西安地區(qū)土壤源熱泵地埋管換熱的巖土影響因素區(qū)域分布

官燕玲，張小剛，梁草茹，王　瑋，張宇昊

(長(zhǎng)安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安　710054)

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西安地區(qū)土壤源熱泵地埋管換熱的巖土影響因素區(qū)域分布

官燕玲，張小剛，梁草茹，王瑋，張宇昊

(長(zhǎng)安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安710054)

針對(duì)土壤源熱泵地埋管換熱的巖土影響因素,對(duì)淺層巖土進(jìn)行影響因素區(qū)域分布研究。以西安市主城區(qū)為例,統(tǒng)計(jì)分析得到淺層巖土結(jié)構(gòu)分布;應(yīng)用Surfer模擬軟件,對(duì)水位監(jiān)測(cè)井的信息進(jìn)行分析,得到潛水位深度分布;并選點(diǎn)進(jìn)行多個(gè)巖土熱響應(yīng)試驗(yàn),依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,分析該區(qū)域的淺層巖土熱物性參數(shù)分布規(guī)律,并得到其溫度分布。影響因素分布規(guī)律顯示，該區(qū)域各地貌單元淺層巖土結(jié)構(gòu)有明顯不同;潛水位埋深一般為5～25 m,但黃土塬潛水位較深,可達(dá)60 m;黃土塬區(qū)域的綜合導(dǎo)熱系數(shù)明顯小于其他地貌區(qū)域;研究區(qū)域地下深20～120 m,平均溫度分布值為16℃～18℃,溫度梯度分布值為(1.5～3.9)×10-2℃/m。

土壤源熱泵；地埋管換熱；巖土熱物性；巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)；區(qū)域分布

土壤源熱泵是一種淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù),它通過(guò)地下埋管中流體的閉式循環(huán)(見(jiàn)圖1),實(shí)現(xiàn)與周?chē)寥赖臒峤粨Q,從而為建筑供冷、供熱。該項(xiàng)技術(shù)對(duì)節(jié)能減排、低碳城市發(fā)展具有重要意義。

圖1　豎直U形地埋管示意圖Fig.1　Schematic diagram of vertical U-shaped buried tube

土壤源熱泵豎直U形地埋管埋深一般在100～120 m,也有達(dá)到150 m深的。埋管向下穿過(guò)包氣帶、飽水帶,地下潛水位為包氣帶、飽水帶的分界面[1]。土壤源熱泵系統(tǒng)的性能主要取決于地埋管換熱器的換熱性能,埋管換熱是一個(gè)非常復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過(guò)程,其主要影響因素包括巖土換熱條件以及系統(tǒng)本身的條件。巖土換熱條件包括巖層結(jié)構(gòu)、地下潛水位、巖土溫度等[2-6]。根據(jù)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范要求[7],在地源熱泵工程設(shè)計(jì)之前,首先要進(jìn)行巖土熱響應(yīng)試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn),得到巖土初場(chǎng)溫度、巖土綜合導(dǎo)熱系數(shù)和容積比熱容,即熱物性參數(shù),將其作為土壤源熱泵工程設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。

巖土換熱條件是地埋管換熱的重要影響因素，然而，目前對(duì)城市區(qū)域的淺層巖土有關(guān)換熱因素的研究信息非常匱乏,尤其是巖土熱物性參數(shù)，容易造成土壤源熱泵技術(shù)推廣的盲目性。因此，該文提出對(duì)城市淺層巖土的熱物性進(jìn)行區(qū)域分布探究,為城市的土壤源熱泵節(jié)能技術(shù)的合理利用以及推廣提供幫助。

該文以西安市主城區(qū)為研究區(qū)域,首先從不同的巖層結(jié)構(gòu)出發(fā),應(yīng)用專(zhuān)用軟件,將研究區(qū)域劃出不同的地貌單元,并繪制出地下潛水位等值線分布圖;接著,應(yīng)用自行研制的巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)裝置,選點(diǎn)進(jìn)行原位試驗(yàn),得到試驗(yàn)點(diǎn)的巖土熱物性參數(shù),再結(jié)合巖層結(jié)構(gòu)和潛水位,分析該區(qū)域的熱物性參數(shù)的分布規(guī)律。

1　地貌單元區(qū)劃

不同的巖層結(jié)構(gòu),其孔隙率、導(dǎo)熱系數(shù)等熱物性參數(shù)是不同的,因此巖層結(jié)構(gòu)是影響地埋管換熱性能的主要影響因素。該文首先依據(jù)水文地質(zhì)信息,對(duì)西安市主城區(qū),按不同的巖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行地貌單元區(qū)劃。

1.1研究區(qū)域位置

研究區(qū)域位于陜西省西安市主城區(qū), 地理坐標(biāo)為東經(jīng)107°43′至109°13′, 北緯33°03′至34°28′；東至浐河、灞河,西至灃河,北至渭河,南至潏河、滈河流域及引鎮(zhèn)。研究區(qū)域南北跨度約40 km,東西跨度35 km，面積約為1 000 km2。研究區(qū)范圍轄及新城區(qū)、碑林區(qū)、蓮湖區(qū)、未央?yún)^(qū)、雁塔區(qū)和長(zhǎng)安區(qū)(部分)(見(jiàn)圖2)。

圖2　研究區(qū)域地理位置圖Fig.2　Geographical location of the research area

1.2地形地貌

研究區(qū)域海拔360～650 m,地勢(shì)為東南高,西北低,北界渭河谷地勢(shì)最低。依據(jù)地形資料,借助calpuff軟件的calmet模塊,生成Golden Software Surfer可識(shí)別的地形高度網(wǎng)格文件數(shù)據(jù),導(dǎo)入Surfer,生成地形海拔高程圖(見(jiàn)圖3,圖中平面坐標(biāo)為西安80坐標(biāo))。

圖3　研究區(qū)域地形海拔高程圖Fig.3　Elevation map of the research area

1.3地貌單元

采用參考文獻(xiàn)[8-10]中的信息,利用MAPGIS工具,通過(guò)圖形掃描、建立圖層、高程數(shù)據(jù)處理、圖形矢量轉(zhuǎn)化、拓?fù)涮幚淼?將研究區(qū)域分為河漫灘、一級(jí)階地、二級(jí)階地、一級(jí)沖洪積扇、二級(jí)沖洪積扇、三級(jí)沖洪積扇和黃土塬7個(gè)地貌單元(見(jiàn)圖4)。

如圖2，3所示,研究區(qū)構(gòu)成階梯狀多級(jí)地貌,呈“黃土塬—沖洪積扇—渭河階地”地貌景觀,其中渭河階地一般高程為30～410 m,沖洪積扇區(qū)一般高程為395～470 m,黃土塬區(qū)一般高程為550～660 m。每一個(gè)地貌分區(qū)作為一個(gè)地貌單元,同一單元內(nèi),其地貌形態(tài)、成因類(lèi)型和物質(zhì)組成基本一致。

圖4　研究區(qū)域地貌分區(qū)圖Fig.4　Geomorphology zone of the research area

2　潛水位深度的區(qū)域分布

潛水位是巖土包氣帶和飽水帶的分界。巖土是多孔介質(zhì),在包氣帶中,孔隙壁面吸附有結(jié)合水,未被液態(tài)水占據(jù)的孔隙中包含空氣及氣態(tài)水;飽水帶巖土的孔隙全部被液態(tài)水所充滿(mǎn),其水體是連續(xù)分布的。所以包氣帶和飽水帶的熱、濕遷移機(jī)理有所不同,表現(xiàn)為熱物性的不同。因此，潛水位是地埋管換熱性能重要的影響因素。

該文首先由水位監(jiān)測(cè)井的信息,得到潛水位的海拔高度分布,再由地面海拔高度分布,計(jì)算得到潛水位深度的分布。

2.1潛水位的海拔高度分布

從得到的水位監(jiān)測(cè)井的信息中挑選出29個(gè)測(cè)井(見(jiàn)圖5)，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2004年開(kāi)始連續(xù)3年,數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為5天。

圖5　研究區(qū)域水位監(jiān)測(cè)井位置分布圖Fig.5　Location distribution of water level monitoring wells in the research area

圖5中,A005號(hào)監(jiān)測(cè)井地理位置在東經(jīng)108°58′20″,北緯34°20′10″,監(jiān)測(cè)井口高程為390.72 m,其連續(xù)3年的潛水埋深值的平均值為17.613 3 m,波動(dòng)幅度為1.9 m。所有29口監(jiān)測(cè)井,連續(xù)3年潛水位變化平均值為3.42 m。各監(jiān)測(cè)井潛水位最大變化值與各監(jiān)測(cè)井潛水位平均埋深值如圖6所示。圖6所示29口井中,3年水位變化最大值為8.3 m,最小值為1.3 m;3年的平均埋深的最大值為60 m,最小值為2.45 m。對(duì)埋管換熱而言,3年的水位變化可以不考慮,采用3年的平均潛水位深度即可。

依據(jù)各監(jiān)測(cè)井3年的平均潛水位深度和井口高程,可得到潛水位高程,再使用Golden Software Surfer軟件,運(yùn)用插值方法,可繪制潛水位海拔等值線圖。該軟件中設(shè)有12種插值方法,其中克里金法(Kriging)是一種光滑的內(nèi)插方法,在數(shù)據(jù)點(diǎn)足夠時(shí),其內(nèi)插的結(jié)果更為可靠,廣泛地應(yīng)用于地下水模擬、土壤制圖等領(lǐng)域。研究采用克里金插值方法。由Surfer軟件得到潛水位海拔等值分布見(jiàn)圖7。

圖6　各監(jiān)測(cè)井潛水位最大變化值與潛水位深度的3年平均值Fig.6　The range and three-year average value of phreatic level for monitoring wells

由圖7可見(jiàn),該區(qū)域潛水位海拔在365～560 m,潛水位隨地形起伏,黃土塬區(qū)水位較高,等值線相對(duì)密集,水位梯度值大;渭河河漫灘區(qū)域水位較低,等值線相對(duì)較稀疏,梯度值較小。

2.2潛水位的深度

關(guān)于地埋管換熱,更關(guān)注的是潛水位的深度。結(jié)合研究區(qū)域的地面高程分布,在每一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上,通過(guò)地面高程值與潛水位高程值之差,得到潛水位埋深,并繪制出對(duì)應(yīng)的等值線圖(見(jiàn)圖8)。

圖7　研究區(qū)域潛水位海拔等值線Fig.7　Elevational contours for phreatic levels in the research area

由圖8可見(jiàn),研究區(qū)域潛水位埋深,即巖土包氣帶厚度,一般為5～25 m,黃土塬地貌單元潛水位埋深均明顯大于其他地貌單元,埋深最大為60 m,且隨地貌走勢(shì)變化梯度較大。

3　巖層結(jié)構(gòu)分布

該文得到研究區(qū)域中279個(gè)地質(zhì)鉆孔的資料,蓋及每個(gè)地貌單元。由于地埋管換熱器豎向埋深在100～150 m,因此只對(duì)深150 m范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。鉆孔位置分布影像圖見(jiàn)圖9。

圖8　研究區(qū)域潛水位埋深等值線Fig.8　Buried depth contours for phreatic levels in the research area

根據(jù)勘測(cè)井的信息,可以得到不同地貌單元的巖層結(jié)構(gòu)。如沿“新開(kāi)門(mén)—留村—大兆—漢城—窯店”方向，經(jīng)過(guò)15個(gè)鉆井(見(jiàn)圖9，10),由此可以得到該剖面深150 m范圍內(nèi)的巖層井狀結(jié)構(gòu)圖(見(jiàn)圖11)。

由圖11看到,該斷面穿過(guò)5個(gè)地貌單元,即河漫灘、一級(jí)階地、二級(jí)階地、三級(jí)沖洪積扇和黃土塬,各地貌單元地層結(jié)構(gòu)明顯不同。

圖9　鉆孔分布圖Fig.9　Location distribution of boreholes

圖10　研究區(qū)域A-A剖面位置Fig.10　Location of A-A profile in the research area

用同樣方法可以得到各地貌單元的巖層結(jié)構(gòu),清楚看到渭河階地、沖洪積扇和黃土塬的巖層結(jié)構(gòu)有明顯不同。

4　巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果及區(qū)域分析

4.1熱響應(yīng)試驗(yàn)方法

在土壤源熱泵工程設(shè)計(jì)前應(yīng)進(jìn)行巖土熱響應(yīng)試驗(yàn),應(yīng)用試驗(yàn)方法來(lái)確定埋管換熱的綜合傳熱系數(shù)λs和容積比熱容ρscs,作為設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。試驗(yàn)中向管中循環(huán)流體施加恒定熱量,同時(shí)檢測(cè)埋管的進(jìn)、出水溫度,連續(xù)運(yùn)行兩天以上,要求達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

該研究嚴(yán)格按照試驗(yàn)精度要求,自行研制了巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)裝置,在西安市區(qū)內(nèi)選點(diǎn)進(jìn)行熱響應(yīng)試驗(yàn),獲取巖土熱物性參數(shù),作為區(qū)域分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。圖12為某一試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖11　 圖10中A-A剖面巖層結(jié)構(gòu)井狀圖Fig.11　Rock formation columns of A-A profile in Fig.10

通過(guò)原位試驗(yàn)得到進(jìn)、出水溫度(圖13為某一個(gè)試驗(yàn)檢測(cè)的進(jìn)、出水溫度),再應(yīng)用無(wú)限長(zhǎng)線熱源模型[11]對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,最終得到λs和ρscs。數(shù)據(jù)分析的計(jì)算模型為

(1)

式中：Tf為埋管進(jìn)、出水平均溫度,℃;Tff為無(wú)窮遠(yuǎn)處巖土溫度(巖土初場(chǎng)溫度),℃;ql為單位長(zhǎng)度埋管釋放的熱流量,W/m;Rb為鉆孔內(nèi)傳熱熱阻,m·K/W;db為鉆孔直徑,m;τ為時(shí)間,s;λs為埋管周?chē)鷰r土的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K);ρs為周?chē)鷰r土的平均密度,kg/m3;cs為周?chē)鷰r土的平均比熱,W/(m3·K)。

圖12　巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)?zāi)骋辉囼?yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.12　A test site for ground thermal response test

4.2巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果

該研究在研究區(qū)域及周邊進(jìn)行了多點(diǎn)的巖土熱響應(yīng)試驗(yàn),覆蓋了研究區(qū)5個(gè)地貌單元(由于受到具體條件的限制,缺少一級(jí)階地和二級(jí)階地兩個(gè)地貌單元的試驗(yàn))，從中選出11個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析處理,其試驗(yàn)位置及結(jié)果見(jiàn)圖14和表1。

表1　巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)位置及成果

注:表中測(cè)井編號(hào)位置見(jiàn)圖14。

4.3試驗(yàn)結(jié)果區(qū)域分析

4.3.1黃土塬區(qū)域的巖土熱物性由表1和圖14可以看到,在黃土塬有兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),分別是3#和10#。10#試驗(yàn)點(diǎn)位于少陵塬邊緣,3#試驗(yàn)點(diǎn)位于少陵塬臺(tái)塬上,兩試驗(yàn)點(diǎn)直線距離為6 601 m。潛水水位埋深10#為25 m，3#為50 m,差值為25 m。

圖13　巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)進(jìn)、出口水溫隨時(shí)間的變化Fig.13　The variation of inlet and outlet temperatures with time in a ground thermal response test

由表1看到,10#的巖土平均溫度比3#的高出了1.24℃,相對(duì)誤差為7.09%;試驗(yàn)得到的容積比熱容,3#為2.779×106J/(m3·℃),10#為2.6123×106J/(m3·℃),相對(duì)誤差為6%;試驗(yàn)得到的巖土綜合導(dǎo)熱系數(shù)3#為1.50 W/(m·K),10#為1.548 W/(m·K),相對(duì)誤差只有3.1%。

圖14　熱響應(yīng)試驗(yàn)點(diǎn)分布位置Fig.14　Location distribution of thermal response test sites

巖土溫度高,不利于埋管放熱,會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)減小。研究區(qū),10#巖土的溫度高于3#巖土,但結(jié)果是10#的導(dǎo)熱系數(shù)反大于3#。另一方面,還有一個(gè)影響因素就是潛水位。潛水位決定了巖土包氣帶的厚度,潛水位越深越不利于埋管換熱,會(huì)影響導(dǎo)熱系數(shù),使其減小。研究區(qū),3#的潛水位比10#的深25 m,由于潛水位的影響,3#的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)小于10#。由試驗(yàn)結(jié)果看到,巖層溫度和地下水位的綜合影響,最終使3#的導(dǎo)熱系數(shù)小于10#,這反映了地下水位對(duì)埋管換熱的影響。

另外,由表1看到,相比其他地貌單元的綜合導(dǎo)熱系數(shù),黃土塬區(qū)域兩個(gè)測(cè)井的最小。黃土塬綜合導(dǎo)熱系數(shù)只有1.50～1.548 W/(m·K),而其他各測(cè)點(diǎn)的綜合導(dǎo)熱系數(shù)均大于1.6 W/(m·K)。從巖土初始溫度、潛水位和巖層結(jié)構(gòu)多方面比較,其原因應(yīng)是巖層結(jié)構(gòu)不同和潛水位較深引起的。黏土的導(dǎo)熱系數(shù)要小于砂礫石層。從圖13，14看到,黃土塬黏土層較厚、水位較深,導(dǎo)致綜合導(dǎo)熱系數(shù)偏小。

4.3.2山前沖洪積扇區(qū)域的巖土熱物性研究區(qū)域向南至秦嶺山前一帶為山前沖洪積扇區(qū)域,南北寬度5～8 km。由于該區(qū)域的地貌由不同時(shí)代的新老洪積扇共同形成,因此地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜[10]。 4#和14#試驗(yàn)點(diǎn)均位于山前沖洪積扇區(qū)域,兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的溫度、綜合導(dǎo)熱系數(shù)很接近,但容積比熱容相差較大,4#為2.009 5×106,14#為5.726 7×106。這個(gè)結(jié)果表明,同在山前沖洪積扇區(qū)域,由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異較大,引起巖土熱物性參數(shù)有較大的不同。

4.3.3其他區(qū)域的巖土熱物性研究區(qū)域所涉及的其他地貌單元有一級(jí)沖洪積扇、二級(jí)沖洪積扇和三級(jí)沖洪積扇,測(cè)試點(diǎn)分別為9#，13#，7#(見(jiàn)圖14，表1)。對(duì)于試驗(yàn)得到的巖土溫度、綜合導(dǎo)熱系數(shù)和容積比熱容3個(gè)熱物性參數(shù),3個(gè)測(cè)點(diǎn)分別為16.58℃，1.797 W/(m·K)，2.643 8×106J/(m3·℃);17.12℃，1.774 W/(m·K)，2.257 0×106J/(m3·℃);17.0℃，1.73 W/(m·K)，2.315 0×106J/(m3·℃)。即溫度在16.58～17.12℃,綜合導(dǎo)熱系數(shù)在1.73～1.797 W/(m·K),容積比熱容在(2.257 0～2.643 8)×106J/(m3·℃)。3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)值都很接近。

由于在這幾個(gè)地貌單元中,目前均只有一個(gè)測(cè)試點(diǎn),所以還不能給出這幾個(gè)地貌單元的巖土熱物性的具體分布規(guī)律。但是，從較大范圍來(lái)看,該3塊區(qū)域均屬于沖洪積扇地貌,有較為相似的地質(zhì)組成結(jié)構(gòu),因此這3個(gè)地貌單元的巖土熱物性參數(shù)較為接近。

5　淺層巖土溫度區(qū)域分布

巖土溫度是影響地埋管換熱的又一重要因素,在進(jìn)行巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)時(shí)要對(duì)巖土溫度進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)上述巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),應(yīng)用Golden Software Surfer軟件,由點(diǎn)的數(shù)據(jù)得到研究區(qū)內(nèi)的淺層巖土的溫度分布。

5.1巖土深度方向溫度的變化規(guī)律

巖土溫度由上到下分為變溫層、恒溫層和增溫層。變溫層受地表氣候的影響,一年中是變化的,經(jīng)過(guò)恒溫層過(guò)渡到增溫層。增溫層受地核溫度的影響,越往地層深處巖土溫度越高。西安地區(qū)一般20 m向下為增溫層[12],即地埋管絕大部分是在增溫層內(nèi),因此了解地下增溫層巖土的溫度變化規(guī)律是很有必要的。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理得到20 m以下5 m間隔的巖土溫度,計(jì)算得到各試驗(yàn)孔的不同深度中每5 m的地溫梯度值,再對(duì)向下100 m井深取其算術(shù)平均值,得到各試驗(yàn)孔的地溫梯度值；應(yīng)用Surfer軟件,采用最小曲率插值法,將計(jì)算結(jié)果繪制成地溫梯度等值線分布圖。插值網(wǎng)格劃分以500 m為一間距,共7 200個(gè)節(jié)點(diǎn)。地溫梯度等值線分布見(jiàn)圖15。

圖15　地溫梯度(×10-2℃/m)等值線分布圖Fig.15　Contours for geothermal gradient (×10-2℃/m)

由圖15得到,研究區(qū)域地下20～100 m內(nèi)地溫梯度在(1.5～3.9)×10-2℃/m,平均地溫梯度為2.797×10-2℃/m。

在土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際工程應(yīng)用中,若已知該工程位于地表20 m以下任一深度的溫度值,可以利用圖15得到的該處巖土溫度梯度值來(lái)估算其不同深度的溫度值。

5.2淺層巖土溫度分布

依據(jù)各試驗(yàn)點(diǎn)的巖土不同深度的溫度,按照最小曲率差值方法,繪制出研究區(qū)域不同深度溫度等值線分布圖(如50 m深處的溫度分布見(jiàn)圖16)。

同樣,對(duì)各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處深度20～100 m的溫度值取平均值,可繪制出研究區(qū)域地下20～100 m內(nèi)的平均溫度等值線圖(見(jiàn)圖17)。

圖16　地下50 m處溫度等值線圖Fig.16　Contours for soil temperatures at the depth of 50m

由圖17可知,研究區(qū)域淺層(深20～100 m)平均溫度分布在16℃～18℃。北部與西南部溫度較高,最高達(dá)到18℃,中部溫度居中,東南部溫度最低,最低值為16℃。并且,北部和西南部等值線相對(duì)于中部和東南部較密,疏密反映了區(qū)域溫度變化的慢和快。

6　結(jié)　論

1)西安主城區(qū)各地貌分類(lèi)的淺層巖土結(jié)構(gòu)有明顯不同,因此各地貌分類(lèi)區(qū)的巖土熱物性會(huì)有不同;其中,黃土塬區(qū)域土壤層較厚，且潛水位較深,其綜合導(dǎo)熱系數(shù)均小于其他地貌單元。

2)研究區(qū)域潛水位埋深一般為5～25 m,但黃土塬的部分區(qū)域潛水位較深,最深達(dá)到60 m,因此地埋管換熱應(yīng)同時(shí)考慮包氣帶和飽水帶的影響。

3)對(duì)于研究區(qū)域地下20～100 m,平均溫度分布值為16℃～18℃,溫度梯度分布值為(1.5～3.9)×10-2℃/m。

4)對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)，得到主要區(qū)域的巖土熱物性參數(shù)，其中綜合導(dǎo)熱系數(shù)，黃土塬為1.5～1.548W/(m·K)；一、二、三級(jí)沖洪積扇區(qū)域分別為1.797，1.774，1.73 W/(m·K)；另外，山前沖洪積扇區(qū)域?yàn)?.674～1.734 W/(m·K)。

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(編輯雷雁林)

Regional distribution of rock-soil influences for ground heat exchange of ground-source heat pump in Xi′an Area

GUAN Yan-ling, ZHANG Xiao-gang, LIANG Cao-ru, WANG Wei, ZHANG Yu-hao

(College of Environment Science and Engineering, Chang′an University, Xi′an 710054, China)

In view of rock-soil influences for ground heat exchange of ground-source heat pump, the research on regional distribution of shallow rock-soil influences is put forward. Taking the main city zone of Xi′an as an example, the shallow rock-soil structure distribution was obtained through statistical analysis. The depth distribution of groundwater level was simulated using the Surfer simulation software after analyzing the wells monitoring groundwater table. A few sites were chose to perform rock-soil thermal response tests. Based on the testing results, the distribution characteristics of shallow rock-soil thermal properties in this area was analyzed, and the temperature distribution was presented. The following conclusions were drawn through the distribution characteristics of influences. The shallow rock-soil structure of each geomorphic unit in the area is obviously different. The depth of groundwater level is generally from 5m to 25m, but it is deeper in loess tableland, reaching at the depth of 60m. The comprehensive thermal conductivity coefficient in loess tableland is significantly lower than that in other rock-soil units. In the constant temperature layer at the depth of 20m to 120m, the average temperature and temperature gradient of regional distribution is 16℃～18℃ and(1.5 ～3.9)×10-2℃/m respectively.

ground-source heat pump; borehole ground heat exchange; rock-soil thermal properties; rock-soil thermal response test; regional distribution

2015-01-18

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)基金資助項(xiàng)目(2016-R1-004)；陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2013K13-02-01)；陜西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科學(xué)技術(shù)計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2014-04)

官燕玲，女，山東青島人，長(zhǎng)安大學(xué)教授，博士，從事淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用研究。

TK529

A

10.16152/j.cnki.xdxbzr.2016-04-019