地源热泵系统应用适宜性评价——以洛阳盆地为例

率是当前亟待解决的首要问题之一。 地下水源热泵系统是当前常用的地热资源开发系统，本文以洛阳盆地为例，
在分析地下水源热泵系统建设区域评价原则的基础上，选择了适用洛阳地区评价的 ５ 个指标。 评价结果表明：魏
屯－关林以东的伊洛河河间地块及河漫滩区域为适宜区，伊河一级阶地、洛河二级阶地及涧河三级阶地等区域属于
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第 ３４ 卷
王 飞等： 地源热泵系统应用适宜性评价———以洛阳盆地为例
第６期
水稳定，效率高，才能确保系统长期、稳定运行。 此 外，建设地下水源热泵系统后可能引起当地区域地 面沉降、不同 含 水 层 之 间 的 水 质 污 染、 热 污 染 等 问 题。 因此，选址过程中应尽可能地避开地下水源保 护区域，尽量避开有地裂缝、地面沉降等有环境地质 问题的区域，尽可能选择环境地质条件稳定的区域 建设。 对拟开采区域的地下水资源进行评估，尽可 能地查明拟建区域热水资源的储存资源量以及单孔 出水量等。
综上所述，使用层次分析法评价某个区域是否 满足建设地下水源热泵系统的条件，主要包括以下 几个方面：①拟建设区域地下水水量的丰富程度，对 拟建设区域的地下水资源储量进行评估，进而判断 地下水水量能否满足制冷供暖需求，能否实现长期 稳定供水的基本要求；②建设区域水文地质条件适 中，水文地质条件适于回灌处理，且回灌成本适中； ③建设区域地下水温度、水质、浑浊度、含砂量、化学 成分、酸碱度、矿化度等满足规范要求，对热泵系统 影响微弱或者无影响；④应避开地下水资源保护区 域，避开地裂缝、地面沉降等环境地质复杂区域。
地下水的供水稳定性能是影响地下水源热泵系 统正常运行的另一关键因素。 该系统要求地下水供
基金项目： 中化地质矿山总局河南地质局科研项目管理及科技创新成果奖励办法（ 试行） 》 （ 中化豫地局发〔２０１９〕３３ 号） 资助 作者简介： 王 飞（１９８７－） ，男，河南郑州人，硕士，现从事地质勘查工作。
较适宜区，而市区外围的黄土丘陵地区属于不适宜区。
关键词： 地源热泵系统； 层次分析法； 适宜性评价
中图分类号： Ｐ３１４
文献标识码： Ａ
文章编号： ２０９６－２３３９（２０１９）０６－００３３－０３
地热资源是一种可再生的新型清洁能源，具有 储量大、分布范围广泛以及开采利用稳定等优势，对 于缓解不可再生能源危机具有重要的意义。 因此， 如何提高地热资源的开发与利用进程是当前亟待解 决的问题之一。 对于地热资源的开发与利用，不仅 受地热埋藏区域地质条件等限制，还与当前技术条 件等密切相关。 地下水源热泵系统是地热资源开发 与利用常用的、也是应用技术比较成熟的水热交换 系统。 地下水源热泵系统的使用需要满足一定的使 用条件，若在不适宜的区域建设地下水源热泵系统， 不仅不能解决问题，而且对当地区域经济、环境等产 生较大影响。 因此，在使用地下水源热泵系统之前 需要对建设区域进行使用条件评估，评估该区域是 否满足建设条件的基本要求。 常用的评价方法为层 次分析法，本文以层次分析法为研究对象，分析洛阳 盆地地区的适宜性条件，为后期拟建地下水源热泵 系统的选址提供参考依据和支撑。
第 ３４ 卷 第 ６ 期 ２０１９ 年 １２ 月
资源信息与工程
Ｖｏｌ．３４ №６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１９
地 源 热 泵 系 统 应 用 适 宜 性 评 价———以 洛 阳 盆 地 为 例
王 飞， 张宇航， 于 超， 段金山
（ 中化地质矿山总局河南地质局，河南 郑州 ４５００００）
摘 要： 地热资源是一种可再生的清洁能源，对于改善当前能源结构具有重要意义，如何提高深部地热资源利用效
１ 评价原则
建立地下水源热泵系统的基础是建设区域地下 水资源丰富，主要原因在于该系统采用地下水作为 系统的冷热源，因此，丰富的地下水资源是建设的基 础。 地下水资源的循环是有周期的，因此为了保护 建设区域地下水资源及环境地质现状，该系统必需 要求 １００％回灌所抽取的水量，这就要求建设区域 的水文地质条件必需适合于回灌技术，并且回灌成 本适中。 此外以及供水稳定性能 等方面，若地下水温度过高或过低，均会影响系统运 行工况质量。
地下水源热泵系统包括系统的机组、阀门、管道 等，它们是由不同材质的材料制作而成，因此抗腐蚀 能力和抗磨损能力存在明显差异。 地下水的水质决 定了地下水的腐蚀性能，地下水中含砂量的高低影 响着地下水对设备的磨损能力，且含砂量高的地下 水容易对回灌及含水层造成堵塞，影响该系统的正 常使用。 因此，使用地下水源热泵系统必须满足以 下要求：①地下水的 ｐＨ 值为 ６．５ ～ ８．５，即介于中性 左右，若地下水质过于偏碱或偏酸，均对地下水源热 泵系统的构件有较大影响，间接影响地下热水资源 的利用率；②ＣａＯ 含量应小于 ２００ ｍｇ ／ Ｌ，若 ＣａＯ 含 量过高，则容易造成钙化而堵塞，即通过管壁吸附作 用等，容易在输送管道中形成 ＣａＣＯ３；③矿化度应小 于 ３ ｇ ／ Ｌ，若地下热水中矿化度过高，则说明水中含 有大量的金属元素离子、络阴离子等，容易对设备造 成磨损、化学反应，进而影响设备的损耗速率；④水 源中的固体物质颗粒粒径应小于 ０． ５ ｍｍ， 粒径过 大，容易造成设备磨损；⑤水源的浑浊度应小于 ２０ ｍｇ ／ Ｌ，若过大，则地下水中含有较多的固体颗粒物 质等，容易磨损设备和堵塞管道；⑥地下水中含砂量 应小于 １ ／ ２０００００，若含砂量体积比过大，容易对管 道、设备等造成磨损，甚至引起堵塞等问题。
２ 指标建立
较大，而影响回灌条件的因素主要包括地下水埋深、 含水层岩性等。 含水层中岩石的矿物颗粒越粗大， 岩石的透水性越好，越有利于回灌技术的运行。 一 般而言，若含水层为卵石层等，则单位回灌量为单位 抽水量的 ７０％以上；若含水层为粗砂、中砂岩石等， 则单位回灌量为单位抽水量的 ４０％ ～ ７０％；若含水 层为中 砂 岩 石 等， 则 单 位 回 灌 量 为 单 位 抽 水 量 的 ３０％ ～ ５０％；若含水层为细砂、粉砂岩石等，则单位回 灌量为单位抽水量的 ３０％。 此外，地下含水层的埋 深对回灌效果影响较大，埋深越深，含水层岩石颗粒 越粗，越有利于回灌。 根据洛阳盆地地质现状，本文 选择含水层岩性、水文埋深、地形地貌作为洛阳盆地 地区的评价要素。