寧夏銀川市淺層地溫能賦存條件和開發(fā)利用潛力評(píng)價(jià)

趙銀鑫，公亮，吉衛(wèi)波，田碩豐，孫變變，吳文忠，王改平，馬風(fēng)華

（寧夏回族自治區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 銀川 750021）

淺層地溫能是指地下一定深度范圍內(nèi)（目前開發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)深度一般在200 m 以內(nèi)）地下水和土壤內(nèi)部埋藏的地溫?zé)崮?，通過(guò)熱泵技術(shù)收集利用后，可以用來(lái)供暖或者制冷（韓再生等，2007；楊如輝等，2011）。淺層地溫能是一種特殊礦產(chǎn)資源，也是一種新型的可再生環(huán)保能源，利用前景廣闊。相較其他能源而言，淺層地溫能有著可循環(huán)再生、可就近利用、儲(chǔ)量巨大、分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)。因此，為解決資源短缺和環(huán)境污染的現(xiàn)狀，中國(guó)于20 世紀(jì)80 年代開始研究地源熱泵技術(shù)，并在90 年代開展示范項(xiàng)目，同時(shí)國(guó)家政府出臺(tái)一系列的激勵(lì)政策和管理法規(guī)，來(lái)支持淺層地溫能的開發(fā)利用（王貴玲等，2012；沈軍等，2021；劉文輝等，2023；張茂省等，2023）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2010 年全國(guó)應(yīng)用淺層地溫能資源的總面積約為2.1×108m2，多集中在華北和東北地區(qū)（欒英波等，2013）。盡管國(guó)內(nèi)的淺層地溫能開發(fā)利用起步較晚，但截止2012 年中國(guó)供熱制冷面積就已躍居世界第二（丁宏偉等，2016）。2015 年中國(guó)已經(jīng)調(diào)查評(píng)價(jià)了336 個(gè)城市，并且通過(guò)研究評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)這些地級(jí)以上城市具有淺層地溫能的潛力。結(jié)果表明，年可采折合標(biāo)煤可達(dá)7×108t，可實(shí)現(xiàn)供暖制冷面積為320×108m2（藺文靜等，2013；冉偉彥等，2014；王貴玲等，2017；王婉麗等，2017；沈軍等，2021）。

中國(guó)淺層地溫能資源開發(fā)利用起步較晚，但進(jìn)入21 世紀(jì)后開發(fā)利用淺層地溫能技術(shù)發(fā)展迅速（閆福貴，2013），到2013 年地源熱泵技術(shù)就躍居世界第二位（欒英波，2013）。未來(lái)的工作可能延伸至中小城鎮(zhèn)，將淺層地溫利用面積進(jìn)一步擴(kuò)大（王貴玲等，2020）。貴州省“十四五”期間在淺層地?zé)崮芴N(yùn)藏條件分析上進(jìn)行潛力評(píng)價(jià)和適宜性分區(qū)，冬季供暖面積為1.22×109m2，夏季地埋管地源熱泵的制冷面積為1.18×109m2（彭佳等，2021；張新，2021）；山東省章丘區(qū)冬季淺層地溫能潛力評(píng)價(jià)后能夠供暖的面積為6 504.666 2×104m2，夏季能夠制冷的面積較少，為535.127 8×104m2。綜合來(lái)看，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)淺層地溫能經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯、使用和開發(fā)的潛力水平很高（孫明遠(yuǎn)等，2021）。因此，開采和使用淺層地溫能對(duì)確保國(guó)家能源安全、優(yōu)化中國(guó)當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)、推進(jìn)國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的完成具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

筆者以銀川市第四系地層為主要研究對(duì)象，研究淺層地溫能賦存條件，并且結(jié)合地埋管地源熱泵，對(duì)其進(jìn)行適宜性分區(qū)，然后展開對(duì)銀川市淺層地溫能開發(fā)利用和開發(fā)潛力評(píng)價(jià)的工作，旨在為研究區(qū)淺層地溫能開發(fā)利用提出建議，并為后續(xù)制定開發(fā)利用方案提供依據(jù)。

1 淺層地溫能賦存條件

1.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)

銀川市第四系沉積物主要為湖積、沖積和洪積，并且其余地區(qū)分布湖沼沉積物和風(fēng)積物。其中，賀蘭山東麓洪積物分布最為廣泛，有一條黏性土的細(xì)粒帶位于其前緣地帶很容易發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在淺層地?zé)崮荛_發(fā)和使用效益較好的深度大多小于200 m，文中研究主要涉及第四系地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、成因類型、時(shí)代等（圖1、圖2，表1）。

表1 第四系成因類型及時(shí)代描述表Tab.1 Genesis type and era description of Quaternary

下更新統(tǒng)：沉積類型以沖湖積層沉為主，埋藏深度大于190～200 m，巖性為灰黑色、灰褐色細(xì)砂夾棕褐、灰褐、灰白色黏性土、灰褐色砂礫石及卵礫石。

中更新統(tǒng)：沉積以沖洪積和沖湖積等類型為主。沖湖積層埋深為80～120 m，巖性為灰黑色、灰色及褐灰色細(xì)砂夾灰色、棕灰、灰白黏性土，并有泥礫存在于部分細(xì)砂；沖洪積層埋深為130～150 m，厚度約為60 m，巖性以青灰色粉細(xì)砂和灰黃色、暗灰色細(xì)砂為主，夾帶黏性土，洪積平原的西側(cè)下部細(xì)砂內(nèi)含有礫石。

上更新統(tǒng)：沉積類型主要有沖湖積、沖洪積、洪積等。沖湖積層厚度為60～120 m，埋藏深度為2～30 m，巖性為黏土質(zhì)砂、砂質(zhì)黏土、中細(xì)砂；沖洪積層厚為50～90 m，埋深為60～80 m，巖性為灰色細(xì)砂夾砂黏土，在山前洪積斜平原附近部分細(xì)砂中含礫石；在賀蘭山東麓洪積斜平原分布有洪積層，巖性為砂質(zhì)黏土、黏質(zhì)砂土、砂、砂礫石、漂礫及塊石，由洪積平原前緣變?yōu)榧?xì)粒帶，自東向西顆粒逐漸變粗。

全新統(tǒng)：銀川市有較多的全新統(tǒng)沉積類型，包括沖洪積、沖湖積、風(fēng)積、湖沼積、洪積、沖積等類型。沖洪積層巖性為黏性土、粉細(xì)砂夾砂礫石，厚度小于20 m；沖湖積平原的一級(jí)階地是沖湖積層主要分布地區(qū)，巖性為黏性土、細(xì)砂及粉細(xì)砂，厚度小于15 m；風(fēng)積分布散亂，巖性為粉細(xì)砂和中細(xì)砂，最大厚度為20～30 m；河湖積平原的一、二級(jí)階地是湖沼沉積層主要分布地區(qū)，巖性以黏性土、粉細(xì)砂為主，厚度小于3 m；在銀川市新市區(qū)以西是洪積層的主要分布地帶，巖性為含礫砂、碎石、砂礫石夾黏性土，厚度小于5 m；沖積層大都位于河漫灘和黃河河床中，巖性為粉細(xì)砂、砂礫石夾黏性土，厚度小于10 m。

1.2 水文地質(zhì)條件

結(jié)合銀川市水文地質(zhì)條件、地貌及地質(zhì)和鉆孔數(shù)據(jù)等資料的分析，第四系松散巖類孔隙水包括多層結(jié)構(gòu)區(qū)和單一潛水區(qū)2 個(gè)區(qū)域。含水巖組分區(qū)圖、典型水文地質(zhì)剖面見圖3 和圖4。

圖3 銀川市含水巖組分區(qū)圖Fig.3 Area map of water-bearing rock composition in Yinchuan City

圖4 銀川市典型水文地質(zhì)剖面圖Fig.4 Hydrogeological profile of Yinchuan city

1.2.1 單一潛水區(qū)

在銀川平原范圍的南部和西部部分地區(qū)為單一潛水區(qū)，其潛水區(qū)內(nèi)的巖性，主要由青銅峽峽口沖積和賀蘭山東麓山麓洪積砂卵礫石組成，地下水是單一潛水，水質(zhì)良好，水量豐富。

（1）在賀蘭山東麓分布有賀蘭山東麓洪積斜平原單一潛水區(qū)，巖性自西向東由粗變細(xì)，為賀蘭山前緣沖洪積物。地下水水位埋藏深度南部比北部要高，西部比東部要高。洪積扇前方的水位埋藏深度大多為10～30 m，單井涌水量高于1 000 m3/d，水質(zhì)較好，溶解性總固體大多不超過(guò)1 g/L，水化學(xué)類型主要是重碳酸鹽型水。

（2）黃河以西單一潛水區(qū)沿黃河西側(cè)條帶狀展布，含水巖組埋深8.4～37.0 m 以上，第四系全新統(tǒng)的黃褐色細(xì)砂、粉砂層是其含水層的巖性，成分以長(zhǎng)石及石英為主，局部夾青灰色砂礫層，厚度為0.5～1.0 m，分選好，磨圓度較好，水位埋深為1.5～2.25 m；其底部為新近系泥巖。水化學(xué)類型為重碳酸氯型水。

（3）黃河以東單一潛水區(qū)沿黃河?xùn)|側(cè)展布，含水巖組埋深8.0～23.5 m 以上，第四系全新統(tǒng)風(fēng)積的黃褐色粉砂、細(xì)砂層為含水層巖性，水位埋深約為2.37～10.54 m。民井單井涌水量為10～50 m3/d，溶解性總固體為0.592～3.28 g/L，水化學(xué)類型為氯硫酸型水。

1.2.2 多層結(jié)構(gòu)區(qū)

深度超過(guò)250 m，多層結(jié)構(gòu)區(qū)劃分為3 個(gè)含水巖組，從下向上依次是第二承壓含水巖組、第一承壓含水巖組和潛水含水巖組，各個(gè)相鄰含水巖組間一般具有比較連續(xù)的弱透水層。

（1）在平原區(qū)北部潛水含水巖組巖性主要是粉細(xì)砂，中段主要是細(xì)砂，南段主要是中細(xì)砂。厚度大多為20～60 m，其富水性大部分地帶大于1 000 m3/d。

（2）第一承壓含水巖組頂板埋深大多為25～60 m，底板埋深大多為140～160 m。一般2～5 個(gè)相互具有水力聯(lián)系的含水層構(gòu)成含水巖組，地下水體之間相互貫通，連續(xù)性差，黏性土夾層不穩(wěn)定，巖性主要為粉細(xì)砂、細(xì)砂以及少部分中砂。銀川市第一承壓含水巖組具有較好的富水性，單井涌水量大多為1 000～5 000 m3/d。

（3）在沖湖積、沖洪積平原與賀蘭山東麓洪積傾斜平原前緣接觸地帶存在主要為黏性土的細(xì)粒帶的沉積，厚度超過(guò)300 m，東西寬為2～5 km，細(xì)粒帶水量、厚度、巖性變化較大。潛水含水巖組巖性主要為細(xì)砂，單井涌水量小于1 000 m3/d。細(xì)砂、粉砂是承壓含水巖組的主要巖性，單井涌水量大多為1 000～2000 m3/d。

1.3 巖土體熱物性特征

1.3.1 室內(nèi)測(cè)試

根據(jù)典型孔取樣和測(cè)試結(jié)果（圖5）可以看到，砂土天然含水率平均為19.72%，黏土天然含水率為23.11%；砂土天然密度平均為2.01 g/cm3，黏土天然密度為1.98 g/cm3；砂土導(dǎo)熱系數(shù)平均為2.04 W/m·K，黏土導(dǎo)熱系數(shù)為1.44 mm2/s；砂土熱擴(kuò)散系數(shù)平均為0.96 mm2/s，黏土熱擴(kuò)散系數(shù)為0.63 mm2/s；砂土比熱容平均為1.07 kJ/kg·K，黏土比熱容為1.17 kJ/kg·K。

圖5 基本熱物性測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖Fig.5 Basic thermophysical properties test results

1.3.2 地溫特征

根據(jù)15 個(gè)地溫監(jiān)測(cè)井測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析，淺層地溫梯度約為2～5 ℃/100 m，恒溫層約為30 m，溫度為11～13 ℃。西部地溫梯度小于2.5 ℃/100 m，中東部地溫梯度為2.5～4.5 ℃/100 m，小部分區(qū)域地溫梯度大于4.5 ℃/100 m。

1.3.3 熱響應(yīng)測(cè)試

淺層地?zé)崮苜Y源調(diào)查評(píng)價(jià)中的熱響應(yīng)試驗(yàn)和測(cè)試研究是工作的重中之重，為淺層地?zé)崮苜Y源開采規(guī)劃及數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)。收集銀川市區(qū)9 處熱現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇閩寧鎮(zhèn)施工3 孔淺層地溫能鉆孔進(jìn)行熱響應(yīng)試驗(yàn)，分析銀川市地層穩(wěn)定工況測(cè)試、穩(wěn)定熱流測(cè)試和平均初始地溫測(cè)試下的淺層地溫能地埋管地源熱泵開采和使用條件。

實(shí)驗(yàn)儀器主要包括2 個(gè)部分，分別是測(cè)量系統(tǒng)和控制主機(jī)，主要包含數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、埋地?fù)Q熱器、恒熱流加熱器、溫度傳感器、流量傳感器以及循環(huán)水泵等。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了2 種熱響應(yīng)試驗(yàn)，分別是穩(wěn)定加熱功率8.3 kW 的大功率試驗(yàn)和穩(wěn)定加熱功率5.03 kW 的小功率試驗(yàn)，然后模擬了地埋管地源熱泵系統(tǒng)在夏季和冬季的恒溫測(cè)試。典型孔的測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6 所示，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 淺層地溫能熱響應(yīng)測(cè)試結(jié)果表Tab.2 Thermal response test results of shallow geothermal energy

圖6 典型鉆孔的熱響應(yīng)測(cè)試圖Fig.6 Thermal response test of a typical borehole

2 地埋管地源熱泵適宜性分區(qū)

2.1 分區(qū)方法

層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP），由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家 Saaty 在20 世紀(jì)70 年代中期提出，主要為層次化、系統(tǒng)化、定量和定性相結(jié)合的分析方法（劉建霞等，2012；金婧等，2012；蘭善治，2016）。筆者通過(guò)計(jì)算與作圖2 個(gè)步驟確定地埋管地源熱泵適宜性分區(qū)，計(jì)算2 個(gè)方面內(nèi)容，其中涵蓋了確定權(quán)重體系與確定評(píng)分體系。采用層次分析法（AHP）確定其評(píng)價(jià)指標(biāo)中各要素的權(quán)重，通過(guò)專家小組的綜合打分來(lái)確定評(píng)分，對(duì)研究區(qū)內(nèi)各個(gè)要素使用 Arcgis 軟件對(duì)其屬性賦值，在矢量疊加之前先柵格化各個(gè)要素圖層，把各要素評(píng)分和相應(yīng)的權(quán)重相乘相加計(jì)算出綜合評(píng)分，并根據(jù)綜合評(píng)分再適宜性分區(qū)。

2.2 評(píng)價(jià)過(guò)程

根據(jù)董殿偉等（2010）、苑雷等（2013）、胡元平等（2015）對(duì)地溫能的研究成果，選取10 個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子對(duì)武漢都市發(fā)展區(qū)評(píng)價(jià)地埋管地源熱泵適宜性分區(qū)，并對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)因子選取依據(jù)進(jìn)行說(shuō)明。結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)資料和開發(fā)淺層地溫能的影響因素，把地埋管熱泵適宜性分區(qū)的評(píng)價(jià)因子劃分為承壓水富水性、砂土黏土厚度比、地形地貌、巖土體平均比熱容、綜合熱傳導(dǎo)系數(shù)、含水巖組厚度、潛水水位埋深、潛水富水性10 類。地埋管適宜性分區(qū)層次結(jié)構(gòu)見圖7，各評(píng)價(jià)因子分區(qū)及結(jié)果見圖8 和圖9。

圖7 地埋管地源熱泵適宜性分區(qū)層次結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Hierarchical structure diagram of the suitability of underground ground-source heat pumps

圖9 地埋管地源熱泵適宜性分區(qū)圖Fig.9 The suitability zoning map of underground pipe ground source heat pump

根據(jù)判斷矩陣建立指標(biāo)之間的相對(duì)重要性，然后轉(zhuǎn)化為權(quán)重，結(jié)果見表3。

表3 評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算結(jié)果一覽表Tab.3 List of calculation results of evaluation factor weights

2.3 分區(qū)結(jié)果

由于各個(gè)研究區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)不完全相同，所以綜合評(píng)分的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)也不相同，最后將研究區(qū)分為較適宜區(qū)、適宜區(qū)。研究區(qū)內(nèi)綜合評(píng)分最大值為8.4，最小值為3.8，根據(jù)綜合評(píng)分劃分出的2 個(gè)區(qū)間，確定地埋管熱泵的形式開采和使用淺層地?zé)崮茌^適宜區(qū)域綜合評(píng)分區(qū)間為3.8～6.1，面積為1 386 km2，占比為43.96%；適合建造地埋管熱泵開采和使用淺層地?zé)崮芫C合評(píng)分區(qū)間為6.1～8.4 的區(qū)域，面積為1 767 km2，占比為56.04%；得出銀川市地埋管熱泵適宜性分區(qū)圖（圖9）。

3 淺層地溫能資源潛力評(píng)價(jià)

在適宜性分區(qū)基礎(chǔ)上，計(jì)算銀川市淺層地溫能資源潛力，主要包括適宜區(qū)淺層地溫能熱容量計(jì)算和資源潛力評(píng)價(jià)2 個(gè)方面（張甫仁等，2013），可為節(jié)約能源和減少污染作出貢獻(xiàn)（閆福貴，2013）。

3.1 淺層地?zé)崮苋萘坑?jì)算

3.1.1 計(jì)算方法

銀川平原的第四系厚度一般都在200 m 以上，研究區(qū)內(nèi)熱容量包括飽水帶和包氣帶的熱容量。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)條件的約束，現(xiàn)在大部分淺層地?zé)崮芾煤烷_發(fā)的鉆孔深度大約為200 m，所以將評(píng)價(jià)研究區(qū)地面以下200 m 深度以淺的范圍內(nèi)第四系中存儲(chǔ)的淺層地?zé)崮苜Y源。文中采用了《淺層地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T0225-2009）中的熱儲(chǔ)法對(duì)淺層地溫能熱容量研究分析，并對(duì)地層中飽水帶和包氣帶單位溫差所儲(chǔ)藏的熱量進(jìn)行分別計(jì)算，將地質(zhì)體評(píng)級(jí)范圍內(nèi)的儲(chǔ)熱容量進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算整理。

巖土含水率、土體孔隙度、巖土體比熱容巖及巖土體密度來(lái)自于測(cè)試，利用ArcGis 9.3 軟件在垂向上加權(quán)平均后，再在平面上利用面積加權(quán)平均確定；空氣的比熱容取1.003 kJ/（kg·℃），空氣的密度取1.29 kg/m3；水的比熱容取4.180 kJ/（kg·℃），水的密度取1 000 kg/m3。

3.1.2 計(jì)算結(jié)果

將計(jì)算得到的研究區(qū)內(nèi)200 m 綜合熱容量值，經(jīng)過(guò)插值處理后得到淺層地溫能分布情況（圖10），其中包氣帶總熱容量為2.32×1013kJ/℃，包氣帶內(nèi)空氣熱容量值為2.01×109kJ/℃，包氣帶內(nèi)所含水的熱容量值為6.5×1012kJ/℃，包氣帶巖土體內(nèi)熱容量為1.67×1013kJ/℃；其中飽水帶中飽水帶熱容量值為1.78×1015kJ/℃，水的為7.78×1014kJ/℃，巖土體為9.99×1014kJ/℃。

圖10 淺層地溫能熱容量分布圖Fig.10 Heat capacity distribution of shallow geothermal energy

3.2 淺層地溫能換熱功率計(jì)算

3.2.1 計(jì)算方法

根據(jù)地埋管換熱器傳熱系數(shù)和熱導(dǎo)率等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)單孔的換熱功率進(jìn)行計(jì)算分析。然后綜合地埋管的單孔換熱功率，結(jié)合土地利用系數(shù)計(jì)算分析調(diào)查區(qū)較適宜區(qū)及適宜區(qū)的總換熱功率（可利用總量）。它的單孔換熱功率的計(jì)算公式為：

式中：D為單孔換熱功率（W）；L為地埋管換熱器長(zhǎng)度（m），取值200；t1為地埋管內(nèi)流體的平均溫度（℃），夏季取值為31.5，冬季取值為6.4；t4為溫度影響半徑之外巖土體的溫度（℃），取值為15.55；λ1為地埋管材料的熱導(dǎo)率 [W/（m·℃）]，HDPE 管為 0.44 W/（m·℃）；r2為地埋管束的等效外徑（m），等效半徑r1加管材壁厚，取值為0.04；r1為地埋管束的等效半徑（m），單U管為管內(nèi)徑的倍，雙U管為管內(nèi)徑的2倍，取值為0.037；λ2為換熱孔中回填料的熱導(dǎo)率 [W/（m·℃）]，取值為 2.0；r3為換熱孔平均半徑（m），取值為 0.1；λ3為換熱孔周圍巖土體的平均熱導(dǎo)率 [W/（m·℃）]，取值為2.2；r4為換熱溫度影響半徑（m），取值為3.0。在獲得單孔換熱功率后，考慮銀川市地埋管土地利用系數(shù)取8.0%，布井間距考慮為5 m。

3.2.2 計(jì)算結(jié)果

不同工況下地埋管地源熱泵單孔換熱功率結(jié)果表示，經(jīng)上節(jié)的參數(shù)確定后計(jì)算得到的理論值（表4）。冬季單孔換熱功率為5 268.53 w，夏季單孔換熱功率為9 183.94 w；根據(jù)熱響應(yīng)測(cè)試結(jié)果得到的平均值，冬季單孔換熱功率為6 720.00 w，夏季單孔換熱功率為10 120.00 w。研究區(qū)根據(jù)總面積3 154 km2，考慮土地利用系數(shù)和布井間距，設(shè)置總的孔數(shù)約10 131 537 個(gè)。各工況中按理論值計(jì)算，冬季換熱總功率為5.34×107kw，夏季換熱總功率為9.30×107kw；按熱響應(yīng)測(cè)試結(jié)果平均值計(jì)算，冬季換熱總功率為6.81×107kw，夏季換熱總功率為1.03×108kw。

表4 地埋管地源熱泵換熱功率Tab.4 Heat transfer power of ground source heat pump with buried

3.3 淺層地?zé)崮軡摿υu(píng)價(jià)

3.3.1 計(jì)算方法

根據(jù)寧夏氣溫及公建及民間的制冷特征，新建筑與老建筑節(jié)能量效果的不同，按照公建60 %，民建40 %，老建筑用原來(lái)的指標(biāo)，新建筑用節(jié)能指標(biāo)，各按50 %計(jì)算，不考慮消峰。根據(jù)公建與民建新老建筑冬、夏季不同負(fù)荷，按相應(yīng)百分比取值，夏季制冷負(fù)荷為69 w/m2，冬季供暖負(fù)荷為47 w/m2。最后利用研究區(qū)較適宜區(qū)、適宜區(qū)冬季和夏季換熱功率，通過(guò)單位可利用量的供暖和制冷面積以標(biāo)明資源潛力。

3.3.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)對(duì)調(diào)查區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)資料分析及獲得的相關(guān)土壤熱物性參數(shù)、通過(guò)層次分析法得出調(diào)查區(qū)內(nèi)無(wú)地埋管地源熱泵不適宜區(qū)，故在整個(gè)調(diào)查區(qū)內(nèi)計(jì)算了地埋管地源熱泵開發(fā)潛力值，總面積為3 154 km2。經(jīng)過(guò)地埋管地源熱泵較適宜區(qū)、適宜區(qū)內(nèi)的換熱功率最終成果的分析，地埋管地源熱泵冬季總可供暖面積約為1.13×109m2，夏季可制冷面積為1.34×109m2（表5）。調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)地埋管地源熱泵利用和開發(fā)潛力很大，夏季開發(fā)潛力為42.5 萬(wàn) m2/km2，冬季開發(fā)潛力35.8 萬(wàn) m2/km2。

表5 地源熱泵可供暖面積計(jì)算Tab.5 Calculation of heating area of ground source heat pump

4 開發(fā)利用建議

近十年越來(lái)越多的地質(zhì)礦產(chǎn)勘查單位對(duì)寧夏淺層地溫能進(jìn)行調(diào)查研究，如今的淺層地溫能開發(fā)利用技術(shù)已經(jīng)基本成熟（張鵬川等，2017），為開采淺層地溫能提供大量基礎(chǔ)資料，說(shuō)明銀川市淺層地溫能的開發(fā)是可行的?？紤]到銀川市淺層地溫能賦存在200 m以淺的第四系地層內(nèi)，淺層地溫能熱容量分布最高的區(qū)域分布在銀川城區(qū)外的東部和西部，熱容量大于571 800 KJ/（℃·m2），而越往研究區(qū)中部和西部熱容量越來(lái)越低。

根據(jù)所得銀川市地埋管地源熱泵適宜性分區(qū)結(jié)果可知，在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)沒有不適宜區(qū)，研究區(qū)北部為適宜區(qū)，其中適宜區(qū)面積略小于較適宜區(qū)面積，銀川市未來(lái)城市的商業(yè)發(fā)展中心將往北發(fā)展，南部將以住宅區(qū)為主。因此，在北部主要商業(yè)辦公大樓、商場(chǎng)、賓館、文化娛樂(lè)、教育科研、行政辦公等均可采用地埋管地源熱泵。在開發(fā)利用方式上，地埋管的埋管形式以傳統(tǒng)垂直雙U 為主，可以考慮與其他方式的補(bǔ)充。例如，與能源樁的結(jié)合和與路基工程的結(jié)合。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)總面積為3 154 km2，根據(jù)工作收集及試驗(yàn)獲得水文地質(zhì)參數(shù)、地?zé)岬刭|(zhì)參數(shù)，并且在研究區(qū)的地埋管地源熱泵認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，劃分適宜性分區(qū)、計(jì)算資源量，其中整個(gè)研究區(qū)僅劃分為2 個(gè)分區(qū)，分別是適宜區(qū)和較適宜區(qū)。最佳建造地埋管熱泵開采和使用淺層地?zé)崮艿膮^(qū)域是適宜區(qū)，面積為1 767 km2，占比為56.04 %；較適宜區(qū)可綜合考慮當(dāng)?shù)厣鐣?huì)發(fā)展?fàn)顩r和經(jīng)濟(jì)條件，根據(jù)需求程度建造地源熱泵，面積為1 386 km2，占比為43.96 %。

（2）采用熱儲(chǔ)法計(jì)算研究區(qū)內(nèi)200 m 以淺地層綜合熱容量值，其中包氣帶總熱容量為2.32×1013kJ/℃，飽水帶中飽水帶熱容量值為1.78×1015kJ/℃。

（3）研究區(qū)地埋管地源熱泵中的較適宜區(qū)和適宜區(qū)的夏季制冷負(fù)荷為69 w/m2，冬季供暖負(fù)荷為47 w/m2；冬季換熱功率為5.34×107kw，夏季換熱功率為9.30×107kw；夏季可制冷面積為1.35×109m2，冬季總可供暖面積約為1.14×109m2。研究區(qū)開發(fā)潛力計(jì)算得到夏季開發(fā)潛力為42.7 萬(wàn)m2/km2，冬季開發(fā)潛力36.0萬(wàn) m2/km2。