2025工程行业地热能在建筑工程中的应用研究

2025工程行业地热能在建筑工程中的应用研究摘要在“双碳”目标深入推进与能源结构转型加速的背景下，地热能作为清洁、可再生能源的重要组成部分，在建筑工程领域的应用潜力持续释放本研究以2025年工程行业视角为切入点，通过总分总结构，结合递进式与并列式逻辑，系统梳理地热能在建筑工程中的应用基础、发展现状、核心挑战、解决路径及未来趋势研究表明，地热能在建筑工程中具有显著的节能效益与环境价值，但需突破技术优化、成本控制、政策协同等瓶颈通过技术创新、模式创新与政策引导，地热能有望成为2025年及未来建筑行业低碳化转型的核心支撑技术之

一一、引言地热能在建筑工程应用的时代意义

（一）研究背景与现实需求建筑行业作为国民经济的支柱产业，其能耗占全国总能耗的20%以上，其中供暖、制冷、生活热水等终端能耗占比超60%（据《中国建筑节能年度发展研究报告2024》）传统化石能源（煤、气、电）在建筑领域的应用不仅加剧碳排放，还面临资源约束与环境压力2025年，随着“十四五”规划进入收官阶段，国家对能源结构调整的要求更加明确，“可再生能源替代行动”“建筑领域碳达峰实施方案”等政策密集出台，地热能作为“零碳排放”的清洁能源，其在建筑工程中的规模化应用成为破解建筑高能耗问题的关键路径地热能具有储量大、分布广、稳定性高的特点，在建筑工程中可实现供暖、制冷、生活热水等多场景需求，且系统运行寿命长达50年以上，全生命周期碳排放较传统能源降低80%-90%（中国地质调查局第1页共12页《地热资源开发利用现状与展望》）然而，当前地热能在建筑工程中的应用仍处于探索阶段，技术落地、成本控制、标准体系等问题亟待解决本研究聚焦2025年工程行业视角，旨在全面分析地热能在建筑工程中的应用现状与潜力，为行业发展提供参考

（二）研究框架与逻辑结构本研究以“理论基础—发展现状—挑战对策—未来趋势”为递进主线，采用“问题导向—解决方案—前景展望”的逻辑闭环具体分为五个部分基础理论与资源禀赋阐述地热能分类、技术特性及我国资源分布，为应用提供理论支撑；发展现状与典型模式分析2025年前地热能在建筑工程中的应用规模、技术进展及典型案例；核心挑战与瓶颈分析从技术、经济、政策、认知四个维度剖析当前应用的制约因素；关键对策与路径优化针对挑战提出技术、经济、政策、市场层面的协同解决策略；未来趋势与展望结合2025年技术发展与政策导向，预测地热能在建筑工程中的应用方向

二、地热能在建筑工程应用的基础理论与资源禀赋

（一）地热能的分类与技术特性地热能是来自地球内部的可再生能源，根据其分布与利用方式，可分为三类浅层地热能（0-200米）主要源于太阳能转化的地表低温热能，通过地埋管换热器与建筑进行热交换，适用于中小型建筑供暖制冷其特点是温度稳定（10-25℃）、能量密度低（

0.1-

0.5W/m³），第2页共12页但资源分布广泛，无需复杂钻井，是建筑工程中最常用的地热能形式中深层地热能（200-3000米）通过开采地下热水或蒸汽，直接用于供暖、制冷或发电中深层地温梯度较高（25-30℃/km），资源能量密度大（10-100W/m³），但需通过人工回灌维持可持续性，适用于大型公共建筑或区域能源系统增强型地热系统（EGS）针对地质条件复杂区域（如缺乏自然热储的沉积盆地），通过人工压裂形成热储层，实现地热资源的高效开发该技术是未来地热能规模化应用的关键方向，但技术难度高、成本昂贵，目前仍处于试验阶段在建筑工程中，地热能的应用技术以“地源热泵系统”为核心，包括地埋管地源热泵（水平/竖直埋管）、地下水地源热泵、地表水地源热泵等其中，竖直地埋管地源热泵因对地表空间占用小、换热效率高，在城市建筑中应用最广（占比约70%）

（二）我国地热能资源分布与潜力我国地热资源总量丰富，据《中国地热资源评估报告

（2023）》，埋深1000米以浅的浅层地热能可开采量达每年

2.7×10¹⁵MJ，相当于20亿吨标准煤；埋深3000米以浅的中深层地热资源可开采量达每年

8.1×10¹⁵MJ，开发潜力巨大资源分布呈现“东密西疏、南热北冷”的特点华北地区沉积盆地广布，地热资源以中深层热水为主，北京、天津、河北等地已形成成熟的地热供暖网络，单井出水量可达100-300m³/h；西北地区盆地型地热资源丰富，陕西、甘肃等地浅层地热能开发潜力大，且地质条件稳定，适合规模化应用；第3页共12页西南地区板块活动活跃，地热资源以温泉、沸泉等形式出露，西藏、云南等地已开发地热发电与供暖项目；东南沿海浅层地热能受海洋气候影响，温度波动小，广东、福建等地通过“地埋管+光伏”复合系统实现能源协同利用区域资源禀赋差异决定了地热能在建筑工程中的应用路径需因地制宜，例如华北以中深层地热为主，东南沿海以浅层地热能为主，西南地区可探索地热与旅游、农业的融合应用

三、2025年前地热能在建筑工程应用的发展现状与典型模式

（一）发展现状从试点探索到规模化起步2015-2025年是地热能在建筑工程应用的快速发展期，政策推动与技术进步共同驱动行业突破政策支持体系逐步完善国家层面出台《地热能开发利用“十四五”规划》《关于促进地热能开发利用的若干意见》等文件，明确2025年地热能建筑应用面积达5亿平方米的目标；地方层面，北京、河北等地实施“地热供暖电价补贴”“节能改造资金支持”等政策，降低项目初始投资门槛应用规模持续扩大截至2023年底，全国地热能在建筑工程中的应用面积超

3.2亿平方米，其中地埋管地源热泵系统占比65%，中深层地热供暖占比25%，地表水地源热泵占比10%典型案例包括北京奥林匹克公园地埋管系统（供暖面积120万平方米，节能率40%）、雄安新区地热供暖项目（覆盖15平方公里，年减排二氧化碳12万吨）技术成熟度显著提升地埋管换热器传热效率优化（采用PE-RTII型管材，换热系数提升15%-20%）、智能控制系统应用（通过AI算法动态调节水泵频率，系统能效提升10%-15%）、地源热泵与光伏/风第4页共12页电耦合技术（降低系统碳排放20%以上）等技术创新，推动地热能在建筑工程中的经济性提升

（二）典型应用模式分场景差异化落地地热能在建筑工程中的应用需结合建筑类型、规模、地质条件选择最优模式，当前已形成三类典型模式

1.公共建筑大型地埋管+区域能源站模式适用于医院、学校、办公楼等大面积、高负荷建筑，通过地埋管系统与区域能源站结合，实现能源共享与梯级利用案例上海某三甲医院（总建筑面积35万平方米）采用竖直地埋管地源热泵系统，打井1200口（埋深150米），系统总装机容量15MW，年供暖制冷量

1.2×10⁷kWh，较传统中央空调系统节能35%，年减少碳排放8640吨优势单系统服务多栋建筑，降低设备重复投资；地埋管系统与建筑结构一体化设计，减少地表空间占用

2.居住建筑户式地源热泵+土壤修复模式适用于独栋别墅、高密度小区，利用浅层地热能满足家庭供暖制冷需求，同时可结合土壤热失衡修复技术，延长系统寿命案例杭州某高端小区（200栋别墅）采用户式水平地埋管系统（埋深2米，水平管长150米/户），配合光伏板提供辅助能源，单户年均运行费用比燃气供暖低40%，土壤热修复通过“夏季供冷+冬季供暖”动态调节，实现土壤热量平衡优势户式系统灵活性高，可独立控制；与建筑景观融合（如埋管区域改造为绿化），提升居住体验

3.工业建筑中深层地热+工艺加热模式第5页共12页适用于温室、食品加工、纺织等工业场景，利用中深层地热的高温特性（60-100℃）直接替代燃煤/燃气加热工艺案例山东某农业科技园（10万㎡温室）采用中深层地热井（井深800米，水温65℃），通过换热器提供温室供暖与灌溉加热，年替代标煤

1.2万吨，减少碳排放3000吨，系统投资回收期5年优势高温地热直接利用，无需额外动力；与农业、工业生产结合紧密，降低综合能耗

四、当前地热能在建筑工程应用的核心挑战与瓶颈尽管地热能在建筑工程中取得一定进展，但受技术、经济、政策等多重因素制约，大规模推广仍面临挑战

（一）技术层面系统设计与长期稳定性不足地埋管换热器效率受地质条件影响大不同区域土壤导热系数、含水率差异显著，传统设计方法（如经验公式计算）易导致换热效率偏差例如，在东北冻土区，地埋管换热器因土壤冻融循环易出现堵塞，换热效率降低20%-30%；在南方高含水率黏土区，易发生管道腐蚀，影响系统寿命系统集成与智能控制技术滞后地源热泵系统需与建筑负荷、气象条件、辅助能源（如太阳能）协同运行，但现有智能控制系统多为单一设备控制，缺乏全局优化算法数据显示，约30%的地源热泵系统因控制不当导致能效比（COP）低于设计值15%-20%中深层地热回灌技术成本高地下水地源热泵系统需通过回灌井维持地下水位平衡，但回灌井易因地质结垢（如碳酸钙沉淀）堵塞，回灌成功率不足60%，单井维护成本达5000-10000元/年，增加项目长期运营压力

（二）经济层面初始投资高与融资渠道单一第6页共12页初始投资是传统空调系统的

1.5-2倍以1万平方米建筑为例，地埋管地源热泵系统初始投资约800-1200元/㎡，而传统空气源热泵系统仅需500-700元/㎡高昂的初始投资导致地热能在中小型项目中缺乏竞争力，例如某1000户小区地埋管项目需额外投入2000-3000万元，普通开发商难以承担融资模式依赖政府补贴，市场化机制缺失当前80%的地热能建筑项目依赖政府补贴（如中央财政补贴30%、地方配套50%），市场化融资（如绿色信贷、融资租赁）占比不足20%由于项目回报周期长（通常8-12年），银行对其风险评估严格，导致融资难、融资贵问题突出运营维护成本被低估地埋管系统年维护费用约为初始投资的1%-2%（如清洗、管道检修），而传统空调系统维护费用更低某项目运营数据显示，地埋管系统运行5年后需更换部分管道，单平方米维护成本达150-200元，进一步增加用户负担

（三）政策层面标准体系不完善与监管不到位设计施工标准缺失，技术规范不统一目前地热能在建筑工程中的设计规范仍以地源热泵为主，但缺乏针对不同地质条件（如高原、沿海）的专项标准例如，西藏高海拔地区地埋管换热器埋深、北京软土区管道防腐等问题尚未形成统一技术要求，导致项目质量参差不齐审批流程复杂，跨部门协调难度大地热能项目涉及自然资源（打井许可）、住建（设计审查）、环保（回灌监管）等多部门审批，审批周期长达3-6个月，部分地区甚至出现“多头管理”现象，降低项目推进效率第7页共12页激励政策持续性不足，市场预期不稳定部分地方政府补贴政策因财政压力“断档”，导致项目投资方对长期收益信心不足例如，2022年某省因财政调整取消地热能项目补贴后，后续开工项目数量下降40%

（四）认知层面行业认知与用户接受度低设计与施工方技术能力不足地热能系统设计需综合考虑地质勘察、热负荷计算、系统优化等多环节，但多数建筑设计院缺乏地热能设计经验，导致“重设备选型、轻系统集成”问题，影响系统实际运行效果用户对技术可靠性存在顾虑调查显示，60%的潜在用户担心地源热泵系统“维修难、成本高”，80%的用户更倾向于选择熟悉的空气源热泵技术例如，某开发商调研发现，在同等成本下，选择地埋管系统的客户占比仅15%

五、推动地热能在建筑工程应用的关键对策与路径针对上述挑战，需从技术、经济、政策、市场四个维度协同发力，构建“创新驱动、政策引导、市场主导”的发展体系

（一）技术优化提升系统效率与适应性智能化设计与施工技术研发开发基于机器学习的地埋管系统优化设计平台，通过土壤热响应测试数据与建筑负荷模型，自动生成最优埋管方案（如埋深、管径、间距），将换热效率提升10%-15%；推广“模块化施工”技术，采用预制地埋管单元（工厂预制+现场组装），缩短施工周期30%，降低人工成本20%中深层地热回灌技术突破第8页共12页研发低能耗回灌设备（如变频回灌泵、反冲洗系统），解决回灌井堵塞问题，将回灌成功率提升至85%以上；探索“化学+物理”复合回灌技术，在回灌水中添加阻垢剂（如聚羧酸类），降低结垢风险，单井维护成本降低30%多能互补系统集成推广“地源热泵+太阳能光伏”复合系统，利用光伏供电驱动辅助设备，系统COP提升15%-20%，碳排放降低25%；开发“地热能+工业余热”耦合技术，在工业园区实现地热与余热协同供暖制冷，提高能源综合利用率

（二）经济创新降低成本与拓宽融资渠道创新商业模式与成本控制推广“合同能源管理（EMC）+融资租赁”模式，由第三方企业投资建设地热能系统，建筑方按节能收益支付费用，降低初始投资压力；规模化应用带动成本下降，预计2025年地埋管地源热泵系统单位投资可降至600-800元/㎡，接近传统空调系统水平完善市场化激励政策建立“阶梯式补贴”机制，对节能率超40%的项目给予更高补贴（如中央补贴40%、地方配套60%），对区域能源站项目额外奖励5%；发行“地热建筑应用专项债券”，由政府贴息，金融机构提供低息贷款，期限延长至15年，降低融资成本建立长期运营保障机制设立地热能系统运维基金，按项目初始投资的2%/年提取，用于系统检修与升级，保障系统长期稳定运行；第9页共12页推广“性能合同”模式，要求施工方对系统能效进行承诺（如COP不低于设计值的90%），未达标者承担赔偿责任

（三）政策协同健全标准与简化审批完善技术标准体系制定《地热能建筑应用技术标准》，针对不同地质条件（冻土区、软土区、高海拔区）细化设计参数，明确地埋管换热器、回灌井施工规范；发布《地源热泵系统能效评估指南》，建立“设计-施工-运行”全周期能效跟踪机制，淘汰低效设备与技术优化审批流程与跨部门协作推行“地热能项目审批一站式服务”，整合自然资源、住建、环保等部门审批事项，审批时限压缩至1个月内；建立“区域评估”制度，对工业园区、新城片区提前完成地热资源普查与规划，降低单个项目审批成本加强政策执行与监管建立地热能项目绩效评价体系，定期评估节能效益与碳排放减少量，未达标的项目收回补贴资金；对地方政府补贴政策实行“年度考核”，连续两年未落实政策的地区暂停下一年度补贴资格

（四）市场培育提升认知与引导需求强化行业技术培训与示范开展“地热能建筑应用工程师”培训，每年培养5000名专业技术人员，提升设计与施工能力；第10页共12页建设100个国家级地热能建筑应用示范项目（如北京冬奥会地热示范工程、雄安新区地热供暖示范），通过实地观摩、案例宣讲增强行业信心加强用户宣传与教育制作《地热能建筑应用科普手册》，通过社区讲座、短视频等形式，普及地热能“零碳排放、低维护”优势；建立“地热能项目用户评价平台”，公开项目运行数据（如COP值、运行费用），增强用户信任度

六、2025年后地热能在建筑工程应用的未来趋势与展望

（一）技术智能化AI与物联网深度融合未来地热能在建筑工程中的应用将向“智能+高效”方向发展AI优化控制系统通过物联网传感器实时采集土壤温度、建筑负荷、气象数据，AI算法动态调节地埋管水泵频率、辅助能源出力，系统COP预计提升至

5.0以上（当前为

3.5-

4.0）；数字孪生技术应用构建地热能系统数字模型，模拟不同运行工况下的能耗与碳排放，实现系统全生命周期优化管理，运维成本降低25%

（二）模式模块化预制化与集成化发展模块化地源热泵机组采用“地埋管+热泵+智能控制”一体化模块设计，工厂预制后现场组装，施工周期缩短至1个月内，成本降低15%；区域能源站升级在城市新区建设“地热+光伏+储能”多能互补区域能源站，实现“冷热电”三联供，服务半径扩大至5公里，能源利用效率提升至85%以上

（三）应用低碳化全生命周期碳管理第11页共12页全生命周期碳排放分析建立地热能建筑项目“从勘探到拆除”的碳足迹模型，将碳排放纳入项目评价体系，推动地热能成为建筑领域碳抵消的核心手段；绿电与地热能协同结合“光伏建筑一体化（BIPV）”，利用太阳能为地埋管系统供电，实现“地热能+绿电”双碳目标，2025年新建项目绿电占比将超30%

（四）行业协同化跨领域融合发展地热+建筑+智慧城市将地热能系统接入城市智慧能源平台，与交通、工业、农业等领域能源需求联动，形成“区域能源互联网”；地热+乡村振兴在农村地区推广户式地源热泵系统，结合“煤改电”“煤改气”政策，解决北方农村冬季供暖污染问题，助力乡村低碳转型

七、结论地热能作为建筑领域实现“双碳”目标的关键清洁能源，在2025年工程行业背景下，其应用已从试点探索进入规模化发展阶段尽管面临技术优化、成本控制、政策协同等挑战，但通过智能化技术创新、市场化机制构建、标准化体系完善与用户认知提升，地热能在建筑工程中的应用潜力将得到充分释放未来，随着AI控制、数字孪生、多能互补等技术的突破，地热能有望成为建筑行业低碳化、智能化转型的核心支撑，为实现“碳达峰、碳中和”目标提供坚实保障（全文约4800字）参考文献（略）（注实际报告中需补充具体文献、数据来源及案例详细资料）第12页共12页。