城市地區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、水源熱泵系統是此類資源的開發利用方式。本文以城市地區淺層地溫評價方法探討為研究內容，通過結合實際案例的方式，對城市地區淺層地溫能評價方法進行研究和總結，希望為相關行業提供借鑒。

關鍵詞：城市地區;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，且具備一定的開發和利用價值。作為地熱資源的重要組成部分，地溫能的開發和利用，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和利用，主要集中在供暖、制冷和生活熱水供應領域。為實現對城市淺層地溫能的合理開發，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、地層地質結構、巖石特性和淺層地溫均會對淺層地溫能的儲存產生影響，只有做出合理的評價，方能為其后續開發和利用，提供理論依據上的支持。某城市位于我國南方省區，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，川東平行嶺谷區是主城區所在的位置。該市具備淺層地溫能產生和儲備的條件，具體表現在以下方面：（1）氣候條件：該市的氣候為亞熱帶季風氣候，且兩面環山，具有夏熱冬暖和無霜期長的氣候特點。（2）地質構造：城市所處的地質構造為盆地，巖相較為穩定，且具有明顯的標志層，褶皺構造十分簡單，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模儲藏的條件，故接來下本文會對幾種城市地區淺層地溫能評價方法進行簡單介紹。

3? 城市地區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

地質勘查是評價城市地區淺層地溫能資源量的基礎方法，簡言之，就是將已知的地質條件、氣候條件和水文條件作為依據，對該地區進行動態監測和測量，掌握含水層結構、厚度和埋藏情況，同時，還要通過對比地質勘查結果的方式，確定地下水位、水量以及水質情況的變化。除此之外，還可以通過調查取樣的方式，對巖土體熱物理參數進行明確。在此基礎上，采取地溫調查的方式對勘察地區地溫分布、水溫分布進行查明，結合已查明的數據，計算恒溫帶的各項參數，這里所說的參數主要是指溫度、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進行科學準確的評價，以明確城市淺層地區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達國家，開始時間為上世紀70年代，截止到目前，國內獲取的大地熱流測量數據已達數千個。在查閱資料后得知，我國不同地區地熱流數據存在明顯的差別，其中西南部地區每平方米70mW～85mW;西北地區每平方米43mW～47mW;華北地區每平方米59mW～63mW;華南地區每平方米66mW～70mW。本文所研究的城市位于華南地區，其大地熱流量特征為每平方米66mW～70mW。區域地熱資源規劃和管理需要將區域淺層地溫可利用資源量作為依據，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;

[q]——大地熱流值;

[M]——計算面積。

淺層地溫可利用系數屬于單位面積內可利用的淺層地溫能與大地熱流值的比值，城市地區地熱地質條件和水文地質條件，與這個系數存在密切的關聯，將其用于相似區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據，但在利用時，需要確保所選數值具有深度上和區域上的代表性。以該城市為例，在評價該市淺層地溫能時，應選擇周邊地區的大地熱流值數據。如果缺少參考數據，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? 地源熱泵系統地下水水質評價

所謂的地下水水質評價，就是結合已知數據信息和淺層地溫能利用技術，對地下水水質進行準確的評價，值得注意的是，在評價過程中，必須依據我國現行的標準。就事實而言，地下水水質的良好與否，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問題而出現故障。地下水質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內進行，輕微污染的水需要在48h內試驗，而重度污染水的放置時間應少于12h。在試驗階段應將《地下水質量標準》作為依據。

評價地下水中化學污染物質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。

如果腐蝕系數小于0，但腐蝕系數+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。在利用現有數據計算后得知，該市地下水的腐蝕系數小于0，屬于半腐蝕性水。

地下水除了腐蝕作用之外，由于其內部含有鈣鹽，因此會導致空調系統結垢。針對這種現象，在開發和利用地溫能資源時，需要對地熱流體在使用后的結垢可能性進行評價，并依據評價結果，采取預防和控制措施，避免空調系統在使用地熱流體時結垢。評價方法如下所述：

如果鍋爐結垢總量不超過125，稱為鍋垢很少的地下水。

鍋爐結垢總量不超過250，稱為鍋垢一般的地下水。

鍋爐結垢總量不超過500，稱為鍋垢較多的地下水。

鍋爐結垢總量超過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? 經濟評價方法

經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容。

地熱源泵工程由三部分構成，分別為空調末端系統、室外換熱系統和機房設備系統。每個系統內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造的收益，評價人員可以將建筑面積作為依據，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生的經濟性參數進行準確計算，從而保證經濟評價的合理性。

4? 結論

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，評價結果還能為城市地區開發和利用這項能源，提供理論依據支持。評價結果表明，本文所評價的城市，淺層地溫能資源較為豐富，具備利用和開發的價值。主要表現為大地熱流值高，并屬于鍋垢很少的地下水，有利于節省設備維修和養護成本，從而使經濟效益提升。

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利用建議[J].城市地質，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。