城市浅层地热能开发利用方式适宜性分区研究？

影响浅层地热能开发利用的地质条件主要包括水文地质条件、开发利用工程地质条件和地温场分布特征。

工程地质条件对浅层地热能开发利用的影响主要体现在地层岩性上，第四系松散堆积层厚度较大的地区，岩性颗粒较细（粘土、粉质粘土、粉细砂），一般钻探施工经济成本较低，适合地埋管式换热热泵系统开发利用浅层地热能资源。而在砾石层分布的地段，钻探施工成本较高，但其富水性好，地下水流动性强，则适合地下水式换热热泵系统开发利用浅层地热能资源。

3.3 浅层地热能开发利用适宜性分区

较适宜浅层地热能开发利用区：主要分布在工作区西部和中部，位于工作区西部的本区第四系松散层厚度小于30米，有的甚至地表直接出露第三系彰武组膨胀性粘土；位于工作区中部的本区第四系松散层厚度一般在50～100米，在市区和市区南部都含有泥质充填的砾石层，砾石层厚度一般小于10米。

浅层地热能资源四季温度恒定、温度适中的特点决定了浅层地热能开发利用方式。利用地源热泵技术将浅层地温适当提高或降低可实现建筑物三联供系统（供暖、制冷和日常提供生活热水）的能源供给，这也是浅层地热能资源开发利用的最主要方式。

3.2 开发利用现状

地温场的平面展布与构造与地层的富水性有关，通过分析工作区地温场的变化发现：工作区100m地温变化在17.7℃～18℃之间，最高值出现在城区东部，最低值出现在调查区西北部，呈现出由中部到四周逐渐变低的规律。初步分析与基岩埋深、所处含水层径流条件不同而产生差异。

3.3.2 地埋管换热方式

由以上分区结果不难看出，浅层地热能不同利用方式在不同地质条件下的适宜性分区既存在一定的差异也存在一定的联系。地下水式换热方式的适宜性分区主要虑的是良好的水文地质条件，如地层的富水性与回灌量；而地埋管换热方式适宜性分区主要考虑的是地质因素，如地层结构、颗粒度、可钻性等。两者考虑的因素的相同部分为地层的渗透性、水位埋深、径流大小等，只是考虑的侧重点不同。同时存在不同的部分，如地埋管式换热方式适宜性主要考虑地层可钻性以及基岩埋深，而不考虑地层的回灌能力。这样一般地下水式换热方式适宜区对于地埋管式换热方式适宜性都不是最好的，在地埋管换热方式适宜区对于地下水式换热方式适宜性也不是最好的，两者之间有一定的互补性。所以，在两者基本适宜区内有一定的交差，在交差区内应综合虑多种因素（包括地质因素与非地质因素）来决定该地区的浅层地热能开发利用方式。

受岩性及地下水位降落漏斗影响，市区地下水位变幅较大。冲积扇扇顶和东部北部有咸水区的地段，水位埋深一般小于5m；在地下水开采量较大的降落漏斗区，地下水埋深最大达42.5m。本区属沙?河、漳河冲洪积扇扇间水文地质亚区，为两条水系不同物质来源交接带，东北部分布有咸水区。200m以浅水文地质特征为：含水层厚度在8.2-58.6ｍ之间，工作区中部较薄，北部较厚；工作区含水层岩性主要为粉细砂层，西部山前局部以中粗砂和卵砾石为主；本区含水层无论是浅层水Ⅰ+Ⅱ组（50～80m），还是深层水Ⅲ组（200m左右），除局部外，富水性较差，单井单位涌水量0.057～7.15 m3/h?m之间，最大值不超过10m3/h?m。水化学类型主要为LS-NM型、HS-CN型和SL-NM型。矿化度一般小于2g/L。本工作区内无咸水分布。

按成因、地貌形态与出露岩性组合，可将市分为三个不同的工程地质单元，即西部的山前倾斜平原、中部的冲洪积、冲湖积平原和东部的冲积平原。

浅层地热能是指地表以下一定深度范围（一般为恒温带至200m埋深）内，温度低于25℃，在当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部的热能资源。浅层地热能一般高于当地平均气温3～5℃，由于其埋藏浅，温度稳定，分布广泛，开发利用方便。浅层地热能的利用，主要是通过热泵技术的热交换方式。近年来，随着热泵技术的日趋成熟，浅层地热能的开发利用日益广泛，但主要是在一些大城市开展，总体仍处于开发利用的初期阶段。国土资源部的数据表明，我国浅层地热能资源开发利用前景广阔。

市是省开发利用浅层地热能比较早的城市之一，其历史可以追塑到上个世纪九十年代。市的浅层地热能资源的开发主要以地下水源热泵系统为主，主要利用深度为30～80米的含水层，浅层地下水温度为13℃～17℃，是的节能环保型空调系统类型。 据不完全统计，工作区内现有利用地源热泵系统开发浅层地热能的工程项目20余个，共为建筑物供暖制冷面积约15.55×104?。大多数为地下水式换热系统只有少部分为地埋管式换热系统。

浅层地下水的流动是地下热能的主要媒介之一，另外，地下水式浅层地热能开发利用系统主要利用抽灌地下水来换热。因此，水文地质条件是影响浅层地热能开发利用的主要条件之一。

本次调查评价工作对地下水式及地埋管式地源热泵工程进行了适宜性分区及评价。

3.1 浅层地热能开发原理

2 地热地质条件

华北平原是我国浅层地热资源比较丰富的地区之一。城区地处华北平原南部，地热地质条件良好。具备地下水式、地埋管式、地表水式、中水及污水式多种换热方式的浅层地热能开发利用条件，且城区内已有多处热泵工程用于冬季取暖、夏季制冷。本文主要研究地下水式和地埋管式的适宜性性分区。

2.3 地温场分布特征

地温场的纵向变化与地层岩性及水文地质条件密切相关，一般地温值与其深度呈正比关系，随着深度的增加地温逐渐升高。本次工作研究深度为200米以浅，在深度～温度曲线上基本上是以同一地温梯度值为斜率的一条直线。

3.3.1 地下水换热方式

3 浅层地热能开发利用现状与区划

1 引言

适宜区：主要分布在工作区东部，基本在南吕固―苏曹―柳林桥―南堡一线以东，该区内第四系松散层厚度大于100米，地层岩性以粉质粘土、粉土为主，卵砾石厚度小于5米。

地源热泵技术工作原理是以岩土体、地下水或地表水作为低温热源，由热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统，工作原理是靠工作介质在蒸发器中蒸发吸热，在冷凝器中冷凝放热，来实现把一部分循环介质中的热量转移到另一部分循环人质中，从而实现夏季致冷和冬季供暖。

较适宜区：主要分布在工作区西南部，适宜区的外侧，该区内含水层一般为第四系中砂或中砂夹砾石，含水层厚度5～10米，供水井单位出水量10～20m3/(h?m），区内宜井深度一般在80～120米。热泵工程项目回灌情况一般为一抽两回，有的甚至达两抽七回，回灌能力一般。

适宜区：主要分布在工作区西南部，主城区部。该区内含水层以第四系或第三系中粗砂或砾石为主，砾石层厚度一般大于5米，区内供水井单位出水量＞20m3/(h?m），宜井深度一般在50～80米，回灌情况良好，基本能实现对井或一抽两回灌。

2.1 水文地质条件

2.2 开发利用工程地质条件

综合分析了市的地热地质条件，从水文地质条件、工程地质条件、地温场分布特征等三个方面，划分了市浅层地热能开发利用方式的适宜性分区，为城市浅层地热能的科学合理发展提供了依据。