城市地區(qū)淺層地溫能評價方法探討

摘? ? 要：淺層地溫能屬于可再生資源的一種，具有十分廣闊的應用前景。一般情況下，地源、水源熱泵系統(tǒng)是此類資源的開發(fā)利用方式。本文以城市地區(qū)淺層地溫評價方法探討為研究內(nèi)容，通過結(jié)合實際案例的方式，對城市地區(qū)淺層地溫能評價方法進行研究和總結(jié)，希望為相關行業(yè)提供借鑒。

關鍵詞：城市地區(qū);淺層地溫能;評價方法

1? 引言

淺層地溫能主要是指潛藏在地表下巖石中的地溫能，且具備一定的開發(fā)和利用價值。作為地熱資源的重要組成部分，地溫能的開發(fā)和利用，有利于緩解城市面臨的能源危機，其重要性受到了國家和人民群眾的高度重視。目前，對淺層地溫能的開發(fā)和利用，主要集中在供暖、制冷和生活熱水供應領域。為實現(xiàn)對城市淺層地溫能的合理開發(fā)，采用合適的評價方法，對淺層地溫能蘊藏情況進行準確評價尤為關鍵，因此研究此項課題，其意義十分重大。

2? 某城市淺層地溫能資源條件

在查閱資料后得知，氣候條件、地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石特性和淺層地溫均會對淺層地溫能的儲存產(chǎn)生影響，只有做出合理的評價，方能為其后續(xù)開發(fā)和利用，提供理論依據(jù)上的支持。某城市位于我國南方省區(qū)，其所處地貌為長江河谷丘陵地貌，其整體地勢為東高西低。其中，川東平行嶺谷區(qū)是主城區(qū)所在的位置。該市具備淺層地溫能產(chǎn)生和儲備的條件，具體表現(xiàn)在以下方面：（1）氣候條件：該市的氣候為亞熱帶季風氣候，且兩面環(huán)山，具有夏熱冬暖和無霜期長的氣候特點。（2）地質(zhì)構(gòu)造：城市所處的地質(zhì)構(gòu)造為盆地，巖相較為穩(wěn)定，且具有明顯的標志層，褶皺構(gòu)造十分簡單，存在大面積的出露基巖。（3）水文條件：該市水文條件包括孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水。

總而言之，該市具備淺層地溫能資源大規(guī)模儲藏的條件，故接來下本文會對幾種城市地區(qū)淺層地溫能評價方法進行簡單介紹。

3? 城市地區(qū)淺層地溫能評價方法研究

3.1? 淺層地溫能資源量的計算評價方法

地質(zhì)勘查是評價城市地區(qū)淺層地溫能資源量的基礎方法，簡言之，就是將已知的地質(zhì)條件、氣候條件和水文條件作為依據(jù)，對該地區(qū)進行動態(tài)監(jiān)測和測量，掌握含水層結(jié)構(gòu)、厚度和埋藏情況，同時，還要通過對比地質(zhì)勘查結(jié)果的方式，確定地下水位、水量以及水質(zhì)情況的變化。除此之外，還可以通過調(diào)查取樣的方式，對巖土體熱物理參數(shù)進行明確。在此基礎上，采取地溫調(diào)查的方式對勘察地區(qū)地溫分布、水溫分布進行查明，結(jié)合已查明的數(shù)據(jù)，計算恒溫帶的各項參數(shù)，這里所說的參數(shù)主要是指溫度、深度和大地熱流值。最后選擇代表性的地段作為試驗區(qū)域，通過原位熱傳導試驗和回灌試驗，對含水層回灌能力和滲透系數(shù)進行科學準確的評價，以明確城市淺層地區(qū)地溫能的熱來源和熱成因機制。

我國對大地熱流的研究稍晚于發(fā)達國家，開始時間為上世紀70年代，截止到目前，國內(nèi)獲取的大地熱流測量數(shù)據(jù)已達數(shù)千個。在查閱資料后得知，我國不同地區(qū)地熱流數(shù)據(jù)存在明顯的差別，其中西南部地區(qū)每平方米70mW～85mW;西北地區(qū)每平方米43mW～47mW;華北地區(qū)每平方米59mW～63mW;華南地區(qū)每平方米66mW～70mW。本文所研究的城市位于華南地區(qū)，其大地熱流量特征為每平方米66mW～70mW。區(qū)域地熱資源規(guī)劃和管理需要將區(qū)域淺層地溫可利用資源量作為依據(jù)，而可利用資源量的評價，需要將熱流量法作為評價方法，這種評價方法的公式為：

[Qh=aqM×10-6]

式中：

[Qh]——淺層地溫可利用量;

[a]——淺層地溫可利用系數(shù);

[q]——大地熱流值;

[M]——計算面積。

淺層地溫可利用系數(shù)屬于單位面積內(nèi)可利用的淺層地溫能與大地熱流值的比值，城市地區(qū)地熱地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，與這個系數(shù)存在密切的關聯(lián)，將其用于相似區(qū)域的地溫能評價可以取得良好的效果。而大地熱流值可以直接利用已知的數(shù)據(jù)，但在利用時，需要確保所選數(shù)值具有深度上和區(qū)域上的代表性。以該城市為例，在評價該市淺層地溫能時，應選擇周邊地區(qū)的大地熱流值數(shù)據(jù)。如果缺少參考數(shù)據(jù)，需要利用公式：[q=λG]進行計算。簡言之，就是熱導率×地溫梯度=大地熱流值。

3.2? 地源熱泵系統(tǒng)地下水水質(zhì)評價

所謂的地下水水質(zhì)評價，就是結(jié)合已知數(shù)據(jù)信息和淺層地溫能利用技術，對地下水水質(zhì)進行準確的評價，值得注意的是，在評價過程中，必須依據(jù)我國現(xiàn)行的標準。就事實而言，地下水水質(zhì)的良好與否，關系到熱泵機組對地熱能資源的使用效果。如果地下水水質(zhì)達標，則不會影響熱泵機組的安全，反之會導致熱泵機組在運行一段時間后因水質(zhì)問題而出現(xiàn)故障。地下水質(zhì)量評價方法主要以試驗為主，在試驗過程中應選擇回灌水樣和抽水水樣。在獲取水試樣后應及時試驗，其中清潔水試樣需要在獲取后的72h內(nèi)進行，輕微污染的水需要在48h內(nèi)試驗，而重度污染水的放置時間應少于12h。在試驗階段應將《地下水質(zhì)量標準》作為依據(jù)。

評價地下水中化學污染物質(zhì)對熱泵機組金屬材料的腐蝕情況是主要目的，具體評價方法如下所述：

如果腐蝕系數(shù)大于0，則代表試驗水樣具有非常強的腐蝕能力，屬于腐蝕性水。

如果腐蝕系數(shù)小于0，但腐蝕系數(shù)+0.0503Ca2+大于0，則表明試驗水樣腐蝕能力較弱，屬于半腐蝕性水。在利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)計算后得知，該市地下水的腐蝕系數(shù)小于0，屬于半腐蝕性水。

地下水除了腐蝕作用之外，由于其內(nèi)部含有鈣鹽，因此會導致空調(diào)系統(tǒng)結(jié)垢。針對這種現(xiàn)象，在開發(fā)和利用地溫能資源時，需要對地熱流體在使用后的結(jié)垢可能性進行評價，并依據(jù)評價結(jié)果，采取預防和控制措施，避免空調(diào)系統(tǒng)在使用地熱流體時結(jié)垢。評價方法如下所述：

如果鍋爐結(jié)垢總量不超過125，稱為鍋垢很少的地下水。

鍋爐結(jié)垢總量不超過250，稱為鍋垢一般的地下水。

鍋爐結(jié)垢總量不超過500，稱為鍋垢較多的地下水。

鍋爐結(jié)垢總量超過500，稱為鍋垢非常多的地下水。

在計算鍋垢總量時所采用的公式如下：

[H0=S+C+36rFe2++17rAl3++20rMg2+59rCa2+]

在這個公式中，地熱流體內(nèi)的懸浮物含量由S表示;膠體含量由C表示。在計算后得知，該市地熱流體的鍋垢總量為80，屬于鍋垢很少的地下水。

3.3? 經(jīng)濟評價方法

經(jīng)濟評價是淺層地溫能評價的重要組成部分，投資、效益、收益和運行預測是主要評價內(nèi)容。

地熱源泵工程由三部分構(gòu)成，分別為空調(diào)末端系統(tǒng)、室外換熱系統(tǒng)和機房設備系統(tǒng)。每個系統(tǒng)內(nèi)都含有大量的裝置和設備。因此在估算投資時，需要考慮設備采購費用、土建工程施工費用和其他費用。

運行費用：是指工程日常運行所需的費用，比如：設備在運行過程中對電力資源的損耗、設備日常檢修和維護費用以及人工管理費用等等。

收入費用：是指工程在運行過程中所創(chuàng)造的收益，評價人員可以將建筑面積作為依據(jù)，確定供暖面積和制冷面積，在此基礎上，準確計算采暖和制冷費用。

效益評價：通過對比工程總投入和收入費用的方式，計算投資回收時間，與此同時，還要對投資項目所產(chǎn)生的經(jīng)濟性參數(shù)進行準確計算，從而保證經(jīng)濟評價的合理性。

4? 結(jié)論

地源熱泵工程設計需要將淺層地溫能資源評價作為前提基礎，此外，評價結(jié)果還能為城市地區(qū)開發(fā)和利用這項能源，提供理論依據(jù)支持。評價結(jié)果表明，本文所評價的城市，淺層地溫能資源較為豐富，具備利用和開發(fā)的價值。主要表現(xiàn)為大地熱流值高，并屬于鍋垢很少的地下水，有利于節(jié)省設備維修和養(yǎng)護成本，從而使經(jīng)濟效益提升。

參考文獻：

[1] 王春暉，狄艷松，胡媛媛.河南省主要城市淺層地溫能特征及開發(fā)利用建議[J].城市地質(zhì)，2019（1）：40～47.

作者簡介：

劉森 （1986—）男，碩士，工程師? 從事暖通施工管理工作。