浅层地热能评价

调查内容： (1)区域地热地质、水文地质、工程地质条 件。 (2)含水层结构、厚度、埋藏等特征。地下 水水位分布、水量、水质情况及其动态变化， 查明包气带岩土体结构。 (3)确定岩土体的热物理参数（热导率和比 热）。确定岩土体的孔隙率（裂隙率）、含水 量、密度等物理力学参数。 (4)通过地温调查，查明地温分布、水温分 布及其动态，确定恒温带的温度和深度、大地 热流值。 (5)选择代表性地段进行回灌试验，初步评 价含水层的回灌能力并求取渗透系数。
地表水源热泵 （包括污水/海水源）
地埋管地源热泵
根据利用的地热资源的不同， 地源热泵系统主要有三类：
地埋管换热系统
地下水换热系统 抽灌水井
地表水换热系统
不同型式的地源热泵系统
地源热泵空调系统的突出优点

节能：性能系数较高，节省 费用25～50％；
运行

环保：废除锅炉房，不向室外排热， 不用地下水； 可持续发展：热量冬取夏蓄，利用可 再生能源；
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。 每百平方公里调查区应不少于三个勘查孔， 每个勘查孔分别进行现场采样及热响应试验。
浅层地热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
浅层地热能是 地热能的一部份
地表
浅层地热能是指蕴藏在地表 以下一定深度范围内岩土体、 15 m 22 m 地下水和地表水中具有开发 利用价值的热能。温度一般 低于25℃，在当前技术经济 条件下具备开发利用价值的 热量。浅层地热能是地热能 深度 200 m 的一部份。
20℃
夏天
14℃
温度
22℃
地表
抽 水
井
回 灌 井
浅层地热能资源量评价
浅层地热能资源评价应计算浅层地热 能热容量和可利用量 区域浅层地热能评价的深度范围为1m 至200m埋深以内。 场地浅层地热能评价的深度根据工程 的需求而定。
区域浅层地热能换热功率：计算评价整个 评价区在取热期的平均可取热量，是采用合理 的利用方案，通过非取热期的地温恢复和制冷 期存热，能够达到多年热均衡的浅层地热能的 换热功率。 在浅层地热能适宜性分区的基础上，分别 计算地下水换热系统和地埋管换热系统适宜区 浅层地热能换热功率。
浅层地热能资源丰富，
分布广泛，温度稳定， 是很好的替代能源和清 洁能源。近20年以来， 热泵技术逐步得到推广， 日益受到人们的重视， 浅层地热能成为地热开 发利用的增长点。
热泵的工作原理
应用冷凝器排出 的热量进行供热
应用蒸发器吸收 的热量进行制冷
热泵系统的种类
热泵技术
空气源热泵
地源热泵
地下水地源热泵

对地埋管换热系统，应评价开发浅层地 热能的过程中对地下空间利用的影响，评价 循环介质泄漏对地下水质的影响。 对地表水换热系统，应评价开发浅层地 热能的过程中对河流、湖泊、水库、海洋等 地表水的影响，评价回水对水环境的影响， 评价能否产生地表水体内水生生物的生态环 境问题。
浅层地热能利用经济评价
地下水热泵适宜区 浅层地热能换热功率的计算方法
(1)计算评价地下水循环利用量，需要考虑： 技术约束：回灌能力 环境约束：抽、灌地下水产生地质环境问题。 经济约束：抽灌系统的经济合理性 （2）根据地下水循环利用量，计算合理温差条件 下地热能可利用量。
浅层地热能热容量评价 区域评价计算面积：为适宜开发利用浅层 地热能的土地面积。 工程评价计算面积：为该工程取热的影响 面积。
浅层地热能是指蕴藏在地表 以下一定深度范围内岩土体、 15 m 22 m 地下水和地表水中具有开发 利用价值的热能。温度一般 低于25℃，在当前技术经济 条件下具备开发利用价值的 热量。浅层地热能是地热能 深度 200 m 的一部份。
８℃
冬天
14℃
温度
22℃
利用浅层地热能主要是运用地源热泵技 术，根据地下常温土壤或地下水温度相对稳 定且与气温存在反向温差的特性，通过向水 源热泵机组输入少量的高品位电能，将低品 位热能向高品位转移，来实现建筑物的供暖 和制冷，其效能比可达到3，因此比较节能。
浅层地热能勘查评价
韩再生
中国地质调查局水文地质环境地质部 2008年12月
1. 基本概念 2. 浅层地热能评价的必要性 3. 浅层地热能资源评价 4. 浅层地热能开发利用评价
1、基本概念 地热资源地热资源是指能够为人类经济开 发和利用的地热能、地热流体及其有用组分。 地热资源为重要的可再生能源矿产，合理开发 利用是一种清洁能源，也是医疗、旅游、化工 资源。
应分别估算地下换热系统不同开采方案的初投资及运 行成本。 地埋管换热系统的初投资估算主要考虑埋管深度、 管材、孔径和孔内结构、回填材料、地层的硬度及钻孔成 本等因素；运行费用主要考虑 地下水换热系统的初投资估算主要考虑抽灌井的数 量、深度及钻探试验成本； 地表水换热系统的初投资估算主要考虑取水口的远 近、水质对换热管材、换热器的影响、取热方式等因素。
结语
浅层地热能资源勘查评价是地源热泵 工程设计的基础，也是区域浅层地热能规 划、管理的依据。应在地质勘察的基础上 ，计算浅层地热能的换热功率和热容量， 评估开发利用方案，评价开发利用浅层地 热能的环境影响和经济效益。
谢谢！
浅层地热能热容量
在包气带中，地热能热容量按下式计算：
QR QS QW QA
浅层含水层中，地热能热容量按下式计算：
QR QS QW
热容量等于各自的比热容与体积的乘积
地埋管换热功率计算
适用于地埋管地源热泵工程的地热能可利用量计算
T D R
T r2 ln 2L r1 1

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。
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
制热COP 3.1-4.7 制冷EER 3.5-6.7 勘查需要解决： 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
地埋管地源热泵工程勘查
查清地层的热物理特性 （地层岩性、含水性等）为施 工提供埋管工艺和埋管材料热 传导性能等．土壤的传热性能 取决于土壤的热导率、密度、 比热容等。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。
砂质粉土 粘土
66m
砂质粉土 细砂 粘土
6m 10m 70m
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)
地温 岩土导热性 回灌条件 地下水水质
2）场地浅层地热能勘查
为地源热泵工程设计和施工提供地质依据。 在水文地质、工程地质勘查基础上，进行坑探、 钻探、取样和试验等工作，查明地源热泵工程场 地的地热地质、水文地质、工程地质条件。查明 包气带岩土体和含水层的结构、厚度、埋藏状况， 查明地下水位、水量、水质状况及其动态变化， 实测岩土体热物性参数。
120m
F
80m
地下埋管换热器 包括水平和垂直 埋管两种形式 需要地质勘查
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。
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80100米时，大负荷宜采用6—10kW，小负 荷宜采用3—5kW。


冷暖兼用：均衡用电负荷，节省建筑 空间；
美观：无室外机，不影响建筑外观

地源热泵空调系统的限制条件 初投资较高（地埋管换热器） 需要有一定的土地设置地埋管换热器
关于开采强度的考虑
地埋管地源热泵系统的技术集成
地埋管换热器的传热理论及设计软件 岩土热物性测试技术 适合地埋管地源热泵系统的热泵主机的开发 地埋管换热器的施工技术 高性能钻孔回填材料 地源热泵复合系统的设计和运行控制
3、浅层地热能资源评价
浅层地热能勘查分为两类：
1）区域浅层地热能调查 2）场地浅层地热能勘查
1）区域浅层地热能调查
调查目的：查明区域浅层地热能资源数量、 质量以及分布规律，进行开发利用规划，为浅 层地热能可持续利用、保护和科学管理提供依 据。 调查方法：在充分利用现有水文地质、工 程地质等资料的基础上，补充地热地质、水文 地质、岩土工程地质等项调查，进行必要的钻 探、现场试验和室内测试。
4、浅层地热能开发利用评价 浅层地热能利用环境评价
环境评价内容包括： 计算替代常规能源量和节能减排量，评价浅 层地热能利用所产生的大气环境效应； 评价浅层地热能开发对地下温度场的影响； 根据地源热泵工程的换热方式评价相应的生 态环境影响； 提出防治浅层地热能利用产生不利环境影响 的措施。
D ——单孔地热能（W） ΔT——温差（℃） R —— 导热热阻（℃/W） λ—— 热导率（W/m℃）； L—— 单孔U形管有效热交换长度（m）
地下水换热功率计算
适用于地下水地源热泵 地热能可利用量的计算
Qh qwTW CW 1.1610
式中： qw——地下水循环利用量，m3/d ΔT——温差 ℃

大气环境效应评价，可定量评价开发浅层 地热能对减少大气污染、清洁环境的效应，估 算减少排放的燃烧产物，包括：二氧化硫的排 放量、氮氧化物排放量、二氧化碳排放量、煤 尘排放量等。 对地下水换热系统，应评价回灌水对地 下水环境的影响，并对能否产生地面沉降、岩 溶塌陷和地裂缝等地质环境问题进行评价。
5
热均衡计算
通过取热区的热均衡计算，计算评 价地层的热储存量和热补排量，预测地 下温度场。 适用于评价地热能资源可利用量的 保证程度。
类比法和数值法
类比法利用已知地区的地热能热资源量 来推算地热地质、水文地质条件相似的未知 地区的地热能源量。此方法适用于地热能资 源储存量和可利用量的估算。
数值法适用于地源热泵工程取得了实测 的热物理参数和水文地质参数后应用，这种 方法需要有长期动态监测数据的支撑。
2、浅层地热能勘查评价的必要性： (1) 确定可开发的地区及合理开发量， 对浅层地热能综合利用进行评价，提出可持 续开发利用的建议，并预测开发利用浅层地 热能产生的环境影响。 (2) 提供浅层地热能资源开发利用和保 护、管理所必须的地质资料。为保护和管理 浅层地热能提供科学依据；保证地源热泵工 程取得应有的经济效益和环境效益。
场地浅层地热能勘查
地质勘查 回灌试验 现场热响应试验
Leabharlann Baidu
勘查技术要求
勘查孔布置要求 工程热负荷/q （Kw） 勘查孔数量（个） q＜250 1（孔） 250≤q＜1000 1—2（孔） 1000≤q＜2000 2—3 （孔） 勘查孔取样要求： 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）