可再生的新型环保能源浅层地热能开发利用前景广阔。根据区域工程地质、水文地质条件等因素,分别建立地下水热泵和地埋管热泵适宜分区评价体系,进而对渭南城区浅层地热能适宜性分区进行综合评价。渭南地下水热泵和地埋管热泵适宜性分区根据工程地质和水文地质等条件划分为适宜区、较适宜区及不适宜区,综合分区在两者的适宜性分区的基础上进行,在适合地下水热泵的地区优先选择地下水热泵。该方法旨在为渭南城区浅层地热能的开发利用提供科学依据和支持,对构建资源节约型和环境友好型社会、保障国家能源安全、改善我国现有能源结构、促进国家节能减排战略目标的实现具有非常重要的意义。

0引言.

在能源短缺和环境污染的双层压力下,浅层地热能作为一种清洁可再生的新能源以其强大的生命力和竞争力日益受到国家和地方政府的重视。中国地质调查局组织实施了 2011年地质矿产调査评价专项“全国地热资源调查评价"计划项目,确定在全国29个省会城市开展浅层地热能调查评价工作,但渭南城区的浅层地热能评价工作至今仍是空白。

近年来,一些企业、单位先后在关中和陕南地区开发利用浅层地热能。通过了解近几年使用情况,总体效果良好但绝大多数分布在西安、汉中和宝鸡等地,渭南的浅层地热能开发程度较低,开发潜力巨大。

目前的浅层地热能工程多是由企业自发、自觉组织,工程施工前期的水源方案论证或浅层地热能利用可行性的研究工作不扎实,地热能平衡、水量均衡研究欠缺,导致部分项目已经造成地下水回灌不下去,或者系统总体效率降低等问题。

综上所述,尽早查明渭南城区浅层地热能的分布规律,完成浅层地热能开发利用规划显得非常迫切。本文通过适宜分区评价体系对渭南城区浅层地热能适宜性进行分区,对该市浅层地热能开发利用提供了科学的理论指导,对浅层地热能这一新型能源的具体应用提供了宝贵的实践经验,对渭南城区能耗结构的改善提供了积极的理论意义,对国家节能减排战略目标的实现具有巨大的推动作用。

1评价方法.

1.1分区目的.

浅层地热能资源蕴藏在地下岩土体内,其储藏、运移以及开采利用都受到区域地质、水文地质及工程地质条件等多种因素的影响,在不同区域蕴藏于地下岩土体内的浅层地温资源规模和利用方式存在较大差异。地层岩性、厚度、含水层结构、富水性、水位埋深、补给径流条件等是制约浅层地热能赋存分布及可利用性的主要因素。只有在浅层地热能资源开发利用方式适宜性区划的基础上,才能进一步进行资源量计算和资源潜力评价。因此,对浅层地热能开发利用适宜性进行分区是浅层地热能资源勘查评价的前提,可以为浅层地热能利用方式的选择、开发利用规划及政府管理提供可靠的依据。

1.2分区原则.

浅层地热能开发利用方式适宜性区划的原则以工程地质条件为基础,水文地质条件为依托,热泵应用技术作为媒介,经济效益与环境保护并重,平面划分与垂向控制结合。

1.2.1 工程地质条件为基础原则.

浅层地热能资源赋存的基础条件包括地质条件,岩土体的结构、物质组成热物理性(热容量和热导率)及物理性质等对浅层地热能资源有重要影响的因素。开发利用适宜性区划必须坚持以工程地质条件为基础的原则。

1.2.2水文地质条件为依托原则.

岩土体含水率、含水层分布、水动力条件、地下水径流特点给能量的赋存和运移创造了有利的条件,地下水质类型对于浅层地热能资源的开发应用方式也有影响。地下水对浅层地热能开发利用的控制作用不容忽视,而且水文地质条件决定了地下水地源热泵系统的回灌能力。开发利用适宜性区划必须紧紧依托水文地质条件。

地下水地源热泵对水源的原则要求是:水量充足;地下水地源热泵系统一般要求温度为1025。C,渭南城区地下水温度一般在1524°C之间,水温适宜;水质适宜,供水稳定,以灌定采,保证回灌率达到100%且提水成本适中。

1.2.3热泵应用技术是媒介原则.

热泵技术可实现资源的有效开发利用,目前浅层地热能资源开发利用主要由地下水地源热泵和地埋管式地源热泵两种形式来实现。

1.2.4经济效益与环境效益并重原则.

在当前的技术经济条件下,坚持经济效益与环境保护并重,选择经济效益和环境效益都较好的开发利用方式。

1.2.5 平面划分与垂向控制结合原则.

主要是指平面上要划分出适宜性区域,垂向上要控制取热层位及深度的原则。

1.3分区范围.

依据渭南市目前的调查进展和实际开发利用情况,兼顾渭南市主城区远期(2020年)规划范围,确定本次工作区范围:北至西安大环线,东至黄渭高速,南至西潼高速南线,渭河以南西至零河、渭河以北西至渭南行政边界,面积约278km2。

1.4分区类型.

渭南城区浅层地热能资源开发利用分区主要指地下水热泵适宜性分区和地埋管热泵适宜性分区。

两者适宜性分区根据工程地质、水文地质条件划分为适宜区、较适宜区及不适宜区,综合分区在适宜性和经济性分区的基础上进行,在适合地下水热泵的地区优先选择地下水热泵。

1.5分区方法.

本次综合评价采用综合指数法。综合指数法是将一组相同或不同指数值通过统计学处理,使不同计量单位、性质的指标值标准化’最后转化成一个综合指数,以准确地评价工作的综合水平。

对于地下水源热泵,浅层地热能适宜性分区主要考虑含水层岩性、分布、埋深、厚度、富水性、渗透性,地下水温、水位动态变化,水源地保护、地质灾害等因素。主要指标见表1。

表1地下水源热泵适宜性分区单项指标分区单位涌水量单位回灌量地下水位特殊地区(m3/d m)单位涌水量年下降量(m)适宜区 >500>80%<0.8—3项指标均符合较适宜区 300500 50%80% 0. 81. 5一除适宜区和不适宜区以外的其他地区ny重要水源地保护区、地面~不适宜区 <300<50%>1.5任一项指标符合沉降严重区对于地埋管热泵,浅层地热能适宜性分区主要考虑岩土体特性、地下水的分布和渗流情况、地下空间利用等因素。竖直地埋管热泵适宜分区主要指标见表2。

表2竖直地埋管热泵适宜性分区分区指标(地表以下200m范围内)分区第四系厚度(m) 卵石层总厚度(m) 含水层总厚度(m)适宜区>100<5>30三项指标均应满足较适宜区<30或5010051010-30不符合适宜区和不适宜区分区条件不适宜区3050>10<10至少二项指标符合1.6分区实例根据上述分区体系,应用MapGIS6. 7软件,结合渭南城区地形地貌条件、水文地质条件以及试验数据等资料,划分出适宜性分区界限,采用编辑子系统拓补查错和拓补重建及图面整饰等工作,从而分别得到地下水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统的适宜性分区评价图(图1、图2)。

2.1地下水地源热泵系统适宜性划分.

渭南城区地下水地源热泵系统适宜性可划分为3个区(图1)。由图可知,适宜性的划分与水文地质特征的差异密切相关。

地下水地源热泵适宜区分布于渭南城区北部河漫滩等强富水带地区,这些地区地层岩性上部为粉质砂土,疏松,孔隙发育,具微层理,偶见瓦砾碎片;下部为含砾中粗砂。地层导水性好,单井出水量都在500m3/d m以上,且地下水埋深适中,单井回灌水量比单位涌水量大于80%,适宜地下水抽灌,多年平均水位下降量小于0. 8m,为采用地下水地源热泵系统的适宜区,适宜区面积为113. 7km2,占调查区总面积的40.9%。

地下水地源热泵较适宜分布于渭河两侧一级阶地处。地层岩性上部主要为浅黄色、棕黄色砂质黏土,孔隙发育,疏松可塑;下部岩性主要是中粗砂和砂砾石夹砂质黏土层。该地段地下水的抽灌条件相对较好,为采用地下水地源热泵系统的较适宜区,较适宜区面积为116. 90km2,占调查区总面积的42. 05%。

地下水地源热泵不适宜区一部分分布于调查区南部渭河二级阶地及黄土塬区,本区富水性较差,二级阶地顶部为一层砂质黏土,连续性好,层位稳定,透水性弱,也不适宜开展地下水地源热泵工程;另一部分为渭河南岸一级阶地和漫滩处的白杨、罗刘和东郊3个水源及渭河北岸一级阶地范围内的龙背水源地,不适宜区面积为47. 40km2,占调査区总面积的17.05%。

2.2地埋管地源热泵系统适宜性划分渭南城区地埋管热泵经济性划分为3个区(图2)。由图可知,适宜性的划分与岩土体的热物理性和水文地质特征密切相关。

调査区第四系地层广布。第四纪早更新世晚期,黄土台塬地区相对提升,露出湖面,堆积了后期的风成黄土。第四纪中更新世早期,台塬以北仍继续沉降,并伴有浅湖相沉积。中更新世晚期至近代,总的趋势仍以下沉为主,但其沉降速度与幅度均较第四纪中更新世早期以前大大减弱,且沉降在时空上具差异性,呈不均匀运动。渭河形成于中更新世晚期,主槽摆动于现今主河床附近,岩性、岩相则随之变异;近主河道以粗粒物质为主,且厚度大;远主河道则细粒相物质较多。由于沉降幅度越来越小,因此,第四纪中更新世之后各期沉积物厚度依次渐薄。

地埋管地源热泵适宜区分布于调查区南部二级阶地处。本区第四纪地层厚度大,表层为晚更新世风积黄土层,很适合地埋管地源热泵工程建设,该区域为地埋管地源热泵适宜区。地埋管地源热泵适宜区总面积为20. 94km2,占调查区面积的7.53%。

地埋管地源热泵较适宜区分布于调查区内渭河两岸河漫滩及一级阶地等地。上部为粉质砂土,浅黄色、灰黄色,疏松,孔隙发育,具微层理,偶见瓦砾碎片;中部为含砾中粗砂,灰黄色、褐黄色,成分以石英、长石为主,粒度不均,分选性较差,砾石成分主要是石英岩、花岗岩,偶见钙质结核小砾,砾石直径一般为0.30.5cm,大者9cm,圆度较好。下部岩性主要为砂质黏土。该区域综合传热系数较高,单孔换热功率较大,钻孔施工难度相对较容易,该地段为地埋管地源热泵较适宜区。地埋管地源热泵较适宜区面积为237. 98km2,占调查区面积的85.61%。

地埋管地源热泵不适宜区分布调查区中南部和西南部一级阶地处,上部地层为零河、沈河等第四纪全新世晚期洪积层,第四系厚度薄,卵石层总厚度大,分选性差,常见有砖、瓦碎片及腐殖物。这些区域为地埋管地源热泵不适宜区。地埋管地源热泵不适宜区面积为19. 08km2,占调查区面积的6.86%。

2.3渭南城区浅层地热能利用形式综合区划.

以地下水和地埋管地源热泵适宜性分区为基础,叠加图层形成浅层地热能开发利用适宜性分区图。

对渭南城区浅层地热能开发利用,地埋管地源热泵或地下水地源热泵的适宜区及较适宜区面积为258. 92km2,占调査区总面积的93.14%。地下水和地埋管都不适宜区的面积为19. 08km2,占调査区面积的6.86%。

结合地下水与地埋管地源热泵适宜性分区图可以看出,地埋管热泵较适宜级别及以上区域主要分布在第四系堆积物厚度较大的区域,这是由于现代钻井技术的提高使得钻探成本降低,且具有易施工、进尺快、热传导性高等优点。地下水热泵较适宜以上区域主要分布在较大的冲积湖积平原,另有少量分布在冲积洪积河谷地带,这些地带富水性好,回灌能力强,水文地质条件良好。地下水热泵适宜区与地埋管热泵适宜区空间上并不是重叠关系,具有一定的互补性。

3结论.

浅层地热能开发利用适宜性分区是资源调查评价工作的主要内容,根据渭南城区工程地质、水文地质等分区条件,地下水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统的适宜性分为:适宜区、较适宜区和不适宜区。在地质条件适宜区优先选择地下水源热泵系统,在不适宜利用地下水的区域优先选择地埋管热泵系统,鼓励新建或改建的公共建筑、居民楼、农村集中建设的住宅采用浅层地热能,政府投资的公益性项目优先利用浅层地热能。

浅层地热能开发利用适宜性分区的主要依据是资源赋存的地质条件和水文条件。利用指标法确定渭南城区浅层地热能适宜性分区,评价结果科学准确,能客观反映评价区开发利用适宜性特征,为渭南城区浅层地热能的合理开发利用提供了科学依据和支持,对浅层地热能这一新型能源的具体应用提供了宝贵的实践经验,对渭南城区能耗结构的改善和国家节能减排的战略目标的实现具有巨大的推动作用。

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此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套先进的基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

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3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取先进的ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：

为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆"及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

渭南城区浅层地热能适宜性评价研究

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