城市地区浅层地温能评价方法探讨

摘    要：浅层地温能属于可再生资源的一种，具有十分广阔的应用前景。一般情况下，地源、水源热泵系统是此类资源的开发利用方式。本文以城市地区浅层地温评价方法探讨为研究内容，通过结合实际案例的方式，对城市地区浅层地温能评价方法进行研究和总结，希望为相关行业提供借鉴。

关键词：城市地区;浅层地温能;评价方法

1  引言

浅层地温能主要是指潜藏在地表下岩石中的地温能，且具备一定的开发和利用价值。作为地热资源的重要组成部分，地温能的开发和利用，有利于缓解城市面临的能源危机，其重要性受到了国家和人民群众的高度重视。目前，对浅层地温能的开发和利用，主要集中在供暖、制冷和生活热水供应领域。为实现对城市浅层地温能的合理开发，采用合适的评价方法，对浅层地温能蕴藏情况进行准确评价尤为关键，因此研究此项课题，其意义十分重大。

2  某城市浅层地温能资源条件

在查阅资料后得知，气候条件、地层地质结构、岩石特性和浅层地温均会对浅层地温能的储存产生影响，只有做出合理的评价，方能为其后续开发和利用，提供理论依据上的支持。某城市位于我国南方省区，其所处地貌为长江河谷丘陵地貌，其整体地势为东高西低。其中，川东平行岭谷区是主城区所在的位置。该市具备浅层地温能产生和储备的条件，具体表现在以下方面：（1）气候条件：该市的气候为亚热带季风气候，且两面环山，具有夏热冬暖和无霜期长的气候特点。（2）地质构造：城市所处的地质构造为盆地，岩相较为稳定，且具有明显的标志层，褶皱构造十分简单，存在大面积的出露基岩。（3）水文条件：该市水文条件包括孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水。

总而言之，该市具备浅层地温能资源大规模储藏的条件，故接来下本文会对几种城市地区浅层地温能评价方法进行简单介绍。

3  城市地区浅层地温能评价方法研究

3.1  浅层地温能资源量的计算评价方法

地质勘查是评价城市地区浅层地温能资源量的基础方法，简言之，就是将已知的地质条件、气候条件和水文条件作为依据，对该地区进行动态监测和测量，掌握含水层结构、厚度和埋藏情况，同时，还要通过对比地质勘查结果的方式，确定地下水位、水量以及水质情况的变化。除此之外，还可以通过调查取样的方式，对岩土体热物理参数进行明确。在此基础上，采取地温调查的方式对勘察地区地温分布、水温分布进行查明，结合已查明的数据，计算恒温带的各项参数，这里所说的参数主要是指温度、深度和大地热流值。最后选择代表性的地段作为试验区域，通过原位热传导试验和回灌试验，对含水层回灌能力和渗透系数进行科学准确的评价，以明确城市浅层地区地温能的热来源和热成因机制。

我国对大地热流的研究稍晚于发达国家，开始时间为上世纪70年代，截止到目前，国内获取的大地热流测量数据已达数千个。在查阅资料后得知，我国不同地区地热流数据存在明显的差别，其中西南部地区每平方米70mW～85mW;西北地区每平方米43mW～47mW;华北地区每平方米59mW～63mW;华南地区每平方米66mW～70mW。本文所研究的城市位于华南地区，其大地热流量特征为每平方米66mW～70mW。區域地热资源规划和管理需要将区域浅层地温可利用资源量作为依据，而可利用资源量的评价，需要将热流量法作为评价方法，这种评价方法的公式为：

[Qh=aqM×10-6]

式中：

[Qh]——浅层地温可利用量;

[a]——浅层地温可利用系数;

[q]——大地热流值;

[M]——计算面积。

浅层地温可利用系数属于单位面积内可利用的浅层地温能与大地热流值的比值，城市地区地热地质条件和水文地质条件，与这个系数存在密切的关联，将其用于相似区域的地温能评价可以取得良好的效果。而大地热流值可以直接利用已知的数据，但在利用时，需要确保所选数值具有深度上和区域上的代表性。以该城市为例，在评价该市浅层地温能时，应选择周边地区的大地热流值数据。如果缺少参考数据，需要利用公式：[q=λG]进行计算。简言之，就是热导率×地温梯度=大地热流值。

3.2  地源热泵系统地下水水质评价

所谓的地下水水质评价，就是结合已知数据信息和浅层地温能利用技术，对地下水水质进行准确的评价，值得注意的是，在评价过程中，必须依据我国现行的标准。就事实而言，地下水水质的良好与否，关系到热泵机组对地热能资源的使用效果。如果地下水水质达标，则不会影响热泵机组的安全，反之会导致热泵机组在运行一段时间后因水质问题而出现故障。地下水质量评价方法主要以试验为主，在试验过程中应选择回灌水样和抽水水样。在获取水试样后应及时试验，其中清洁水试样需要在获取后的72h内进行，轻微污染的水需要在48h内试验，而重度污染水的放置时间应少于12h。在试验阶段应将《地下水质量标准》作为依据。

评价地下水中化学污染物质对热泵机组金属材料的腐蚀情况是主要目的，具体评价方法如下所述：

如果腐蚀系数大于0，则代表试验水样具有非常强的腐蚀能力，属于腐蚀性水。

如果腐蚀系数小于0，但腐蚀系数+0.0503Ca2+大于0，则表明试验水样腐蚀能力较弱，属于半腐蚀性水。在利用现有数据计算后得知，该市地下水的腐蚀系数小于0，属于半腐蚀性水。

地下水除了腐蚀作用之外，由于其内部含有钙盐，因此会导致空调系统结垢。针对这种现象，在开发和利用地温能资源时，需要对地热流体在使用后的结垢可能性进行评价，并依据评价结果，采取预防和控制措施，避免空调系统在使用地热流体时结垢。评价方法如下所述：

如果锅炉结垢总量不超过125，称为锅垢很少的地下水。

锅炉结垢总量不超过250，称为锅垢一般的地下水。

锅炉结垢总量不超过500，称为锅垢较多的地下水。

锅炉结垢总量超过500，称为锅垢非常多的地下水。

在计算锅垢总量时所采用的公式如下：

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

在这个公式中，地热流体内的悬浮物含量由S表示;胶体含量由C表示。在计算后得知，该市地热流体的锅垢总量为80，属于锅垢很少的地下水。

3.3  经济评价方法

经济评价是浅层地温能评价的重要组成部分，投资、效益、收益和运行预测是主要评价内容。

地热源泵工程由三部分构成，分别为空调末端系统、室外换热系统和机房设备系统。每个系统内都含有大量的装置和设备。因此在估算投资时，需要考虑设备采购费用、土建工程施工费用和其他费用。

运行费用：是指工程日常运行所需的费用，比如：设备在运行过程中对电力资源的损耗、设备日常检修和维护费用以及人工管理费用等等。

收入费用：是指工程在运行过程中所创造的收益，评价人员可以将建筑面积作为依据，确定供暖面积和制冷面积，在此基础上，准确计算采暖和制冷费用。

效益评价：通过对比工程总投入和收入费用的方式，计算投资回收时间，与此同时，还要对投资项目所产生的经济性参数进行准确计算，从而保证经济评价的合理性。

4  结论

地源热泵工程设计需要将浅层地温能资源评价作为前提基础，此外，评价结果还能为城市地区开发和利用这项能源，提供理论依据支持。评价结果表明，本文所评价的城市，浅层地温能资源较为丰富，具备利用和开发的价值。主要表现为大地热流值高，并属于锅垢很少的地下水，有利于节省设备维修和养护成本，从而使经济效益提升。

参考文献：

[1] 王春晖，狄艳松，胡媛媛.河南省主要城市浅层地温能特征及开发利用建议[J].城市地质，2019（1）：40～47.

作者简介：

刘森 （1986—）男，硕士，工程师  从事暖通施工管理工作。