北京市地热资源丰富，根据北京市地勘局的《北京平原区浅层低温能资源地质勘查》报告，北京平原区3~150m深度范围内的浅层地温能资源量，探获静态资源量每年折合6620万t标准煤，由于可循环再生，开采年限若按100年计算，则相当于66.2亿t标准煤。据统计，目前北京市公共建筑为1.6亿多m2，其中许多建筑没有采取节能措施；而北京市1990年以前建成的非节能住宅有9379万m2，其中60%以上需要对其围护结构和供热系统进行改造。由此可见，北京市地热资源推广应用的潜力巨大。
1 北京市地源热泵应用现状
据统计，截止到2010年底北京市地源热泵项目数量已达到724个，实现供暖、制冷建筑物面积约为1957万m2。北京市地源热泵项目分布情况见图1。
地热能资源利用项目在北京市各区县均有应用，其开发利用方式和分布特征呈以下特点。
1.1 开发利用方式以地下水地源热泵为主
北京市地源热泵项目中，地下水地源热泵项目数量515个，实现供暖、制冷建筑物面积约为1209万m2，占62%，地埋管地源热泵项目209个，实现供暖、制冷建筑物面积约为748万m2，占38%。
图1 北京市地源热泵项目分布图
1.2 地热能资源开发利用项目以公共建筑为主
地源热泵项目适用的建筑类型很广，包括公共建筑、普通住宅、温室大棚和景观水池等，北京市的项目应用以公共建筑为主，其服务面积约占总服务面积的73.6%。北京市地源热泵项目服务建筑类型见图2。
图2 北京市地源热泵项目服务建筑类型百分比图
1.3 项目规模大小不一，分布不均
地下水地源热泵项目主要分布在海淀、朝阳、丰台区，占服务面积总数的53.6%（图3）；而地埋管地源热泵项目主要分布在顺义、海淀、朝阳三区，占服务面积总数的61.7%（图4）。地源热泵项目的规模以1~5万m2的中小建筑为主，最大项目规模为46万m2。
图3 北京市地下水地源热泵项目分布百分比图
图4 北京市地埋管地源热泵项目分布百分比图
2 地源热泵节能效益分析
根据北京市地勘局《北京平原区浅层地温能资源地质勘查报告》中对北京市地源热泵项目的调研分析。计算结果，地源热泵采暖季每平方米每天平均耗电量为0.245kWh；制冷季每平方米每天平均耗电量为0.155kWh。
根据地源热泵项目的供暖、供冷面积和运行电耗，计算建筑物每平方米每天消耗的电能（按每年制冷90天，采暖120天），得到地源热泵项目每年平均的采暖和制冷能耗。因为建筑物在使用地源热泵制冷和供暖时，主要消耗的是电能，在进行能耗分析时，统一为建筑物每平方米每天消耗的电能（单位kWh/（m2·d））。把地源热泵项目采暖中消耗的电力按发电煤耗法折合为标准煤（折合系数参考2009年全国平均火力发电煤耗，即1kWh电力折合为321gce），即地源热泵采暖季平均能耗为9.52kgce/（m2·季）；制冷季平均耗电量为4.48kgce/（m2·季）。因末端风机盘管或新风机组的电耗多数没有单独计量故没有计算其能耗。
不同采暖方式能耗数据见表1，其中城市热力、燃煤锅炉房和燃气锅炉房的数据取自《北京市“十二五”时期民用建筑节能规划》，燃油和电力采暖能耗数据按北京市供热协会2008年、2009年采暖季不同供热方式面积比加权平均得出。
表1 不同采暖方式能耗结果比较
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采暖方式 分项目 |
城市热力 |
燃煤锅炉房 |
燃气锅炉房 |
燃油锅炉房 |
电力 |
地源热泵 |
|
折算能耗kgce/（m2·季） |
15.62 |
21 |
13.24 |
15.43 |
28.08 |
9.52 |
由表1可得，地源热泵采暖能耗的平均为9.52kgce/（m2·季），低于其他几种采暖方式供热平均能耗，节能效果显著。与其他采暖方式比较，年节能量最高达到194.96%。
电制冷是目前中央空调制冷的主要形式。其中，常规冷水机组中央空调的能耗数据取自《中国建筑节能年度发展研究报告2008》，空调电耗按19.8kWh/（m2·季）计算，折算标准煤6.36kgce/（m2·季）。地源热泵制冷平均能耗为4.48kgce/（m2·季），与常规冷水机组的能耗相比，节能量达到41.96%，大大降低了制冷能耗。
3 地源热泵节能减排对比分析
通过采暖和制冷能耗对比分析，可得不同供暖制冷方式的年能耗，详细数据结果见表2。地源热泵系统形式的节能效果明显，与常规的供暖制冷方式（城市热力+冷水机组）相比，年节能量为57%；与电锅炉+冷水机组相比，年节能量最高达到146%。
表2 不同采暖+制冷方式折算标准煤能耗比较
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能耗 系统形式 |
采暖折算标准煤kgce/（m2·a） |
制冷折算标准煤kgce/（m2·a） |
折算标准煤kgce/（m2·a） |
|
地源热泵 |
9.52 |
4.48 |
14.0 |
|
城市热力+冷水机组 |
15.62 |
6.36 |
21.98 |
|
燃煤锅炉房+冷水机组 |
21 |
6.36 |
27.36 |
|
燃气锅炉房+冷水机组 |
13.24 |
6.36 |
19.6 |
|
燃油锅炉房+冷水机组 |
15.43 |
6.36 |
21.79 |
|
电锅炉+冷水机组 |
28.08 |
6.36 |
34.44 |
染物减排按每燃烧1tce排放二氧化碳约2.6t，二氧化硫约24kg，氮氧化物约7kg计算。地源热泵与常规的供暖制冷方式（城市热力+冷水机组）相比（以截止到2010年底地源热泵实现供暖、制冷建筑物面积约为1957万m2的统计数据计算），每年可节约15.6万tce，相当于每年减少二氧化碳约40.56万t，二氧化硫约3744t，氮氧化物约1092t。
当然使用条件、入住率、设备效率衰减等诸多因素都会影响建筑物的实际采暖和制冷能耗，且地源热泵系统的冷热源部分对主机系统的运行效率有较大影响，也会直接影响运行能耗。因此，在进行地源热泵应用推广时，应结合建筑物实际能耗进行热负荷计算，并结合建筑地下地温场、地质构造、含水层分布等地热条件进行评估。
4 结论
4.1 北京市地热资源推广潜力巨大
北京市地源资源潜藏量大，而在1990年以前建成的非节能住宅有9379万m2，其中60%以上需要对其围护结构和供热系统进行改造。
4.2 应用地源热泵节能效益显著
地源热泵系统形式的节能效果明显，与常规的供暖制冷方式（城市热力+冷水机组）相比，年节能量为57%；与电锅炉+冷水机组相比，年节能量最高达到146%。
4.3 应用地源热泵减排效益明显
地源热泵与常规的供暖制冷方式（城市热力+冷水机组）相比（以截止到2010年底地源热泵实现供暖、制冷建筑物面积约为1957万m2的统计数据计算），每年可节约15.6万tce，相当于每年减少二氧化碳约40.56万t，二氧化硫约3744t，氮氧化物约1092t。