城市地区浅层地温能评价方法探讨

■张吉波

（河南省地矿局第二地质环境调查院 河南 郑州450053）

城市地区浅层地温能评价方法探讨

■张吉波

（河南省地矿局第二地质环境调查院 河南 郑州450053）

在可靠的地源热泵技术支持下，现代化城市建设中对于浅层地温资源利用效率正在不断地提高。在此形势影响下，结合可持续发展战略的具体要求，为了使浅层地温能得到最大限度地开发利用，需要采取有效的方法进行合理地评价。在具体的评价过程中，应结合城市地区地温能实际的开发状况及存储量，促使这些评价方法使用中能够达到预期的效果，为城市进程化的加快提供可靠地保障。基于此，本文将对城市地区浅层地温能评价方法进行必要地探讨，以便为相关的研究工作开展提供一定的参考依据。

地热热泵技术浅层地温能评价方法开发状况存储量

作为一种重要的地热资源，浅层地温能开发利用效率的提高，有利于推动城市经济的稳定发展，为人们日常的生产生活提供更多的便利。我国的浅层地温能存储量大，分布范围广，相关的开发技术在实际的应用中取得了良好的作用效果，为这种清洁性资源实际应用范围的扩大打下了坚实的基础。因此，为了更好地开发利用城市城区浅层地温能，需要采取必要方法进行合理地评价，为不同地质环境条件下浅层地温能的开发效率提供可靠的参考信息。

1 浅层地温能资源存储量方面的计算评价

在对浅层地温能资源存储量评价的过程中，主要的评价内容包括：（1）通过开展地质勘查作业，结合水文地质的勘查结果及相关的技术资料，确定出勘查去地热地质条件、水文地质特性等；（2）对浅层地热能的存储量及分布范围进行全面的勘查，掌握这种能源开发区域的地下水动态变化的规律及水质状况等；（3）结合现有的参考资料及分析数据，确定岩土体的热导率与比热容大小；（4）在可靠的地温调查方法支持下，查明地温分布及整体的动态变化规律，并确定有关恒温带深度与温度的重要参数；（5）在具有鲜明特征的浅层地温能开采区域开展必要的回灌试验及原位热传导试验，确定含水层的渗透系数；（6）对浅层地温能的热成原因进行深入地分析。

在对浅层地温能开采区开展原热传导试验时，需要在预先设置好的钻孔中埋设一定数量的导管，并做好回填工作，通过对导管中循环流动水进行不断地加热，可以测定出其中水的流量大小、温度变化范围、加热功率等，并在相关数据的支持下计算岩土体的导热系数。具体试验开展中需要对水的压力变化、流量变化及温度变化三者之间的关系进行确定，结合数值模拟分析法的作用确定热导率大小。运用数值法再现原位热传导试验完成相关参数的分析工作时，需要对试验设备进行全面的检修，增强试验区观测孔设置的合理性。

通过对浅层地温能的存储量及利用量的深入分析计算，有利于增强这种资源整体的评价效果。在对其中的区域浅层地温能深度范围评价的过程中，应该将这种深入范围控制在小距离恒温带200m的范围内，具体的深度大小需要结合相关工程的实际需求确定。与此同时，浅层地温能资源一般利用温差在5℃一15℃,地下水利用后的温度应在0℃以上。通过对温差的有效分析，能够对浅层地温能存储量的查明提供必要的参考信息。

地球内部的高温热能以传导、对流方式向地表传递。在地表测量的大地温度是地球内热量最为直接的显示。地面的大地热流值一部分来源于地壳浅部放射性元素衰变所产生的热能,其值随地质条件而变化另一部分是来自上地慢的热能,与岩石的热导率有关。评价区域浅层地温能的可利用量应该以大地热流值为依据。我国的大地热流研究始于70年代,目前已累计获得了近千个大地热流测量数据。中国的大地热流的特征是西南最高,为70-85mW/m2，西北最低 43-47mW/m2，华北与东北为 59-63mW/m2，华南为66-70mW/m2。大地热流值采用恒温带以下地温数据和热导率数据进行计算。

利用热流量法可以对城市地区浅层地温能的可利用资源量进行有效地评价，从而为相关的管理活动提供一定的参考依据。采取大地热流计算浅层地温能可利用量大小时，主要的计算公式为：

式（2）中，地热能可利用量用表示，单位为kW；地下水循环利用量用 表示，单位为m3/d；地下水利用温差用 表示，单位为℃；水的比热容用Cw表示，单位为kJ/kg；水的密度用示，单位为kg/m3。

2 地源热泵系统地下水水质评价

浅层地温能利用系统中热泵机组对地下水水质的基本要求是:澄清、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、无结垢、不阻塞等。地下水对热泵机组的有害成分有:铁、锰、钙、镁、二氧化碳、溶解氧、氯离子、酸碱度等。地下水地源热泵水质要求,可采用热泵机组用地下水水质标准。地下水质量可靠性评价过程中,应采取抽水水样和回灌水样。水试样应及时试验,清洁水放置时间不超过72小时,稍受污染的水不宜超过48小时,受污染的水不宜超过12小时。水质参照《地下水质量标准》进行评价。对水和土的腐蚀性参照《岩土工程勘察规范》中有关内容进行评价。

地下水对管线及各种基础设施腐蚀影响的评价过程中，主要利用的是挂片试验，对不同材料作用下的腐蚀程度进行综合地评估。合理地利用腐蚀系数，可以对地下水腐蚀造成的影响进行深入地分析。相关的评价方法主要包括：（1）半腐蚀性水：腐蚀系数Kk＞0,其中的K+0.0503Ca2+＞0；（2）腐蚀性水：腐蚀系数Kk＞0；（3）腐蚀系数Kk＜0。与此同时，通过开展合理的防垢试验，可以为地下水的结垢性进行综合地评价，从而对浅层地温能做出合理地评价。

3 浅层地温能利用环境评价

作为一种重要的清洁性能源，浅层地温能在实际的应用中为生态环境质量的提高带来了重要的保障作用。因此，需要在可靠的评价方案作用下对浅层地温能开发利用、工程设计等不同的方面对周围环境的影响做出合理地评价，从而为系统运行中可能产生的环境效应进行综合地评估，最大限度地提高这种清洁性能源的实际利用效率。在具体的评价过程中，主要遵循的原则是满足保护地质环境的多样化需求，结合浅层地温能系统的性质、生产工艺及其它的设备性能等，通过对地质条件分析中相关数据的合理运用，对浅层地温能利用环境影响做出科学地评价。浅层地温能开发环境影响评价的工作程序包括收集整理历史资料；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；通过对这些方面的综合评价，可以增强浅层地温能利用环境评价效果。

4 浅层地温能利用价值大小的经济性评价

在具体的评价工作开展中，需要从投资成本、运行规模大小、实际经济收益等方面进行重点地考虑，促使城市地区浅层地温能得到最大限度地开发，满足可持续发展战略的具体要求。

各种设备管理系统、室外换热系统及室内空调系统共同组成了完善的地源热泵工程。因此，在实施评价机制的过程中，需要对这些系统的正常运行进行深入地分析，增强浅层地温能利用价值大小的经济性评价实际作用效果。像各种循环泵组、补水系统、自动化电气设备控制装置等，都属于机房设备系统的重要组成部分；换热基础设施中的各种管线、钻孔等，属于室外换热系统的组成部分；各种管道、风盘等，属于室内空调系统的组成部分。评价过程中需要从这些系统运行时的耗电成本、管理成本、检修成本、实际效益大小、综合效益评估等方面进行重点地评价，确保浅层地热能系统工程施工计划能够顺利地实施。在对实际收益大小评价的过程中，需要计算出其中的建筑面积大小、每年的采暖费及制冷费总费用，除去相关的生产成本，确定最终的收益，从而对浅层地温能利用价值高低做出必要地评价。综合效益评估的过程中，应采用现金流量法计算出静态与动态投资回收期、相关项目的财务内部收益率、净收益值大小等重要的经济性参数，对整体的效益大小做出合理地评价。

5结束语

随着现代化城市的快速发展，浅层地温能的开发利用越来越受到相关研究人员的重视，一定程度上为地热资源利用效率的提高带来了重要的保障作用。浅层地温能的存储量大、开发成本低、节能环保效果良好，具有良好的市场应用前景。因此，需要利用可靠的评价方法对城市地区浅层地温能进行综合地评价，加强对这种清洁性能源的合理利用。文中从不同的方面对城市城区浅层地温能评价方法的合理使用进行了必要地探讨，客观地说明了做好这项研究工作对于浅层地温能有效使用的重要性。

[1]关锌.地热资源经济评价方法与应用研究 [D].中国地质大学,2014，（05）.

[2]邓鼎兴.地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价 [D].中国地质大学, 2015，（03）.

[3]龙娇.重庆地区浅层地温能开发利用适宜性分区研究 [D].重庆交通大学,2012，（02）.

[4]郑声涛.延庆盆地浅层地温能资源开发适宜性研究 [D].中国地质大学 (北京),2015，（05）.

[5] 湲于 .北京市浅层地温能开发利用地质环境影响评价参数研究 [D].中国地质大学（北京）,2014，（12）.

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-12-17-2