淮安城市規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)及潛力評(píng)價(jià)

時(shí)國(guó)凱 姚文江 王寬彪

摘 要：淺層地?zé)崮苁且环N清潔的可再生資源，合理開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮芸梢杂行p少化石能源使用，助力實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)。從水文地質(zhì)特征、巖土體結(jié)構(gòu)特征、熱物性特征、熱響應(yīng)特征、地溫場(chǎng)特征等多個(gè)方面進(jìn)行分析，基本查明了淮安城市規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮苜x存條件，并在此基礎(chǔ)上采用層次分析法進(jìn)行了淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，規(guī)劃區(qū)廣泛適宜采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮?，適宜性良好區(qū)和較好區(qū)面積總和2335 km2，占規(guī)劃區(qū)總面積的73.3%。資源量計(jì)算結(jié)果顯示，規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮軆?chǔ)量豐富，100 m深度范圍內(nèi)熱容量為9.25×1014 kJ·℃-1;冬季總換熱功率為32 766 MW，可供暖總建筑面積為5.14億m2;夏季總換熱功率為45 793 MW，可制冷總建筑面積為3.86億m2，開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。

關(guān)鍵詞：淺層地?zé)崮?層次分析法;適宜性評(píng)價(jià);地埋管地源熱泵;城市規(guī)劃區(qū)

Suitability zoning and potential evaluation of shallow geothermal energy development and utilization in Huai'an

SHI Guokai， YAO Wenjiang， WANG Kuanbiao

（Jiangsu Institute of Geological Survey， Nanjing 210018， Jiangsu， China）

Abstract： Shallow geothermal energy is a clean and renewable resource. The rational development and utilization of shallow geothermal energy can effectively reduce the use of fossil energy and help achieve the goal of "peak carbon dioxide emissions" and "carbon neutrality". Analyses from various aspects such as hydrogeological characteristics， rock and soil structural characteristics， thermal physical properties， thermal response characteristics， and geothermal field characteristics， have revealed the conditions for the occurrence of shallow geothermal energy in the urban planning area of Huai'an. On this basis， the analytic hierarchy process is used to evaluate the suitability of shallow geothermal energy development and utilization. The evaluation results show that it is widely suitable for the development and utilization of shallow geothermal energy in the planning area to adopt the ground source heat pump system with buried pipes. The total area with good suitability is 2335 km2， accounting for 73.3% of the total area of the planning area. The resource calculation results show that the shallow geothermal energy reserves in the planning area are abundant， and the heat capacity within a depth of 100 m is 9.25×1014 kJ·℃-1 .The total heat exchange power in winter is 32 766 MW， and the total building area that can be heated is 514 million m2.The total heat exchange power in summer is 45 793 MW， and the total building area that can be cooled is 386 million m2. There is huge potential for development and utilization.

Keywords： shallow geothermal energy; analytic hierarchy process; suitability evaluation; ground source heat pump; urban planning area

淺層地?zé)崮苁堑責(zé)豳Y源的一部分（韓再生等，2007），是蘊(yùn)藏在地表以下一定深度范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的熱能。淺層地?zé)崮苁且环N清潔的可再生資源（衛(wèi)萬(wàn)順等，2020），具有分布廣、儲(chǔ)量大、埋藏淺、易開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)（欒英波等，2013）。使用淺層地?zé)崮艽鎮(zhèn)鹘y(tǒng)化石能源，可有效減少溫室氣體的排放，助推實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)（衛(wèi)萬(wàn)順等，2021;馬冰等，2021;楊富強(qiáng)等，2021）。

淮安城區(qū)曾開(kāi)展過(guò)淺層地?zé)崮苷{(diào)查評(píng)價(jià)工作，基本查明了城區(qū)淺層地?zé)崮艿馁x存條件，并進(jìn)行了地埋管地源熱泵適宜性評(píng)價(jià)（江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，2014）。但隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大、發(fā)展規(guī)劃的調(diào)整，以往的調(diào)查評(píng)價(jià)成果已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展需求，在淮安城市規(guī)劃區(qū)開(kāi)展淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)及潛力評(píng)價(jià)十分必要。

本次淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)范圍為淮安城市規(guī)劃區(qū)（以下簡(jiǎn)稱規(guī)劃區(qū)），包括淮安市淮陰區(qū)、清江浦區(qū)、淮安區(qū)以及漣水縣陳師鎮(zhèn)的部分區(qū)域，總面積3186 km2。通過(guò)資料收集分析、現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)、巖土體采樣測(cè)試等工作方法基本查明了規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮苜x存條件，采用層次分析法對(duì)規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性進(jìn)行了分區(qū)評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了淺層地?zé)崮苜Y源量計(jì)算和潛力評(píng)價(jià)，為淮安城市規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用工程勘察、選址以及淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用規(guī)劃的編制、項(xiàng)目的管理、審批提供了依據(jù)。

1? 淺層地?zé)崮苜x存條件

1.1? 自然地理特征

淮安市位于江蘇省中北部，江淮平原東部，地處長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，是蘇北重要中心城市?；窗渤鞘幸?guī)劃區(qū)內(nèi)主要為第四系覆蓋的堆積平原，總體地勢(shì)西高東低，海拔5～19 m。區(qū)內(nèi)地貌按照物質(zhì)來(lái)源、成因可分為黃淮決口扇沖積平原區(qū)與江淮沖積—沖海積平原區(qū)。淮安市地處暖溫帶和亞熱帶的分界地帶，受季風(fēng)影響形成了四季分明、冬冷夏熱、光照充足、雨量集中的氣候特征，全市年日照時(shí)數(shù)2060～2261 h，年平均氣溫14.1～14.9℃，年平均降水量913～1030 mm。

1.2? 巖土體結(jié)構(gòu)特征

規(guī)劃區(qū)松散層廣泛覆蓋，第四系和新近系厚度120～600 m，總體呈現(xiàn)從北西向南東逐漸增厚的趨勢(shì)。本次工作共布置熱響應(yīng)試驗(yàn)孔6個(gè)，收集到熱響應(yīng)試驗(yàn)孔14個(gè)，孔深均在100 m左右（圖1）。根據(jù)這些熱響應(yīng)試驗(yàn)孔資料，規(guī)劃區(qū)100 m以淺主要為黏土和砂層互層，局部含泥鈣質(zhì)結(jié)核，以黏土居多，均未鉆遇巖石層，其中粉質(zhì)黏土、黏土、粉細(xì)砂厚度平均占比分別達(dá)到35%、30%和20%（圖2）。

1.3? 水文地質(zhì)特征

規(guī)劃區(qū)200 m以淺主要為松散巖類(lèi)孔隙水，含水層類(lèi)型包括潛水孔隙含水層、第Ⅰ承壓含水層組和第Ⅱ承壓含水層組。潛水孔隙含水層巖性主要為粉土、粉砂和粉質(zhì)黏土，砂層厚度5～20 m，潛水埋深0.5～2.0 m，單井涌水量小于100 m3·d-1;第Ⅰ承壓含水層組的巖性主要為粉土、粉砂和粉細(xì)砂，砂層厚度10～30 m，含水層頂板埋深20～70 m，地下水埋深一般為5～10 m，單井涌水量多為100～2000 m3·d-1;第Ⅱ承壓含水層組巖性主要為中細(xì)砂和中粗砂，含水層頂板埋深40～100 m，砂層厚度20～50 m，單井涌水量100～3000 m3·d-1。

1.4? 巖土體熱物性特征

巖土體主要熱物性參數(shù)包括導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、熱擴(kuò)散系數(shù)等，代表巖土體存儲(chǔ)和傳導(dǎo)熱量的能力，是影響淺層地?zé)崮苜x存的重要因素，也是影響開(kāi)發(fā)利用效果的重要指標(biāo)（鄒鵬飛等，2020;白新飛等，2021）。熱響應(yīng)孔取樣測(cè)試結(jié)果顯示，規(guī)劃區(qū)內(nèi)各類(lèi)巖土體樣品的平均導(dǎo)熱系數(shù)在1.48～2.07 W·m-1·K-1之間，平均比熱容在1.06～1.52 kJ·kg-1·K-1之間;巖土體密度與導(dǎo)熱系數(shù)正相關(guān)，與比熱容負(fù)相關(guān)，密度越大的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)越大，比熱容越小。其主要原因?yàn)閹r土體與水和空氣的熱物性參數(shù)差異較大，不同密度的巖土體中水和空氣的含量不同，從而影響了巖土體的熱物性參數(shù)?？傮w而言，砂土的導(dǎo)熱系數(shù)最大，粉土次之，黏土最小，比熱容反之。見(jiàn)表1。

1.5? 巖土體熱響應(yīng)特征

1.5.1? 單孔導(dǎo)熱系數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)測(cè)得規(guī)劃區(qū)單孔導(dǎo)熱系數(shù)的平均值為1.930 W·m-1·K-1，高于采樣測(cè)得單孔導(dǎo)熱系數(shù)平均值1.506 W·m-1·K-1。采集樣品的測(cè)試過(guò)程中，熱量的主要傳導(dǎo)方式為熱傳遞，而在現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)過(guò)程中，由于地下水滲流的影響，熱量傳遞的方式包括了熱傳遞和熱對(duì)流，一定程度上提高了換熱孔與周?chē)鷰r土體的熱量交換效率，因此導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較大。

1.5.2? 地埋管換熱量

在獲取主要熱物性參數(shù)之后，根據(jù)DZ/T 0225-2009《淺層地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)規(guī)范》附錄A中的公式A.7計(jì)算出了長(zhǎng)度100 m的雙U地埋管單孔換熱功率，并進(jìn)一步推算出了各熱響應(yīng)孔延米換熱量，散熱工況下為49.77～71.17 W·m-1，平均值58.76 W·m-1;取熱工況下為37.56～52.78 W·m-1，平均值為44.39 W·m-1。各換熱孔的延米換熱量見(jiàn)表2。

1.6? 地溫場(chǎng)特征

地溫場(chǎng)是地球內(nèi)部的熱場(chǎng)，表示地球內(nèi)部溫度的分布情況。通常情況下地溫場(chǎng)自地表向下依次為變溫層、恒溫層和增溫層。其中，變溫層溫度受太陽(yáng)輻射影響變化較大;恒溫層的地球深部熱能與太陽(yáng)輻射相平衡，溫度趨于穩(wěn)定;增溫層主要受地球內(nèi)部熱能影響，溫度隨著深度的增加而增高（常征，1989;周紹榮等，2014）。采用點(diǎn)測(cè)法對(duì)熱響應(yīng)孔2～100 m深度范圍進(jìn)行了測(cè)溫（圖3），結(jié)果顯示規(guī)劃區(qū)恒溫層埋深8～25 m，厚度10～15 m不等，溫度15.6～17.7℃，高于當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁?.7～3.6℃。增溫層平均地溫梯度為2.6℃/100 m，地溫梯度范圍1.07～4.51℃/100 m。

規(guī)劃區(qū)50 m和100 m深度均屬于增溫層，地溫場(chǎng)特征主要受地球內(nèi)部熱能影響。其中50 m深度處的地溫16.6～18.5℃，其中西部三樹(shù)鎮(zhèn)—碼頭鎮(zhèn)一帶和東南部的范集鎮(zhèn)—車(chē)橋鎮(zhèn)—蘇嘴鎮(zhèn)一帶溫度相對(duì)較高（圖4）。100 m深度的地溫17.6～20.0℃，地溫場(chǎng)特征與50 m埋深的地溫場(chǎng)相似，相對(duì)高溫區(qū)域也主要分布在上述地區(qū)。

2? 淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)

淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的主要方式是熱泵系統(tǒng)，根據(jù)熱源的不同可分為地下水系統(tǒng)、地表水系統(tǒng)和地埋管系統(tǒng)（徐偉等，2013）?；窗彩械乇硭w多位于生態(tài)紅線內(nèi)，自然資源開(kāi)發(fā)利用上線受到嚴(yán)格控制，難以大規(guī)模開(kāi)采地表水資源用于地表水源熱泵系統(tǒng);近年來(lái)淮安市持續(xù)推進(jìn)地下水壓采工作，并且地下水回灌技術(shù)不成熟，地下水源熱泵系統(tǒng)也不宜大規(guī)模使用。多項(xiàng)研究成果表明，地埋管地源熱泵系統(tǒng)更適宜在淮安地區(qū)大面積推廣應(yīng)用（汪名鵬，2012;周紹榮等，2014）。因此本次淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)僅針對(duì)地埋管地源熱泵系統(tǒng)展開(kāi)。

2.1? 評(píng)價(jià)方法

本次淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)方法采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process），該方法是一種定量與定性相結(jié)合的分析方法，適用于解決較為復(fù)雜、較為模糊、難以定量化分析的問(wèn)題。其基本原理是通過(guò)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系把復(fù)雜問(wèn)題層層分解為多個(gè)要素，對(duì)各要素之間的重要程度進(jìn)行評(píng)分比較，并構(gòu)建判斷矩陣進(jìn)一步計(jì)算出各要素權(quán)重，從而提出解決問(wèn)題的方案（郭金玉等，2008）。

2.2? 評(píng)價(jià)步驟

2.2.1? 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

淮安城市規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)體系由3層構(gòu)成（圖5），最頂層 O是目標(biāo)層，即淮安城市規(guī)劃區(qū)地埋管地源熱泵適宜性評(píng)價(jià);中間層A是屬性層，包括巖土熱物性、地層條件和現(xiàn)場(chǎng)施工條件;最底層F是要素層，根據(jù)淮安城市規(guī)劃區(qū)實(shí)際情況，選擇含水層厚度、巖土體綜合導(dǎo)熱系數(shù)、巖土體比熱容、鉆孔平均溫度、松散層厚度、城市覆蓋程度等6個(gè)要素指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.2? 構(gòu)建判斷矩陣

根據(jù)業(yè)內(nèi)相關(guān)專家對(duì)要素重要程度的打分，構(gòu)建了判斷矩陣并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。其中Wi為指標(biāo)權(quán)重，采用特征向量法計(jì)算;CR為一致性比率，通過(guò)判斷矩陣最大特征值計(jì)算（鄧雪等，2012）。當(dāng)一致性比率CR<0.1時(shí)，認(rèn)為不一致程度在容許范圍內(nèi)，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

根據(jù)判斷矩陣可以計(jì)算出各指標(biāo)在其所在層次的權(quán)重，將屬性層權(quán)重與要素層權(quán)重相乘，就可以計(jì)算出各要素最終權(quán)重，權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。在各要素中，巖土體綜合導(dǎo)熱系數(shù)權(quán)重最大，達(dá)到0.4743;巖土體比熱容和含水層厚度權(quán)重也均大于0.1;其他要素所占權(quán)重較小?？傮w上與巖土體儲(chǔ)熱、導(dǎo)熱相關(guān)的要素占據(jù)了較大權(quán)重，權(quán)重計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工作中的認(rèn)知比較相符。

2.2.3? 評(píng)價(jià)指標(biāo)分區(qū)賦值

巖土體綜合導(dǎo)熱系數(shù)代表著地層的導(dǎo)熱能力，依據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)等值線圖分區(qū)賦值，導(dǎo)熱系數(shù)越高的區(qū)域?qū)崮芰υ綇?qiáng)，賦值越高;巖土體的比熱容代表地層的儲(chǔ)熱能力，依據(jù)比熱容等值線圖分區(qū)賦值，比熱容越高的區(qū)域儲(chǔ)熱能力越強(qiáng)，賦值越高;鉆孔平均溫度一定程度上反映了巖土體的換熱和儲(chǔ)熱能力，依據(jù)換熱孔平均溫度等值線圖分區(qū)賦值，鉆孔平均溫度越高的區(qū)域換熱溫差越大，賦值越高;松散層厚度決定地埋管埋藏深度、地層的熱物性及經(jīng)濟(jì)性，依據(jù)松散層等厚線圖分區(qū)賦值;含水層厚度直接影響松散層地下水含量，地下水是重要的熱量?jī)?chǔ)存和運(yùn)輸載體，對(duì)地埋管地源熱泵的換熱效果影響明顯（江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，2020），依據(jù)潛水和Ⅰ、Ⅱ承壓含水層的累計(jì)厚度等值線圖分區(qū)賦值;城市覆蓋程度對(duì)使用地埋管式地源熱泵系統(tǒng)具有制約性，地面建筑覆蓋程度越高適宜性越差，根據(jù)遙感解譯資料及收集到的相關(guān)規(guī)劃資料進(jìn)行分區(qū)賦值。各要素指標(biāo)分區(qū)賦值見(jiàn)表5、圖6。

2.2.4? 適宜性分區(qū)

根據(jù)各指標(biāo)分區(qū)賦值結(jié)果對(duì)每個(gè)剖分網(wǎng)格上的6項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值，各指標(biāo)值與其對(duì)應(yīng)的權(quán)重相乘并求和，就可計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的總評(píng)分值。使用ArcGIS空間分析功能將各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)疊加，最終得到淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)圖，共分為3個(gè)等級(jí)，總分值大于4.5分的區(qū)域?yàn)檫m宜性良好區(qū)，3.5～4.5分的區(qū)域?yàn)檫m宜性較好區(qū)，小于3.5分的區(qū)域?yàn)檫m宜性一般區(qū)。

2.3? 適宜性評(píng)價(jià)

分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，淮安城市規(guī)劃區(qū)廣泛適宜采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮埽m宜性良好區(qū)和較好區(qū)面積總和約2335 km2，占規(guī)劃區(qū)總面積的73.3%（圖7）.

適宜性良好區(qū)：主要分布在規(guī)劃區(qū)東部，林集鎮(zhèn)—南馬廠鎮(zhèn)—陳師鎮(zhèn)以東的地區(qū)、西部漁溝鎮(zhèn)周邊區(qū)域，面積約1698 km2，占總面積的53.3%。適宜性良好區(qū)普遍熱物性條件良好、含水層和松散層厚度較大，且城市覆蓋程度相對(duì)較低，非常適宜采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮堋?/p>

適宜性較好區(qū)：主要分布在規(guī)劃區(qū)中部，碼頭鎮(zhèn)—鹽黃鎮(zhèn)—范集鎮(zhèn)一帶及棉花莊鎮(zhèn)以北的區(qū)域，面積約637 km2，占總面積的20%。較好區(qū)優(yōu)勢(shì)在于巖土體儲(chǔ)熱能力較好，松散層厚度較大，采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)可以有效地開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮堋?/p>

適宜性一般區(qū)：主要分布在徐溜鎮(zhèn)周邊、趙集鎮(zhèn)—三樹(shù)鎮(zhèn)一帶及中心城區(qū)，總面積約851 km2，占總面積的26.7%。其中，中心城區(qū)熱物性參數(shù)相對(duì)較好，但城市覆蓋程度較高，地埋管系統(tǒng)的施工和改造的場(chǎng)地限制是影響適宜性的主要因素。徐溜鎮(zhèn)周邊、趙集鎮(zhèn)—三樹(shù)鎮(zhèn)一帶松散層和含水層厚度較小，熱物性參數(shù)較差，地埋管地源熱泵換熱效率較低。

3? 淺層地?zé)崮苜Y源量計(jì)算及潛力評(píng)價(jià)

3.1? 淺層地?zé)崮軣崛萘?/p>

淺層地?zé)崮軣崛萘扛鶕?jù)DZ/T 0225-2009《淺層地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)規(guī)范》附錄A中的公式A.1～A.6采用體積法進(jìn)行計(jì)算?？紤]現(xiàn)狀技術(shù)條件、鉆探難度、鉆探經(jīng)濟(jì)性等因素，目前江蘇省內(nèi)淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用工程的地埋管深度普遍不超過(guò)100 m，因此本次計(jì)算深度取100 m，不考慮包氣帶部分熱容量。各鉆孔計(jì)算參數(shù)主要依據(jù)巖土體取樣測(cè)試數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果加權(quán)求得;各適宜性分區(qū)的計(jì)算參數(shù)根據(jù)該分區(qū)內(nèi)鉆孔參數(shù)求取平均值。

計(jì)算結(jié)果顯示，規(guī)劃區(qū)100 m深度范圍內(nèi)淺層地?zé)崮軣崛萘繛?.25×1014 kJ·℃-1。其中，巖土體骨架的熱容量為3.77×1014 kJ·℃-1，巖土體中地下水的熱容量為5.49×1014 kJ·℃-1，各分區(qū)淺層地?zé)崮軣崛萘恳?jiàn)表6。若按100 m埋管深度、5℃的換熱溫差進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)換熱間隔期地溫完全恢復(fù)，則區(qū)內(nèi)年可開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮転?.63×1015 kJ，相當(dāng)于燃燒1.58億t標(biāo)準(zhǔn)煤獲得的能量。

3.2? 淺層地?zé)崮軗Q熱功率

淺層地?zé)崮軗Q熱功率根據(jù)DZ/T 0225-2009《淺層地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)規(guī)范》附錄A中的公式A.7～A.9進(jìn)行計(jì)算。首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)計(jì)算單孔換熱功率，進(jìn)而計(jì)算各分區(qū)淺層地?zé)崮軗Q熱功率。埋管深度取100 m，埋管間距5 m，地埋管夏季進(jìn)出口溫度32.5℃，冬季進(jìn)出口溫度7.5℃。

計(jì)算結(jié)果顯示，淮安市現(xiàn)有換熱孔的冬季單孔換熱功率平均值為3307 W，夏季單孔換熱功率平均值為4582 W，夏季換熱功率比冬季高出約42%。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，區(qū)內(nèi)建筑用地面積占比26%，地埋管建設(shè)面積折減系數(shù)取30%，則土地利用系數(shù)為7.8%，在考慮土地利用系數(shù)的前提下，規(guī)劃區(qū)100 m以淺地埋管式地源熱泵系統(tǒng)的冬季總換熱功率為32 766 MW，夏季總換熱功率為45 793 MW（表7）。結(jié)合適宜性分區(qū)結(jié)果，可見(jiàn)淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性越好的區(qū)域，其單孔換熱功率越大，單位面積換熱功率越高，進(jìn)一步驗(yàn)證了適宜性分區(qū)的合理性。

3.3? 潛力評(píng)價(jià)

淺層地?zé)崮軡摿υu(píng)價(jià)在適宜性分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，依據(jù)淺層地?zé)崮軗Q熱功率計(jì)算和地源熱泵所需換熱量計(jì)算，用可供暖、制冷面積表示。根據(jù)GB 50366-2009《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》，忽略循環(huán)水輸送過(guò)程中獲得的熱量和水泵釋放到循環(huán)水中的熱量，地源熱泵系統(tǒng)冬季、夏季的換熱量分別按下式計(jì)算：

Q夏=∑[L冷×（1+1/EER）]???? （1）

Q冬=∑[L熱×（1-1/COP）]???? （2）

式中，Q夏為地源熱泵系統(tǒng)夏季排熱量，單位W·m-2;Q冬為地源熱泵系統(tǒng)冬季吸熱量，單位W·m-2;L冷為建筑夏季冷負(fù)荷，單位W·m-2;L熱為建筑冬季熱負(fù)荷，單位W·m-2;EER為地源熱泵機(jī)組的制冷性能系數(shù);COP為地源熱泵機(jī)組的供熱性能系數(shù)。

經(jīng)估算，淮安市的建筑夏季冷負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)值為95 W·m-2，冬季熱負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)值為85 W·m-2。地源熱泵系統(tǒng)的EER和COP取4.0。根據(jù)公式（1）、公式（2）計(jì)算出地源熱泵系統(tǒng)夏季需排熱量為118.75 W·m-2，冬季需吸熱量為63.75 W·m-2。

在獲取淺層地?zé)崮軗Q熱功率和熱泵系統(tǒng)所需換熱量之后，可進(jìn)一步計(jì)算出區(qū)內(nèi)淺層地?zé)崮芸晒┡?、制冷建筑面積（表8）。計(jì)算結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)單位面積內(nèi)淺層地?zé)崮芷骄晒┡ㄖ娣e為2.0 m2，可制建筑冷面積為1.5 m2。在考慮土地利用系數(shù)的情況下可供暖總建筑面積為5.14億m2，可制冷總建筑面積為3.86億m2，開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。

4? 結(jié)論

1）使用熱響應(yīng)孔鉆探、測(cè)溫、采樣測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)、資料搜集分析等多種工作方法對(duì)淮安城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)巖土體結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)特征、熱物性及熱響應(yīng)特征、地溫場(chǎng)特征展開(kāi)研究。研究成果表明，規(guī)劃區(qū)內(nèi)地層可鉆性強(qiáng)，含水層厚度大，熱物性參數(shù)良好，淺層地?zé)崮苜x存條件優(yōu)越。

2）采用層次分析法對(duì)淮安城市規(guī)劃區(qū)地埋管地源熱泵系統(tǒng)適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，科學(xué)、客觀地反映了地埋管地源熱泵系統(tǒng)的適宜性分布特征。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，淮安城市規(guī)劃區(qū)廣泛適宜采用地埋管地源熱泵開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮?，適宜性良好區(qū)和較好區(qū)面積占比達(dá)到73.3%。

3）計(jì)算了各分區(qū)淺層地?zé)崮苋萘亢蛽Q熱功率，評(píng)價(jià)了淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用潛力。規(guī)劃區(qū)100 m深度范圍內(nèi)淺層地?zé)崮軣崛萘繛?.25×1014 kJ·℃-1，考慮土地利用系數(shù)的情況下冬季總換熱功率為32 766 MW，夏季總換熱功率為45 793 MW，可供暖總建筑面積為5.14億m2，可制冷總建筑面積為3.86億m2，開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。

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