Question

地埋管热泵经济区浅层地温能资源量计算

Answer 1

某飞行模拟训练基地地埋管热泵示范区位于潮白河冲洪积扇扇缘，属于地埋管热泵经济区，以此为例开展地埋管热泵经济区浅层地温能资源量评价示范具有典型代表意义。

1.示范区项目概况

某飞行模拟训练基地地埋管热泵工程项目是为飞行、乘务、机务人员等训练实习设施及相关配套用房提供夏季制冷和冬季供暖，需要采暖和制冷的总建筑面积为219340m²。项目夏季制冷采用热泵机组＋冰蓄冷设备联合离心式冷水机组方案，需要地埋管承担的冷负荷为15615.7kW；冬季取暖采取热泵机组结合锅炉调峰的方案，需要地埋管承担的热负荷为5538.4kW。该区属于地埋管热泵经济区。该项目设计钻凿换热孔1937个，单孔深度130m，换热孔占地总面积48425m²。

2.地质及水文地质条件

示范区位于温榆河冲积平原，属潮白河冲洪积扇第四系地下水系统。第四系发育，厚约1000m，含水层分布呈明显的规律性。北部处于冲积平原的上部，含水层单一颗粒较粗，向南含水层逐渐过渡为多层、单层较薄、颗粒较细。工区地层以粘土、粉细砂和中粗砂为主。

示范区的水文地质情况如图5-34:

由图5-34可以看出，从北向南含水层累计厚度逐渐变薄，粒径逐渐变细。示范区位于富水性一般区域，水位降深5m，单井出水量为1500～3000m³/d。含水层岩性以粉细砂、中粗砂为主。地下水类型为承压水。

图5-34　示范区水文地质示意图

根据位于示范区附近的双峪会所1号井、工区东部的试验2井及示范区内部换热实验孔的第四系地质资料绘制水文地质剖面图（图5-35）。从横向看，示范区第四系厚度较厚，变化不大；从纵向看，示范区岩性主要以粘土、粉细砂和中粗砂为主，含水层主要为多层的中粗砂，130m以上累计厚度约27m。本区地下水位埋深26m。

综上所述，工区的地层结构和水文地质条件，满足地埋管地源热泵系统经济区的划分标准，是典型的地埋管热泵经济区。

3.示范区静态储量计算

按照静态储量评价方法和初步确定的评价体系，对示范区进行静态储量评价计算。计算面积选择1km²，根据潜水位划分出包气带、含水层和相对隔水层，依据示范区内典型钻孔资料确定不同岩性的地层厚度，并根据测试结果和经验数据确定了粘性土、砂类土的物性参数。分层计算热储量见表5-14。由表可以看出，示范区1km²范围内、130m以上岩土体在1℃温差时的静态储量为：3.66×10¹¹kJ。

图5-35　水文地质剖面图

表5-14　地层厚度及对应的静态储量表

4.示范区可开采资源量的计算

按照地埋管地源热泵经济区可开采资源量评价方法和初步确定的评价体系，对示范区进行可开采资源量的评价计算需要确定的参数有单孔换热量、可钻换热孔数。

1）单孔换热量

示范区换热孔的换热量现场测试结果见表5-15，由此计算单孔换热量夏季为8.06kW，冬季为5.59kW。

表5-15　换热量现场测试结果

2）可钻换热孔数

根据地埋管地源热泵工程项目实践经验，换热孔均按照网格状布孔，孔间距为5m，则在1km²范围内均匀布孔的钻孔数为4万个。土地利用系数为8.3%，则可钻换热孔数量为3320个。

3）示范区可开采资源量计算

通过以上分析确定示范区可开采资源量计算的相关参数见表5-16。

表5-16　示范区可开采资源量参数表

示范区1km²范围内夏季可开采资源量为26759.2kW；冬季可开采资源量为18558.8kW。

按此开采强度，在示范区内一个采暖季（120天）可以从地下岩土体提取的热量为：18558.8×3600×24×120×0.65=1.25×10¹¹kJ。

一个制冷季（120天）可以向地下岩土体排放的热量为：26759.2×3600×24×120×0.65=1.80×10¹¹kJ。