淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用及影響研究

［關(guān)鍵詞］開發(fā)利用；淺層地?zé)崮埽还芾?/p>

當(dāng)前，淺層地?zé)崮苤饕獞?yīng)用在供暖和制冷環(huán)節(jié)，由于使用過程中不會產(chǎn)生污染物，國家越來越重視對淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)。本文主要探討馬鞍山市博望區(qū)的淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用工作。

1. 淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的主要特點

淺地層的熱能主要指地表層200m深度范圍的熱能源，該能源的形成主要是由于地球梯度溫度提升以及太陽輻射。淺層地?zé)崮苜Y源具有著溫度適宜、常年溫度恒定、可再生以及可循環(huán)利用等特點，具有較高的開發(fā)利用價值，當(dāng)前的淺層地?zé)崮軆α渴重S富，為開發(fā)利用提供更多可能[1]。

2. 工作區(qū)的熱響應(yīng)測試

本次研究的淺層地?zé)崮荛_發(fā)項目為馬鞍山市博望區(qū)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用工程，結(jié)合項目設(shè)計要求，本工程在現(xiàn)場的工作區(qū)開展熱響應(yīng)測試，共設(shè)置三個測試孔，熱響應(yīng)測試目的是對開發(fā)地區(qū)的淺層地?zé)崮軆α窟M行評價了解，以便提出有效的開發(fā)利用意見，具體測試包括以下兩個步驟。

2.1進行熱響應(yīng)測試孔的合理布置

測試孔布置數(shù)量為3個，在成孔過程中采用鉆探取芯方式，總進尺距離達到300 m，三個孔都分別下入管長為100 m，埋管深度為98 m，管直徑為25 mm 的單U 形式HDPE管，三個孔號分別為DR01、DR02以及DR03，DR01和DR03號孔先進行熱響應(yīng)測試，時間為2017年5～6月，DR02號孔后進行熱響應(yīng)測試，時間為2018年5月。整體熱響應(yīng)測試的方案為：測試巖土體的初始溫度、進行3kW的穩(wěn)定熱流測試、進行6kW 的穩(wěn)定熱流測試、開展冬季7℃的穩(wěn)定工況測試。

DR01號孔主要進行了巖土體初始溫度測試、3kW和6 kW的穩(wěn)定熱流測試，測試工作中孔深設(shè)定為100 m，埋管形式為單U，埋管直徑為25 mm，埋管深度為98 m；與DR01號孔相比，DR02號孔額外增加了冬季7℃的穩(wěn)定工況測試工作，測試工作中孔深設(shè)定為100 m，埋管形式為單U，埋管直徑為25 mm，埋管深度為98 m；DR03號孔開展的熱響應(yīng)測試與DR02號孔相同，具體包括冬季7℃的穩(wěn)定工況測試、巖土體初始溫度測試、3 kW和6 kW的穩(wěn)定熱流測試，測試中的孔深同樣為100 m，埋管形式為單U，埋管直徑為25 mm。埋管深度設(shè)定為98 m，三個孔的鉆孔編錄均為巖芯編錄。

2.2開展場地巖土熱響應(yīng)測試

從現(xiàn)場勘察結(jié)果來看，三個測試孔的鉆孔深度一致，均為100 m，孔直徑根據(jù)管型號可知為25 mm，根據(jù)熱響應(yīng)測試結(jié)果來看，在測試時間段內(nèi)，DR01號孔的巖土體平均初始溫度為18℃，DR02 號孔的巖土體平均初始溫度為18.4 ℃，DR03號孔的巖土體平均初始溫度為18 ℃。圖1為DR01號孔的巖土體平均初始溫度曲線；圖2為DR01號孔的巖土體平均初始溫度測試流量曲線。

在進行3kW的穩(wěn)定熱流測試時，DR01號孔的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)為2.212 W/m·K，DR02號孔的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)值為2.407W/m·K，DR03號孔的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)為2.589W/m·K；在進行6kW的穩(wěn)定熱流測試時，DR01號孔的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)為2.666W/m·K，DR02號孔的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)為3.006W/m·K，DR03號孔的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)為2.909 W/m·K。通過計算可知，DR01、DR02 以及DR03 號孔的平均巖土體導(dǎo)熱系數(shù)分別為2.439W/m·K、2.707W/m·K以及2.749W/m·K[2]。

建筑物在建設(shè)時，若是推進開發(fā)利用淺層地?zé)崮埽ㄗh實時進行能效及地?zé)嶙兓谋O(jiān)測，尤其是重視監(jiān)測熱泵系統(tǒng)實時運行過程中，對場地地質(zhì)環(huán)境以及地下溫度場產(chǎn)生的影響，對于能效的消耗情況及時掌握并做好記錄，后續(xù)會作為調(diào)節(jié)熱泵系統(tǒng)運行條件的重要依據(jù)。圖3為熱響應(yīng)測試的系統(tǒng)原理。

3. 淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用要點

近些年，國內(nèi)有關(guān)淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用項目越來越多，趨向于市場化推動，但由于目前有關(guān)淺層地?zé)崮荛_發(fā)資源調(diào)查不充分、評價機制較滯后以及研究頗為薄弱，仍舊有許多開發(fā)利用地區(qū)存在發(fā)展不足。此外，還有一些地區(qū)的開發(fā)利用過于超前，家底不清晰，導(dǎo)致影響城市規(guī)劃與管理，在淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)的勘察技術(shù)標(biāo)準與測試技術(shù)方面也缺乏完善性，而淺層地?zé)崮茉陂_發(fā)之后也缺乏長期監(jiān)測機制，導(dǎo)致對地質(zhì)環(huán)境變化產(chǎn)生影響不明晰，缺乏數(shù)據(jù)支持。基于上述原因，城市的部分工程項目出現(xiàn)了設(shè)計不嚴謹、施工不規(guī)范、水資源浪費、水質(zhì)污染擴散、熱污染、地下水回灌效果差以及地面沉降等問題，嚴重情況還包括工程失敗、效能低下以及達不到預(yù)期效果等[3]。

根據(jù)項目所在地區(qū)的氣候條件可知，較為適宜進行淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)與利用，具有地質(zhì)條件簡單的特征，不容易產(chǎn)生熱污染問題。本地區(qū)對淺層地?zé)崮芫哂休^大需求，但對于熱泵系統(tǒng)的設(shè)計、資源勘察評價以及地質(zhì)環(huán)境影響監(jiān)測和管理等方面也要重視，淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用過程中還需把控以下三項要點。

一是積極推進環(huán)境響應(yīng)檢測工作，對地?zé)崮艿拈_發(fā)與利用會對原有地下熱產(chǎn)生影響，打破原有結(jié)構(gòu)的平衡，溫度場也會發(fā)生改變，間接影響地下微生物以及地下水，為了把控開發(fā)利用的質(zhì)量，還需明確調(diào)查地表溫度效應(yīng)，同時建立長期的監(jiān)測機制，以機制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)制定開發(fā)規(guī)劃。

二是重視對開發(fā)市場的監(jiān)督，目前的淺層地?zé)崮荛_發(fā)項目越來越多，市場規(guī)模逐漸擴大，而部分單位在實施項目時，存在主管部門分工不合理、不明晰，給開發(fā)市場的監(jiān)督帶來不利影響，甚至是出現(xiàn)監(jiān)管缺位。再加上一些項目工程的設(shè)計、勘查以及施工等任務(wù)的準入限制不足，工程驗收標(biāo)準也不夠完備，要求設(shè)置不合理，致使開發(fā)中出現(xiàn)資源浪費，達不到理想狀態(tài)，為此，一定要重視對開發(fā)市場的監(jiān)督和管理，重點著手于規(guī)范項目實施標(biāo)準和驗收標(biāo)準，還要保證分工明確、責(zé)任落實到位。

三是完善開發(fā)利用方案，先是要對實際開發(fā)的適宜性進行分析，該適宜性主要由地質(zhì)條件、施工條件以及市場經(jīng)濟條件決定，分析淺層地?zé)崮墚a(chǎn)生原因，主要是因為夏季與冬季外部環(huán)境溫差大，而地層中的溫度比較恒定，會產(chǎn)生反向溫差，這種自然形成的條件導(dǎo)致淺層地?zé)崮軓哪撤N程度上來說，具有取之不盡、用之不竭的特點，伴隨熱泵技術(shù)水平的提升，其開發(fā)利用的前景更好，有長期使用的價值。但任何資源在開發(fā)方面都要對強度進行限制，尤其是可再生類資源，要做好勘察資源工作。淺層地?zé)崮苁聦嵣鲜谴嬖谟陔[蔽地質(zhì)體中的一種無形資源，在開發(fā)利用方案設(shè)計時，需要充分考慮地質(zhì)條件，在地質(zhì)條件資料獲取中，應(yīng)當(dāng)選擇專業(yè)的勘查手段，從而做好適宜性評估分析工作。其次，還要對淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生的影響進行研究，在此基礎(chǔ)之上，進一步構(gòu)建管理淺層地?zé)崮荛_發(fā)的信息系統(tǒng)，方便于未來長期實現(xiàn)淺層地?zé)崮苜Y源的規(guī)劃、開發(fā)利用以及綜合管理，獲取更多效益，不限于經(jīng)濟效益，還包括環(huán)境效益。

4. 淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的建議

4.1因地制宜，合理開發(fā)

我國地域遼闊，各個地區(qū)在地質(zhì)條件與氣候方面具有很大差異，淺層地?zé)崮苜Y源不相同，在進行開發(fā)利用過程中，需充分考慮這些地域差異，嚴格做到因地制宜，在本開發(fā)項目中，對馬鞍山市博望區(qū)的地質(zhì)環(huán)境與氣候條件進行了充分了解，同時將適宜進行開發(fā)的區(qū)域細致劃分，明晰熱系統(tǒng)參數(shù)范圍，大力推廣淺層地?zé)崮茼椖浚⒂行七M項目，對于地質(zhì)條件與水文條件優(yōu)質(zhì)的區(qū)域應(yīng)當(dāng)加強開發(fā)利用，而地質(zhì)條件不太理想的區(qū)域則可先開展試點工作，獲取開發(fā)經(jīng)驗，提升項目推進的穩(wěn)妥性。

4.2強化技術(shù)能力，提升開發(fā)水平

淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用水平與技術(shù)能力有著直接聯(lián)系，一般采用換熱技術(shù)進行開采，要保證該技術(shù)的高效。當(dāng)前，國家能源局十分重視高效換熱技術(shù)與井下?lián)Q熱技術(shù)的研發(fā)，其成為淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的重點。除此之外，在開發(fā)過程中還要保證整體系統(tǒng)具有節(jié)能性，要優(yōu)化地?zé)岜脵C組運行性能，提升運行質(zhì)量，從目前的市場情況來看，國內(nèi)地?zé)岜脵C組還不夠成熟，產(chǎn)品質(zhì)量不高，可積極引進國外先進技術(shù)，并提升國內(nèi)自主研發(fā)的質(zhì)量，保障淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用效益。

4.3加強淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用管理工作

推進淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用，還需進一步加強開發(fā)利用的管理工作，應(yīng)當(dāng)對其監(jiān)督管理大力支持，尤其是生態(tài)環(huán)境、水利部門以及自然資源部門等，協(xié)調(diào)配合淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用工作，促進項目順利實施，保證各部門通力合作，提升淺層地?zé)崮荛_發(fā)規(guī)劃水平。還可建立地?zé)崮荛_發(fā)利用的信息共享平臺，便于各部門信息有效流通，避免出現(xiàn)地?zé)崮荛_發(fā)的不規(guī)范行為。除此之外，還應(yīng)當(dāng)對勘察、設(shè)計以及施工完善管理制度，制定監(jiān)督應(yīng)對方法，促進淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用。

綜上所述，對淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)有利于提升我國能源利用率，推動可持續(xù)發(fā)展。由本文分析可知，淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用應(yīng)當(dāng)做到因地制宜、合理開發(fā)，同時強化技術(shù)能力，提升開發(fā)水平，還要加強淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用管理，從而提升開發(fā)利用效率。