地热资源评价浅层地温能

勘查要求：
• 勘察井深度一般宜小于200m，当有多个含水层组 且无水质分析资料时，应进行分层勘查，取得各 层水化学资料；
• 勘察井工作量按下表确定。
地下水换热方式浅层地热能调查
勘察井工作量
工程热负荷q/ kW
q<500
勘察井数量数量/ 个
1~2
500≤q<2000
2~3
q≥2000
≥3
注：工程热负荷取冷、热负荷中较大者。
区域浅层地热资源调查
调查要求：
调查深度宜控制在地表下200m深度内。调查内 容包括 ：
岩土层岩性结构； 含水层分布及埋藏条件； 地下水水文、水温、水质及动态变化； 岩土体的热物理性质及物理性质参数（孔隙率、密度等）； 地温场自然分布特征及热响应规律
区域浅层地热资源调查
浅层地温能开发适宜区的划定
分区：地下水热泵适宜区、较适宜区、不适宜区 地埋管热泵适宜区、较适宜区、不适宜区
D 提出可持续wenku.baidu.com发利用
E 提出可持续开发利用的方案建议
浅层地热能勘查的目的与分区
需要解决的问题： 1、特定水文地质条件和气候特征下，地
下含水层的流动和传热机制； 2、地下含水层储能与水热调蓄的能力。
由于各地区地质和水文地质条件的复杂性和多变性，导 致各地区岩（土）层的导热性和水文地质参数差异巨大，在 一个地区能成功应用的地下换热系统，在另一地区往往并不 适用。
制热COP 3.1-4.7 制冷EER 3.5-6.7
抽水井
回灌井
a. 确定地下水循环 利用量
b. 回灌阻塞问题 c. 腐蚀与水质问题 d. 井-水泵的选用
目录
一、浅层地热能的基本定义 二、浅层地热能勘查内容与分类 三、区域浅层地热能调查 四、场地浅层地热能调查 五、浅层地热能开发利用评价
场地浅层地热资源调查
1（探槽） ≥2（探槽）
1（孔） 1~2（孔） 2~3（孔） ≥3（孔）
地埋管换热方式浅层地热能调查
1. 工程地质勘查 2. 现场热响应试验
地埋管换热方式浅层地热能调查
120m
6m 10m 66m 70m 80m
1. 地埋管地源热泵工程勘查： 砂质粉土
粘土
查清地层的热物理特性
（地层岩性、含水性等）为施
热响应试验
热响应试验
恒热流法
目的
获取岩土体热 物性，包括岩 土体导热系数 、密度及比热 等
恒温法
原理
测得循环水流 经地下埋管前 后的温度、压 差、流量。进 而得到测孔的 换热量
热响应试验
现场热响应试验: 对回路中循环水连续
加热，测量加热功率、 水的流量和进出口温度 及时间，推算钻孔周围 岩土的平均岩土导热系 数。计算地埋管换热器 传热系数。
浅层地热能
中国地质科学院水文地质环境地质研究所
王贵玲
目录
一、浅层地热能的基本定义 二、浅层地热能的目标与分类 三、区域浅层地热能调查 四、场地浅层地热能调查 五、浅层地热能开发利用评价
(一)浅层地温能的基本定义
浅层地热能的基本定义
浅层地温能：蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、 地下水和地表水中具有开发利用价值的热能。 注：是指通过地源热泵换热技术利用的蕴藏在地表以下 200m以内，温度低于25℃的热能。
(二)地下水换热方式 浅层地热能调查
地下水换热方式浅层地热能调查
勘查内容：
查明地层岩性结构、含水层类型及埋藏条件等；
a
勘察井进行抽水回灌试验 ；
b
勘察井中取样分析地下水水质，进行地球物理测井；
c
确定合理的地下水循环利用量和地下水抽、灌井距；
d e 进行热能评价，提出合理的开发利用方案。
地下水换热方式浅层地热能调查
• 竖直地埋管换热系统工程：采用钻探进行， 勘察孔深度宜比预计埋管深5m。
地埋管换热方式浅层地热能调查
埋管方式 水平
探槽和勘察孔工作量
工程热负荷q/ kW q<25
q≥25
q<250
竖直
250≤q<1000 1000≤q<2000
q≥2000
注：工程热负荷取冷、热负荷中较大者。
探槽、勘察孔数量/ 个
热响应试验
热响应试验存在的问题
对于“恒热流法”和“恒温法”运用中存在争 议，认为后者缺乏理论基础。 测试工作的隶属问题。国内无相对独立的测试 单位，缺少监督机制。（科研、院校、勘察、 施工？） 标准化问题。对测试仪器、测试方法进行标准 化。
(三)抽水及回灌试验
抽水及回灌试验
试验目的：
确定一定区域内地下水循环利用量和抽水井、回 灌井的数量和布局。
回灌影 响范围 及温度
化学组 分变化
抽水及回灌试验
回灌试验的要求： 1 回灌试验宜采用定流量试验方法 2 试验时，回灌井水位的稳定时间应不小于24h 3 回灌水水质应不低于回灌含水层地下水水质 4 回灌结束后，应对井内沉淀物进行处理 5 确定灌采比分析回灌影响半径
抽水及回灌试验
地下水地源热泵工程勘查对抽水井和回灌井的布局、结构、抽水 量和回灌能力做出评价
浅层地热容量：在浅层岩土体、地下水和地表水中蕴藏 的单位温差热量。
浅层地热换热功率：从浅层岩土体、地下水和地表水中 储藏的单位温差热量。
浅层地热能的基本定义
地下水循环利用量：从含水层中抽取利用后，完全回灌 到原含水层中的地下水量。
恒温带：地面以下温度常年保持不变的地带。在自然状 态下，该层热能受太阳能和大地热流的综合作用，地球 内热形成的增温带与上层变温带影响达到平衡，该层温 度与当地年平均气温大致相当。
1、目的：实施浅层地热资源开发利用适宜性 评价。
2、调查内容：区域水文地质条件、区域工程 地质条件、气候条件、经济规划与格局。
区域浅层地热资源调查
调查要求：
地质、水文地质调查应根据孔隙型、裂 隙型和岩溶型含水层的特征确定具体调查 内 容 ， 调 查 精 度 应 达 到 1:200000 ~ 1:50000的比例尺要求。
＜50@
＜0.8 0.8-1.5 ＞1.5
/
三项指标均符合
除适宜区和不适
/
宜区以外其他地
区
重要水源地保 护区、地面沉 任一项指标符合
降严重区
(二)勘察孔取样、测试及现场 热响应试验
勘察孔取样及测试要求
每100km2调查区应不少于3个勘查孔，每个勘察 孔分别进行现场采样及热响应试验。
岩土层单层厚度大于1m的，每层应取代表性的 原状土样（砂、砾石层除外）。
地下水换热方式浅层地热能调查
地源热泵水质要求
(三)地表水换热方式 浅层地热能调查
地表水换热方式浅层地热能调查
勘查内容：
a) 查明地表水水源性质、利用现状、水温、流量、动态 变化、及其分布；
b) 查明地表水悬浮物、无机物、有机物等的含量 ； c) 开式系统进行过滤系统、换热系统和自清洗系统试 验，闭式系统进行水下换热器热响应试验。
目前，由于一些水源热泵工程承包方不了解各地区地质、 水文地质条件和回灌工艺，导致出现了许多不该出现的问题， 如抽取的地下水回灌不下去，不仅浪费了宝贵的地下水资源， 还造成了不良的生态、环境和经济后果。
浅层地热能勘查的目的与分区
有利于含水层储能的水文地质条件：
➢ 含水层分布平缓、地下水流速缓慢，储水容积大； ➢ 含水层中地下水热交换速度缓慢，温度变化小； ➢ 地下水中不含有害气体和化学成分； ➢ 回灌水源的水质和水温满足储能要求； ➢ 深层含水层以储热为主，浅部含水层以储冷为主； ➢ 含水层具备灌得进、存得住、保温好、抽得出等条件； ……
热响应测试车
热响应测试车
热响应试验
现场热响应试验要求：
• 现场热响应试验时，应进行两次不同热负荷的试 验。当测试孔深度在80-100米时，大负荷宜采用 6—10kW，小负荷宜采用3—5kW。
• 现场热响应试验首先做无负荷的循环测试，获取 地层初始平均温度。
• 对回路中的传热介质连续加热（冷）负荷。温度 稳定（变化幅度小于1℃）后，观测时间不少于 24h。
b 密度、导热系数、比热容等；
进行现场热试验，取得换热孔有效传热系数、岩土体平均导 c 热系数、地层初始温度等参数，计算确定换热孔的合理间距；
d 进行热能评价，提出合理的开发利用方案。
地埋管换热方式浅层地热能调查
勘查要求：
• 水平地埋管换热系统工程：采用槽探或钎 探进行，探槽深度宜超过预计埋管深度1m；
热泵技术 臻于成熟 使浅层地 热能得到 开发利用
水平和垂直地 下埋管换热器 需要地质勘查
浅层地热能的基本定义
回灌试验：向井中连续注水，并记录水位、水量的变化来 测定含水层渗透性和水文地质参数的试验。 现场热响应试验：利用地埋管换热系统采用人工冷（热） 源向岩土体中连续加热（冷）并记录传热介质的温度变化 和循环量来测定岩土体热传导性能的试验。 热物性测试：采用人工或天然热源对岩土体样品的热物理 参数进行的测试。
试验井要求：
抽水回灌试验应在地下水换热适宜区内进行，每 100km2应不少于3处。试验井的位置应具有代表 性，试验井可为条件适宜的水井、已建成或新建 的换热井，不具备上述条件的应专门施工勘察井。
抽水及回灌试验
回灌试验： 同层回灌试验
单井回灌试验 对井回灌试验 群井回灌试验
回灌量
确定回灌井
压力随 时间的 变化
1、目的：查明工程场地浅层地热能条件， 为热泵系统建设提供设计依据。
2、勘查内容：水文地质条件、工程地质 条件、各种热参数试验、参与循环的水量和 热量。
(一)地埋管换热方式 浅层地热能调查
地埋管换热方式浅层地热能调查
勘查内容：
a 查明岩土层岩性结构、地下水位、地温场分布特征； 获得勘查场地岩土体天然含水率、孔隙率、颗粒结构、
适宜性分区因素：
松散层厚度(m) 恒温带温度 含水层累计厚度(m)
岩土导热性 回灌条件 地下水水质
区域浅层地热资源调查
竖直地埋管适宜性分区
分区
适宜区 较适宜区 不适宜区
第四系厚度 m
＞100
＜30或50100
30-50
单项指标 卵石层总厚
度 m ＜5
5-10
＞10
含水层总厚 度 m
＞30
10-30
目录
一、浅层地热能的基本定义 二、浅层地热能勘查内容与分类 三、区域浅层地热能调查 四、场地浅层地热能调查 五、浅层地热能开发利用评价
(一)浅层地热能勘查的目的与分区
浅层地热能勘查的主要任务
A 采用综合勘查方法，查明浅层地热能地质条件
主要 任务
B 确定可开发利用的地区及合理利用量 C 进行浅层地热能开发利用的环境影响预测、 经济成本评估
地热资源与浅层地热能区别
温度 (℃)
深度 (m)
利用性
建筑中 利用
平面 分布
垂向 分布
地热
＞25
n×10２ ～n×10３
发电、 直接利 用
供暖、 供热水
地热田
热储中
浅层 地温
5～ 25
需热泵 供暖、
1～2×10２ 提高品 空调、
位
供热水
广大 地区
盖层中
浅层地热能的基本定义
地源热泵系统：以岩土体、地下水和地表水为低温热源，由 水源热泵机组、浅层地热能换热系统、建筑物内系统组成的 空调系统。
工提供埋管工艺和埋管材料热
传导性能等。 砂质粉土
土壤的传热性能取决于土
细砂
壤的热导率、密度、比热容等。 粘土
土壤的含水量对其密度和导热
性有决定性影响，潮湿土壤的
热导率高于干燥土壤。
F
场地浅层地热资源调查
2. 热响应试验
取得换热孔的有 效传热系数、岩 土体平均导热系 数、地层初始温 度等参数，计算 确定换热孔的合 理间距
(二)浅层地热能的本质
浅层地热能的本质
存在于浅部地质体中(非地热田)的相对稳
定的平均地温与冬、夏两季气温之差形成的 热潜能。
30
夏天
25
月平均气温
20
制冷期
15
浅层地温
10 四5月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
月 十一
月 十二
一月 二月
供暖期
三月
四月
0
-5
冬天
-10
北京地区浅层地温变化曲线
勘查与评价
＜10
综合评判标 准
三项指标均 符合
除适宜区和 不适宜区以 外其他地区
至少两项指 标符合
区域浅层地热资源调查
地下水适宜性分区
分区
单位涌水量 m3/(dm)
单项指标
单位回灌量
地下水位年 下降量m
单位涌水量
特殊地区
综合评判标准
适宜区
＞500
较适宜区 300-500
＞80% 50%-80%
不适宜区
＜300
(二)浅层地热能勘查分类
浅层地热能勘查的分类
浅层地温能勘查分为两类：
1、区域浅层地温能调查 2、场地浅层地温能勘查
目录
一、浅层地热能的基本定义 二、浅层地热能勘查内容与分类 三、区域浅层地热能调查 四、场地浅层地热能调查 五、浅层地热能开发利用评价
(一)区域浅层地热资源调查要求
区域浅层地热资源调查
地埋管换热系统：传热介质（通常为水或者是加入防冻剂的 水）通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地 热能交换系统，又称土壤热能交换系统，又称土壤热交换系 统。
地下水换热系统：通过地下水进行热交换的地热能交换系统， 分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统。
地表水换热系统：通过地表水进行热交换的地热能交换系统， 分为开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统。