源熱泵系統抽灌井群的數量和分布直接影響地下水流的運動方向及強度，造成地下水動力場的局部改變（廉翔，2004）。根據地下水動力學原理可計算得到動力場內任意點的水位降深，并繪制等值線圖，劃定其影響范圍。以中國地質大學（北京）的2眼抽水井為例，井間距為100m，每眼抽水量為120m3/h，利用FEFLOW軟件模擬抽水井影響半徑。通過模擬結果及實際抽水試驗得到，鉆孔中心處水位降深約5m左右，抽水影響范圍約78m（衛萬順等，2010）。若抽、灌水量相等且實現同層回灌，其影響范圍一般不會超過1000m（張遠東等，2006），而當抽出的地下水由于堵塞或動力不足等因素無法經回灌井實現完全回灌或注入原含水層時，將造成水源浪費、區域水位下降等問題，大大增加對地下水動力場的影響范圍。隨著原有地下水力學平衡的破壞，淺層或上部的污染水或咸水通過滲流方式遷移到深部含水層，出現水質惡化和污染水界面下移問題（孫曉明等，2006；楊麗芝等，2013）。若長時期無法有效補充，將引起地面沉降、地裂縫等嚴重地質災害。

表1 地下水地源熱泵可能造成的環境負影響Tab.1 Adverse effects of groundwater source heat pump system may lead

（2）溫度場

地下水溫度會隨熱泵系統運行周期發生規律性的上升或下降，使整個含水層的溫度發生改變（劉立才等，2007）。初始運營期為冬季或夏季，吸排量平衡情況均對溫度場有一定影響。數值模擬法（郝治福等，2006）結合HST3D、FEFLOW、MODFLOW、GM6.0等地下水數值軟件可模擬預測不同運行期及工況條件下地下水滲流、溶質運移和熱傳遞等（張遠東等，2006；LUO et al，2015），結果顯示，當熱泵系統的冷負荷大于熱負荷時，初始運營期為冬季對場地溫度升高的影響較小。反之，初始運營期應為夏季，以減輕地下熱儲量的流失（廖榮等，2010）。巖土體和水體的長期熱量收支不均，也將會造成土壤內部溫度的升高或降低，溫度的持續變化不僅影響土壤動植物生長，更將影響整個生態環境（匡耀求等，2003） 。

此外，地下水溫度場受動力場影響，地下水的流速和流向有效控制了熱量的傳遞。在地下水動力條件、含水層滲透性和熱傳導率等因素的影響下，注入地下的回灌水溫沿地下水流動方向溫度逐漸趨于一致，在地下含水層中形成“溫度影響半徑”。當抽灌井間距小于該半徑時，將產生局部溫度異常現象，稱之為“熱突破”或“熱貫通”。單井回灌技術面臨的熱突破風險更大，數據顯示，北京己安裝和運行的1800萬㎡供曖制冷建筑中，就有610萬㎡建筑物采用單井抽回技術（倪龍，2007）。熱突破將導致抽灌井間溫度相互干擾，引起地下水和土壤的熱污染，并降低熱泵系統運行效率（北京市地質礦產勘查開發局等，2008）。由河南鄭州市兒童醫院地下水地源熱泵系統運行抽水井的溫度變化監測可知：距離回灌井較近（15m）的3#抽水井8年時間內溫度上升了0.5℃，距離回灌井較遠（30m）的6#抽水井8年時間內溫度上升了0.5℃（趙靜等，2009）。可見，限制各井間的最短距離對限制地下環境溫度異常具有十分重要的意義。

（3）化學場

傳統地下水地源熱泵成井管材一般為水泥管、鑄鐵管、普通鋼管，以普通鋼管和鍍鋅橋式過濾管組合的成井管柱最為常見，容易造成腐蝕、結垢、破裂等現象（高波等，2002）。試驗證明，鍍鋅橋式過濾管腐蝕速度最快，在第7d時開始腐蝕結垢，150d時其過水縫隙幾乎全部堵塞（吳燁，2013）。管內產生大量FeS及黃色“銹瘤”，會對地下水造成污染（劉翰，2013）并影響回灌水回注到原含水層。此外，由于回灌過程中部分空氣會隨著回灌水進入含水層，在氧存在的情況下，還原性硫化物( FeS2，H2S，S）發生氧化反應，使得硫酸鹽濃度在一定范圍內的增加。

沈陽市3個地下水地源熱泵項目取用水與回灌水水質的變化情況見表2（賈玉鶴等，2008；王宏等，2009）。郭雙喜（2013）對安陽市6個地下水地源熱泵空調的取水回水進行檢測，其中5個項目的回水中鋅含量增大，但其影響僅在設備運行初期的短時間內。然而由于樣本較少，地下水地源熱泵項目對地下水質的影響評價還不夠全面。李娟（2014）對北京11個區縣的41個水源熱泵項目進行了取樣監測，共采集水樣83件，將其按照地下水質量分類指標進行了分類。其中，92%的項目地下水總硬度偏高，均值達到了967.41mg/L；pH值在6.5～9.5范圍內，多數屬于堿性或弱堿性水，Ⅰ類水比例約為95.18%；硫酸鹽、氯化物屬于較穩定化學組分，濃度于運行初期波動加大，后期可趨于穩定，主要以Ⅱ類為主。

（4）微生物

地下水地源熱泵系統的回灌水改變了原有地下水環境的正常溫度和含氧量，將不可避免的對地下水中微生物的生長與繁殖產生影響（H·hnlein et al, 2013）。以北京為例，地下水的平均溫度為13℃～16℃，熱泵系統夏季制冷時回灌水的溫度平均為23℃，冬季供暖時回灌水的溫度平均為7℃。夏季時回灌水將促進地下水位附近嗜溫型好氧微生物的生長，如氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌等。這又導致了硫酸鹽的增加與pH的降低，使地下水溶解更多的無機鹽從而硬度增加（董悅安，2008），這也在一定程度上解釋了地下水地源熱泵運行過程中硫酸鹽和水硬度的變化規律。此外，硝化細菌的最佳適宜溫度為30℃～35℃，當溫度小于5℃或大于50℃時，生長和繁殖將受到抑制，反硝化細菌的適宜溫度為35℃～65℃，當溫度低于11℃時受到抑制。冬季供暖的回水造成地下水溫一定程度的下降，相比之下該條件更利于硝化細菌的生長繁殖，因此硝化作用更加明顯，間接證實了廖榮等的試驗的真實性。

表2 沈陽市地下水地源熱泵項目水質監測結果Tab.2 Results of water quality tests in Shenyang groundwater source heat pump systems

鄭凱等（2005）對北京某開發區熱泵系統運行后的地下水溫和細菌數目進行了監測，其分布基本符合正態分布，于13℃～14℃附近出現峰值。此外，非正常工況條件下形成的局部高溫區域，還會導致某些對溫度敏感的微生物種群發生變化或消失（賈玉鶴等，2008）。因此，地下水的循環換熱會顯著影響地下微生物的數量及分布，改變地下水的物理、化學性質，從而影響生態環境。

2.2 地埋管地源熱泵系統

地埋管地源熱泵作為閉合回路的循環系統，對地埋管材料的要求較高。目前以化學聚合物為主，在不發生堵塞和泄露的條件下一般不會對土壤和地下水產生直接影響，對土壤化學特性的影響也不大。但該系統通過管道內的傳熱介質輸送和傳遞熱量進行季節性循環換熱，會不可避免地擾動地埋管附近的土壤環境，從而引發連鎖反應。

（1）土壤溫度的恢復性與土壤熱平衡

太陽輻射、地熱傳導的熱補償作用和地下巖土體、水體的擴散調節能力，使土壤溫度具有一定恢復性。當系統吸、排熱量超過熱補償和擴散能力時，地下空間的自然冷熱平衡將被破壞。受長期熱泵系統運行影響，地埋管附近的土壤溫度最先受到擾動，隨著與換熱孔距離的增加，溫度變化曲線有明顯的滯后趨勢（高世軒，2012）。當換熱溫差較大、地埋管間埋設距離相對較短時，對當地土壤溫度的干擾較大（衛萬順等，2010），受土層恢復性限制，熱影響范圍逐年擴大（魏靜，2015）。不同區域地質條件及土壤換熱能力的差異，也使土壤的自身調節與恢復功能不盡相同。高新宇等（2009）通過動態監測得出，土壤溫度的變化與深度相關，且地層中地下水的存在有利于土壤溫度的恢復。高世軒（2012）認為在吸排比基本平衡的條件下，地埋管換熱對地質環境的影響較小。反之，區域人為擾動過大，土壤的自我恢復速度難以跟上時，將會破壞土壤的熱平衡。

鄒瑜等（2006）利用TRNSYS模擬了典型城市5年運行期內熱泵系統地埋管換熱器出口處夏季最高溫度和冬季最低溫度的變化情況（圖1），北京、上海存在小范圍的溫度持續上升現象，沈陽基本持平，齊齊哈爾略有下降。張士花（2008）模擬了天津地區一地埋管地源熱泵機組運行情況，預測4年后的土壤溫度將上升12.6℃；李魁山等（2007）在上海地區模擬了不平衡率為3%時系統的運行情況，結果顯示5年后土壤平均溫上升2.77℃，若僅供冷季運行，5年后土壤溫度上升8.39℃；李舒宏等（2010）發現傳統地源熱泵單季運行9年后，距鉆孔1m處的土溫上升了9.36℃，若雙季運行，則升溫5.27℃。一般來說，春秋季為土壤溫度的恢復期，冬夏季取熱量和取冷量的持續不平衡會影響土壤的恢復能力（楊衛波等，2014）。然而，實際生產中要做到100%的平衡是不可能的，研究認為，系統夏季排熱量和冬季吸熱量之差在10%～20%的范圍內，即可認為達到了季節性平衡，能夠通過土壤的蓄熱、傳熱、熱衰減等加以恢復（王艷霞等，2008）。

圖1 不同城市熱泵運行期內地埋管換熱器出口處最高、最低溫度的變化圖Fig.1 Variance of maximum and minimum at exit of temperature ground heat exchanger during heat pump operating period in different cities

（2）土壤生態

①土壤結構：在華北平原、東南部區域的一般地層，熱泵系統對地層土壤結構的影響不大，但在（青海、西藏、東北、內蒙）等凍土地區，土壤溫度的改變將顯著影響土壤中固、液相水分的比例，導致土壤孔隙度發生改變，對土壤入滲能力產生影響（王艷霞等，2008）。凍土的融化呈現蠕動或流動狀態，巖土強度（抗剪強度、壓縮模量）隨之降低，容易造成邊坡失穩、路面塌陷、建筑基礎不均勻沉降等問題（魏智等，2011）。土壤融化、凍結過程影響N2O、CH4等溫室氣體的產生和轉移，地層中N2O年排放量的70%左右都發生在土壤融化過程中（AN et al，2007）。

②土壤生物活性：一般來說，土壤溫度在一定范圍內的提升，有助于促進地表作物的生長及土壤動植物的活性，但超過生物最適溫度時，將逐漸產生抑制作用。例如，植物根系在2℃～4℃時開始生長，在10℃以上生長較為活躍，超過25℃時根系吸收能力減弱。此外，土壤溫度對膠體的化學影響較大，會影響其中的氧溶解、水分蒸發及微生物活性等。

（3）土壤有機碳儲量：土壤溫度的改變影響土壤有機碳的分解速率，從而影響有機碳儲量。以北京、上海等城市為例，土壤溫度的升高將會加速土壤呼吸速率，使有機碳分解速率加快，增加土壤CO2的排放量，并在一定程度上抵消因提高熱泵COP值而減少的碳排放量（韓君偉等，2013）。

此外，地埋管破裂、鉆孔灌漿材料損耗等導致制冷劑、冷凍液、防銹劑等進入土壤或地下水，也將對地下生態環境造成相應破壞（肖建華等，2006）。

3 相關限制性標準

為抑制熱泵系統運行中產生的環境負影響，應建立和完善與環境有關的限制性法律法規。筆者閱讀國內外相關文獻發現，該方向的限制性指標規定較少，可大體分為技術性指標和生態學指標兩種。技術性指標指出于對設備的性能和安全考慮，對溫度、距離等加以限制，而生態學指標則更多從維持和保護區域生態環境角度出發，設置指標并進行控制。目前，較為常用的指標包括溫度限值（最高溫度、最低溫度、溫差）和最短距離。

3.1 國際的相關標準

就世界范圍來說，部分國家對熱泵系統的相關溫度限值標準進行了設定（Haehnlein et al，2010），較為全面的國家有奧地利、丹麥等。筆者分別針對地下水地熱泵系統和地埋管地源熱泵系統進行了總結（圖2和圖3），不同國家間的標準差異較大。德國、英國等帶星號（*）國家采用較為寬泛的管理方式，其指標標準為建議值，不具有法律效應，其余國家的標準均具有法律約束力。圖3中a為每周均值荷載運行條件下的標準，b為峰值荷載運行條件下的標準。

對最短距離的設定以芬蘭最為詳細，區分了與建筑物、下水道、輸水管線等不同事物的最短距離，但更多國家僅提供了與鄰近建筑或地下埋管換熱器之間的最短距離，僅保證技術性能而未考慮對生態環境的影響。此外，有些國家區分開路系統和閉路系統，對指標進行分別設置，如希臘，也有些國家未進行區分，統一設置，如瑞典。

3.2 國內的相關標準

較之發達國家，我國淺層地溫能的開發利用起步較晚，但熱泵技術發展迅速。在限制性法律法規上，我國也做出了相關規定。《地源熱泵系統工程技術規范》（GB50366-2009）中設定了夏季運行期內地埋管換熱器出口處的最高溫度宜低于33℃、冬季運行期內不添加防凍劑時進口最低溫度宜高于4℃，豎直地埋管換熱器埋深宜大于20m，鉆孔間距宜為3～6m。但本標準出于系統節能性和安全考慮，屬于技術性指標，對環境負影響的限制作用還需進一步研究證實。

圖2 各國地下水地源熱泵系統相關溫度限值Fig.2 Temperature thresholds of groundwater source heat pump system in different countries

圖3 各國地埋管地源熱泵系統相關溫度限值Fig.3 Temperature thresholds of ground pipe heat pump system in different countries

筆者系統梳理了北京、上海、天津、山東、安徽等多個省、市或地區編制的地方技術規程、實施細則或管理辦法。北京市水務局發布的《關于加強我市水源熱泵管理工作的通知》中對北京市地下水地源熱泵項目抽、灌井的最小距離也做出了相關規定，抽灌井與建筑物距離不少于30m，抽灌井之間水平距離不少于50m，抽水井之間距離不少于100m。長沙地區取水井與回灌井的間距應根據試驗井的熱干擾半徑確定，一般以50～80 m為宜。上海結合本地區域特色，禁用地下水地源熱泵并細化了豎直地埋管換熱器埋深和鉆孔間距的標準，分別定為60～120m和4～6m，其他地區相關標準見表3。

表3 我國及各省市規范中的限制指標Tab.3 Restrictive criteria of standards in China and different provinces and cities

4 存在的不足

筆者在系統梳理了國際上與環境有關的限制性指標（技術性指標和生態學指標）及法律法規，并橫向對比了國內各地區的相關標準，初步提出了我國淺層地溫能在指標設置上的三點不足。

（1）限制性標準較為單一

現有管理體系中，對避免造成環境問題的限制性指標設置較為單一，目前較為常用的限制性指標僅有為防止地下局部環境溫度過高或造成交叉污染而設置的最短距離以及為保證設備長期穩定并間接限制鉆孔溫度變化范圍而對管道中的載熱流設置的溫度限值（最高溫度、最低溫度、溫差）。不難看出，目前的限制性指標及監測主要以溫度控制為主，對地下巖土和水環境的其他性質關注較少。

（2）法律約束力度相對較弱

我國對于熱泵技術的研究和實踐已有一定積累，在將合理的指標標準嵌入法律法規中還處于起步階段，這使得標準具有較低法律約束力。歐洲部分國家提出了較為明確生態學限制指標，并將其納入了法律條文中。與之相比，我國國標等規范中雖已對相關限制性指標進行了規定，但其表述多為“宜”或“不宜”，且不屬于強制性條文，這種較為寬泛的管理方式，使得指導意義高于約束力度。

（3）區域差異性不明顯

隨著熱泵系統的推廣應用，各地方也出臺或籌備出臺了相應的技術規范。然而，筆者通過比較部分地區統計結果發現，各個地區對限制性指標的差異不大，許多地區更是直接套用國標標準。這在初期制定階段尚可，但應在未來應用中注重結合地方地質環境，因地制宜，選擇適合本地的熱泵系統類型，并針對性的提出具有區域特色的環境限制指標。例如，可區分不同地源熱泵系統，分別設置技術性和生態學標準。另外，由于不同地區地質、水文條件和技術需求的不同，未來可嘗試動態標準，使限定值更接近未被擾動時的含水層溫度及理化條件，靈活的閾值限制將對不同地區的地源熱泵系統運行更加有利。

5 結語

目前，我國淺層地溫能發展以市場化推動為主，缺乏全面的地質環境監測系統，對其影響尚無法量化。總體來說，地埋管和地下水作為兩種最常見的熱泵類型，對地下環境的影響也略有不同。前者為間接式，將地埋管換熱器理置入地下，利用大地的蓄能進行熱量的排放和吸收，對水文地質影響較小。后者為直接式，制冷劑管路直接與土壤進行熱交換，換熱效率較高，但當回灌效果不好時造成水源浪費和污染的可能性較大，若開采不當更會引起水位下降、地面沉降等水文地質問題。

在合理利用和避免危害方面，各地方政府已具有一定前瞻性。如上海、南京等地區為保護地下水環境，禁止采用地下水地源熱泵；北京開始逐步調整政策支持領域，不再支持地下水地源熱泵，而增加對余熱熱泵供暖的支持；黑龍江、山東等地因地制宜地發展污水源熱泵和地表水源熱泵，并將運行模式逐步從單一的土壤熱源向多系統耦合模式轉變。然而，筆者認為與發達國家相比，我國環境監測系統仍尚以局部、短期的溫度控制為主，缺乏實時、全面的龐大背景數據支持。因此，加強主體設施的配套監測系統建設也應成為下一步淺層地溫能發展的重要部分。我國面臨清潔能源的急迫需求，淺層地溫能發展潛力巨大，若能合理利用可以獲得效益與環境的雙贏，仍需政府的大力扶持。為此地勘部門也應加強介入，以前期勘查評價與實時環境監測為重點，在制度與實施等方面體現主體推動作用，在生態環境協調發展與科學規劃上下功夫，推動淺層地溫能的發展走向以資源為基礎、市場為導向，開發與保護并重的新方向。

[1]曲云霞, 張林華, 崔永章. 地源熱泵及其應用分析[J]. 可再生能源，2002，30(4)：38～42.

[2]朱保華. 地源熱泵的地熱能利用方式及經濟性分析[J]. 潔凈與空調技術，2008，33(3)：44～47.

[3]李明惠，賈玉鶴. 貴陽市地下水源熱泵應用中的環境問題及對策探討[J]. 環境保護與循環經濟，2012，16(12)：46～48.

[4]張超，劉寅，周光輝. 地源熱泵的應用對環境的影響分析[J]. 制冷技術，2008，4(36)：62～64.

[5]章長松. 上海地區土壤源熱泵空調地質環境問題及對策[J]. 制冷空調與電力機械，2010，31 (1)：74～77.

[6]單金龍. 地源熱泵系統的地下換熱器性能測試與模型設計研究——基于我國《地源熱泵系統工程技術規范》[D]. 重慶大學, 2009.

[7]欒英波，鄭桂森，衛萬順. 淺層地溫能資源開發利用發展綜述[J]. 地質與勘探，2013，49(2)：379～383.

[8]肖建華，廖建生，官善友. 武漢市應用地源熱泵技術相關問題的研究[J]. 城市勘測，2006， 21(4)：62～ 64.

[9]吳燁．河南淺層地熱能開發的環境地質問題[J].人民黃河，2012，34(4)：61～65.

[10]冉偉彥，李寧波，楊俊偉，等. 城市淺層地溫能勘查評價工作的幾點啟示[J]. 城市地質, 2014，9(S)：1～3.

[11]廉翔. 地源熱泵空調系統對地下水資源的影響及對策[J]. 華北水利水電學院學報，2004，3 (25)：41～43.

[12]衛萬順，鄭桂森，冉偉彥，等. 淺層地溫能資源評價[M]. 北京：中國大地出版社，2010：135～136. [13]張遠東，魏加華，李宇，等. 地下水源熱泵采能的水-熱耦合數值模擬[J]. 天津大學學報（自然科學與工程技術版），2006，39(8)：909～911.

[14]孫曉明，徐建國，楊齊青，等. 環渤海地區海（咸）水入侵特征與防治對策[J]. 地質調查與研究，2006，29(3)：203～211.

[15]楊麗芝，曲萬龍，劉春華．華北平原地下水資源功能衰退與恢復途徑研究[J]. 干旱區資源與環境，2013，12(7)：8～15.

[16]劉立才，王理許，丁躍元．水源熱泵抽灌井布局及其運行過程中地下溫度變化[J]．水文地質工程地質，2007，34(6)：1～5.

[17]郝治福, 康紹忠. 地下水系統數值模擬的研究現狀和發展趨勢[J]. 水利水電科技進展, 2006，26(1)：77 ～81.

[18]張遠東，魏加華，王光謙. 區域流場對含水層采能區地溫場的影響[J]. 清華大學學報(自然科學版)，2006，46(9)：1518～1521.

[19]LOU Zujiang，WANG Yan，ZHOU Shiling，et al. Simulation and prediction of conditions for effective development of shallow geothermal energy[J]. Applied Thermal Engineering，2015，91：370～376.

[20]匡耀求，黃寧生，吳志峰，等. 大地熱流對中國西部環境與生態演變的影響及其研究意義[J]. 地球科學進展，2003，18(1)：23～25.

[21]倪龍．同井回灌地下水源熱泵源匯井運行特性研巧[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007

[22]北京市地質礦產勘查開發局, 北京市地質勘察技術院. 北京淺層地溫能資源[M]. 北京：中國大地出版社，2008：149～164.

[23]趙靜，閆振鵬，邵景力，等. 河南淺層地熱能開發利用環境影響研究[J]. 中國礦業，2009，18(5)：45～47.

[24]高波，宿輝，沈麗峰. 地源熱泵空調系統對地下水資源的影響及保護措施[J]. 山西水利，2002，18(S)：60～61.

[25]吳燁．地下供水管井過濾管腐蝕結垢試驗[J]. 水電能源科學，2013，31(3)：153～155.

[26]劉翰，陳安國，周吉光，等. 淺層地溫能開發利用的環境效應[J]. 中國國土資源經濟，2013，8(S)：36～39.

[27]賈玉鶴，鐘甦，林宏. 地下水源熱泵的環境問題及對策探討[J]. 環境保護與循環經濟，2008，28(9)：36～39.

[28]王宏，劉嶸，成紅之. 地下水源熱泵空調系統與地下水環境問題的分析——以沈陽地區為例[J]. 工程勘察，2009，37(8)：38～41，46.

[29]郭雙喜. 安陽市地源熱泵空調對地下水環境影響探析[J]. 河南水利與南水北調，2013，68(20)：58～59.

[30]李娟，鄭佳，于湲，等. 熱泵系統運行對地下水質影響探索性研究[J]. 城市地質，2014，9(S)：52～54.

[31]H·hnlein S，Bayer P，Ferguson G，et al. Sustainability and policy for the thermal use of shallow geothermal energy[J]. Energy Policy，2013，59(59)：914～925.

[32]董悅安. 溫度變化對地下水中微生物影響的研究[J]. 勘察科學技術，2008，26(2)：15～18，64.

[33]鄭凱，方紅衛，王里許. 地下水水源熱泵系統中的細菌生長[J]. 清華大學學報(自然科學版），2005，45(12)：1608～1612.

[34]高世軒. 上海地源熱泵系統對地質環境的熱影響分析[J]. 上海國土資源，2012，33(1)：67～70.

[35]魏靜. 上海地區地源熱泵系統對地質環境影響的模擬分析[J]. 暖通空調，2015，45(2)：102～106.

[36]高新宇，范伯元，張宏光，于湲，鄒元霖. 淺層地溫能開發利用對地質環境影響程度的探索性研究[J]. 現代地質，2009，23(6)：1185～1193.

[37]鄒瑜，徐偉，馮小梅. 國家標準《地源熱泵系統工程技術規范》GB50366-2005設計要點解析[C].全國暖通空調制冷2006年學術年會文集，2006：194～198.

[38]張士花. 土壤源熱泵換熱器周圍土壤溫度變化研究[D]. 天津大學，2008.

[39]李魁山，張旭，高軍，等. 樁基式土壤源熱泵換熱器換熱性能及土壤溫升研究[C]. 中國制冷學會2007學術年會論文集，2007：54～59.

[40]李舒宏，張小松，楊偉華，等. 多功能地源熱泵埋管周圍土壤的溫度變化特性[J]. 東南大學學報(自然科學版)，2010，40(5)：979～984.

[41]楊衛波，張蘇蘇. 冷熱負荷非平衡區域土壤源熱泵土壤熱失衡研究現狀及其關鍵問題[J].流體機械，2014，42(1)：80～87.

[42]王艷霞，蔣綠林，高偉. 地源熱泵長期運行對生態環境的影響[J]. 安徽農業科學，2008，36(24)：10671～10672, 10691.

[43]魏智，金會軍，張建明，等. 氣候變化條件下東北地區多年凍止變化預測[J]. 中國科學：地球科學，2011，41(1)：74～84.

[44]AN Shuqing，LI Harbin，GUAN Baohua，et al. China’s Natural Wetlands：past problems, current status and future challenges[J]. Ambio，2007，36(4)：335～342.

[45]韓君偉，董靚. 土壤源熱泵環境影響研究[J]. 四川建筑科學研究，2013，39(3)：331～333.

[46]Haehnlein S，Bayer P，Blum P. International legal status of the use of shallow geothermal energy[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2010，14(9)：2611～2625.

Research on Environmental Effect of Shallow Geothermal Energy Utilization

ZHAO Chenxi, LIU Mingkun, LIU Jiankai, YANG Yanfeng, CHEN Zhezhou
(Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100195)

As a kind of green resource, shallow geothermal energy could reduce pollutant emissions and the environment pressure could be eased to a certain degree. However, its negative influences usually tend to be ignored. Taking groundwater source heat pump system and ground pipe heat pump system as the focus, environmental issues caused by unreasonable utilization were systematically reviewed in this paper. Infuences of the heat pump system on underground power feld, temperature feld, chemical and microbiological environment were also analyzed. In order to restrain the negative infuences caused by heat pump system operation, restrictive indicators and relevant regulations should be consummated urgently. By summarizing international environmentrelated restrictive indicators (technical indicators and ecological indicators) creatively and contrasting domestic standards in different regions, defciencies of indicators establishment such as single standard, weak legally binding and unobvious regional difference in shallow geothermal energy utilization were proposed in this paper. In order to control and mitigate the negative infuences of shallow geothermal energy, the supporting monitoring system construction should be strengthened.

Shallow geothermal energy; Environment; Adverse effect; Restrictive criteria

P641.8

A

1007-1903（2016）04-0015-09

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.003

趙晨曦（1990- ），女，碩士，主要從事工程地質、地質災害研究等工作。E-mail：zhaochenxiswd@126.com.