淺層地熱能的存在形式

(一)地下水

地下水是指地下含水層中的水體。地下水存在于各種自然條件下，其聚集、運動的過程各不相同,因而在埋藏條件、分布規律、水動力特征、物理性質、化學成分、動態變化等方面都具有不同的特點。地下水溫度常年穩定,水量也比較穩定,水質比地表水好,地下水的水溫、水量和水質基本不受外部環境條件的影響，取水也比較容易。

地下水按其埋藏條件可分為3類:上層滯水、潛水和承壓水。

(1)上層滯水。上層滯水埋藏在透水性較好的巖層中,夾有不透水巖層。上層滯水一般埋深較淺,范圍小,儲量小,受季節性影響大,不宜作為儲能含水層。

(2)潛水。潛水是埋藏于地下第一個穩定含水層之上、具有自由表面的重力水。它的上部沒有連續完整的隔水頂板,通過上部透水層可與地表相通,其自由表面稱為潛水面。潛水通過包氣帶與地表水相連通，大氣降水、地表水、凝結水通過包氣帶的空隙通道可以直接滲人補給潛水,所以其水溫受天氣變化影響較大,一般情況下不作為儲能介質。

(3)承壓水。承壓水也叫層間水，它指充滿于上下兩下穩定隔水層之間的含水層中的重力水。承壓水由于有穩定的隔水頂板，水體承受靜水壓力，故沒有自由水面，同時承壓水與地表的直接聯系也被隔絕，所以承壓水的水溫和水質等受外界的影響較小，是季節性儲能的首選介質。

(二)地下土壤

利用地下水作為熱泵的熱源,需要解決水量和回灌等問題,只有在地下水量豐富、有穩定的補給、含水層孔隙率較大的條件下才比較適用。然而在很多地方并不具備這樣的條件。此，可以將一定數量的換熱管埋在地下土壤中,讓水在管內循環流動并通過管壁與地下土壤中的能量采集上來,提供給熱泵,這就是土壤源熱泵。

如果不考慮土壤冷熱平衡的因素，土壤源熱泵在任何地區都可以使用,因為它不受地下水量、水質和回灌等因素的限制,運行更穩定。這是土壤源熱泵與地下水源熱泵相比所具有的主要的優勢。

但與地下水源熱泵相比,它也有一些不足:

①換熱管內的水與土壤之間存在溫差，所含能量的品位低于地下土壤和地下水，使熱泵系統的效率下降,運行成本提高，而且埋設的換熱管越少、管內的水與土壤之間的溫差越大,對熱泵效率的影響也越大;

②由于土壤的熱導率小,因而能流密度小,一般在25W/m左右,換熱管內的水與地下土壤之間的熱交換率很低，在熱泵系統承擔較大的供暖或制冷負荷時,換熱管與地下土壤之間的換熱面積必須足夠大,需要在地下土壤中埋設大量換熱管,不僅造價很高,而且需要較大的場地和空間。

對土壤源熱泵系統影響比較大的因素主要是土壤的溫度和土壤的傳熱性能。不同的地質條件不僅對傳熱性能有很大影響,對系統造價也有很大的影響。