陕西西安幸福林带项目地源热泵工程开发利用

0 引言

浅层地热能是地球热能的重要组成部分，是地球浅表层数百米内的土壤岩石和地下水中所蕴藏的一种低温热能，其能量主要来源于太阳辐射和地球梯度增温，具有分布广泛、储量巨大、可持续利用、取用方便、绿色环保、运行费用低等优点，是重要的本地化、可再生无污染的资源。并且全年温度相对稳定，有利于热泵机组的运行。近年来，郑克棪和陈梓慧（2018）对清洁供暖的各种能源作技术和经济的可行性对比，认为在可选清洁能源中，地热和地源热泵供暖更具综合优势。李硕和骆祖江（2020）基于南通市的地质情况和现场热响应试验结果，研究了南通市浅层地热能开发利用的可行性。李少华等（2020）对杭州某地埋管地源热泵系统运行的监测数据进行了分析，对系统运行多年后的地温变化进行了预测。李锦堂等（2020）建立了岩土热响应试验动态仿真模型，量化分析了不同因素对模拟结果准确性的影响。杨卫波等（2007）通过构建地埋管传热模型，分析了各项热特性参数。刘志刚（2018）以青岛市某工程项目为实例进行了场地地源热泵工程适宜性及资源评价。张长兴等（2014）提出了非稳态热流工况下确定岩土热物性参数的方法。黄旺来等（2016）通过在苏州地区某地源热泵工程场地进行热响应试验，得到了多项热物性参数。刘春雷等（2014）开展不同热响应试验设备的原位热物性测试。王静茹等（2020）进行了浅层地源热泵热响应测试中影响因素的研究。刘晓茹（2008）从岩土体全年热平衡的角度，分析了地埋管地源热泵系统在工程应用中的可行性。茅靳丰等（2015）开展了地源热泵在地下工程的应用研究与展望。彭克等（2017）总结了国内外多能协同综合能源系统工程的现状。丁金虎和杨志贤（2018）构建了一种地源热泵与冰蓄冷协同冷暖系统。徐伟等（2018）对近零能耗建筑发展存在的问题进行了探讨。康磊等（2018）将地源热泵与空气源热泵进行了对比。隋学敏等（2017）分析了地源热泵与辐射供冷/暖系统结合的优势。潘俊和宋佳蓉（2017）对地埋管地源热泵系统在本溪地区的适宜性进行了评价。本次研究的区域位于西安市东郊幸福林带项目一工区D 段。项目总体工程为大规模城市空间地下综合体，大规模城市林带工程。项目建成后将成为城市绿色廊道、商贸副中心。该区的地源热泵工程开发利用还未有相关研究。并且按照《地源热泵系统工程技术规范》（GB -2005）的要求。地源热泵系统方案设计前，应对浅层地热能资源进行勘查（徐伟等，2018）。因此对该区的地源热泵工程开发利用进行研究。

1 区域概况

1.1 项目位置及地貌

研究区位于西安东部，地貌上位于冲洪积扇区，在构造单元上属于西安凹陷，浐河断裂位于场地南侧，为隐伏断裂，深部倾向东北，倾角68°～75°，第四纪以来活动不明显。场地的地震烈度按“中国地震烈度区划图”划分，属Ⅷ度区。勘察场地周边附近发育有2 条地裂缝，缝间距约3 km，总体走向为NE50°～80°，倾向SE，倾角70°～85°。

1.2 气象特征

研究区位于关中盆地。气候的基本特征是冬季寒冷，夏季炎热，春季升温较快，秋季降温迅速，冷空气活动频繁，气温日差较大；干湿季节分明，秋末冬春少雨，夏季初秋多雨（穆根胥等，2016）。多年平均降水量511.0～627.6 mm，年内降水主要分布在7～9 月，雨热同期。平均气温12.9～13.5℃，1 月份最冷，平均气温-0.9℃，7 月份最热，平均气温26.4℃。

1.3 研究目的及技术路线

（1）研究目的

研究目的是查明工程场地浅层地热能条件，进行场地浅层地热能开发利用评价和可行性研究，为该区域同类地源热泵工程项目及设计提供参考依据。

（2）技术路线

研究工作首先是收集和分析已有地质资料，其次是以现场勘探、测试等手段，技术路线如图1 所示。

图1 技术路线图

2 研究内容

2.1 勘探孔及钻探

采用HZ-200 型水文地质钻机，钻探1 口150 m深勘探孔，孔径为Φ110 mm；1 口150 m 深测试孔，孔径为Φ150 mm；勘探孔钻探过程中进行地层取心并对岩性进行编录。

2.2 热响应测试

（1）成孔及地埋管材质

测试孔孔径150 mm，孔深150 m，试验管材采用双U 型地源热泵专用管，材质为高密度聚乙烯（HDPE），外径32 mm，承压1.6 MPa。

（2）试压下管及回填

文章来源：《陕西教育(教学版)》 网址: http://www.sxjybjb.cn/qikandaodu/2021/0430/898.html