浅层地热能勘查评价技术规范

浅层地热能勘查评价技术规范内容摘要：

，必须在进行水质验证之后进行回灌试验。 e) 回灌水位上升幅度不宜超过 5m。 地下水换热系统浅层地热能计算 （ 6— 1） 式中 : D地下水地热能利用量（ kW）； m—地下水循环量（ m3/h）； c水的比热容（ kJ/kg℃ ）； ρ—水的密度（ kg/m3） △ T水的温差（ ℃ ）。 地下水质量评价 水试样的采取和试验应符合下列规定： a) 水试样应同时采取抽水水样和回灌水样。 b) 水试样应及 时试验，清洁水放置时间不超过 72 小时，稍受污染的水不宜超过 48 小时，受污染的水不宜超过 12 小时。 13 水质评价 水质分析项目应化验水的化学成分、浑浊度、硬度、矿化度和含砂量，可参照《地下水质量标准》 GB/T1484893进行评价。 水和土腐蚀行的评价 根据工程要求，参照《岩土工程勘察规范》（ GB50021－ 2020）中有关内容进行评价。 资料整理和报告编写要求 资料整理要求 a) 对所有勘查资料进行系统的、综合的整理与分析研究，特别是要加强多年资料的分析整理，综合研究各种资 料间的内在联系，及时编制各种图表。 对原始资料应分类整理、编目、造册、存档备查； b) 必须十分重视资料的准确性和代表性。 各种工作告一段落后，应及时提交相应的报告。 报告的形式可根据具体情况确定。 勘查设计书编写提纲 编写设计前应现场踏勘，内容见附录 B 勘查报告编写提纲 勘查工作完毕后，应编写勘查报告，对浅层地热能资源条件进行评价，对换热系统方式提出建议，内容见附录 C。 7 浅层地热能资源计算评价 一般规定 浅层地热能资源评价应计算浅层地热能可利用量和储存量。 浅层地热能资源评价包括地热能资源量评价和地下水质量评价两部分。 区域浅层地热能评价的深度范围为：在恒温带以下至 200m 埋深以内。 地源热泵工程浅层地热能评价的深度根据工程的需求而定。 14 浅层地热能资源一般利用温差在 5～ 15℃ ，地下水利用后的温度应在 0℃ 以上。 在我国不同地区，可利用温差也不相同。 本规程推荐：东北地区可用 5～ 6℃ ，华北地区可用 7～ 8℃ ，华东地区可用 8～ 9℃ ，华南地区可用 10～ 12℃。 评价原则 地下水地热能资源评价应在完整的地下水系统分析研究的基础上，以水文 地质单元为基本计算单元进行；对于包气带地热能资源评价，应根据包气带岩性结构及组合综合进行岩性分区，并以岩性分区为基本计算单元进行评价。 应在系统分析包气带岩土工程地质条件和地下水水文地质条件、工程地质条件的基础上，研究热（或水热）的补给、运移和排泄规律，研究地热能成因、热传导方式以及地温场特征，建立地热能形成的概念模型，进而建立参数模型和数学模型。 计算模型应符合实际，所选择的计算方法和计算参数合理且符合各勘查阶段的要求，模型的建立和计算方法的采用，应随着勘查程度的提高进行修正和更新。 随着勘查程度的提高，可利用数值法建立浅层地热能的管理模型，提出浅层地热能的可持续开发利用方案和管理措施。 在浅层地热能资源量评价时，如涉及地下水，则应进行地下水质量评价。 地热能资源量评价 热流量法 根据大地热流计算浅层地热能可利用量，适用于区域浅层地热能资源评价。 公式为： （ 7—1） 式中： Qh——浅层地热能可利用量， kW； a——浅层地热能可利用系数； q——大地热流值， mW/m2。 15 M——计算面积， m2 浅层地热能可利用系数 a 为单位面积浅层地热能可利用量与大地热流值之比。 该系数与当地的水文地质和地热地质条件有关，浅层地热能可利用系数应根据经开采验证的地源热泵工程中实测的单位面积提取利用的热流量与当地实测大地热流值的比值取得，可用于地热地质条件类似区域浅层地热能可利用量的评价。 计算得出的浅层地热能可利用量是在采暖期的利用热量，在一个水文年达到热均衡的条件下，该热量是可持续利用的。 大地热流值 q 应按照技术要求测定。 热储法 采用热储法计算评价地热能储存量。 在包气带和含水层中 ，热储法计算地热能储存量的表达式分别如下： a)在包气带中，其地热能储存量按下式计算： （ 7—2） 式中： QR——地热能储存总量， kJ，（ 1kcal= ）； QS——岩土体中的热储存量， kJ； QW——岩土体所含水中的热储存量， kJ； QA——岩土体中所含空气中的热储存量， kJ。 其中： （ 7—3） 式中： ρS——岩土体密度， kg／ m3； CS——岩土体比热容， kJ／ kg℃ ； φ——岩土体的孔隙率（或裂隙率）； 16 M——计算面积， m2； d——计算厚度， m； ΔT——利用温差， ℃。 （ 7—4） 式中： ρW——水密度， kg／ m3； CW——水比热容， kJ／ kg℃ ； ω——岩土体的含水量。 （ 7—5） 式中： ρW——空气密度， kg／ m3； CW——空气比热容， kJ／ kg℃。 b）在含水层和相对隔水层中，地热能储存量按下式计算： （ 7—6） 式中： QR——地热能储存总量， kJ； QS——岩土体中的热储存量， kJ； QW——岩土体所含水中的热储存量， kJ。 其中， QS的计算公式同（ 2）式， QW的计算公式如下： （ 7—7） d 为地下水面至计算下限的岩土体厚度，包括需要计算的含水层和相对隔水层。 热储法不仅适用于松散岩层分布区的地热能储存量评价，而且同样适用于基岩地区的地热能储存量评价，故凡是条件具备的地区，均应采用此方法评价地热能储存量。 17 热导率计算法 适用于取得实测热导率等参数后，计算地埋管地源 热泵工程的地热能可利用量。 如果没有实测的热导率值，则利用前人测定和公布的一些地区的热流值和地温梯度值进行计算，得到计算区的综合热导率 λ值（ W/m℃ ）。 在以传导方式进行热传递和热交换达到稳定的条件下，采用 U 形管进行热交换的单孔地热能可按以下公式近似计算： （ 7—8） 式中： D——单孔地热能（ W）； ΔT——温差（ ℃ ），即为 U 形管内温度平均值与 r2处岩土体温度之差； 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），若热交 换孔钻 200m 深，扣除浅表 10m 太阳能影响的深度，则 U形管的有效热交换长度为 190m； r2， r1——分别为影响范围半径和 U 形管等效外半径， r1为 U 形管外半径的 倍。 上式中 ΔT、 r2， r1的值可根据地源热泵工程实例实测或经验获取，这样就可得到单孔地热能，然后乘以区域可钻孔数，钻孔一般按网格布置，布孔间距根据经验确定，若按常规（平均）情况以 5m5m 网格布置热交换孔，则可钻孔数＝有效面积 (有效面积为扣除建筑和道路等占地的评价区域面积，一般情况不在建筑物覆盖和道路下钻孔 )247。 25m2，即得评价区（地源热泵工程区 ）的总地热能（ W）。 地下水量折算法 适用于地下水地源热泵的地热能可利用量的计算，计算公式如下： （ 7— 9） 式中： Qh— 地热能可利用量， kW； 18 qw— 地下水循环利用量， m3/d。 △ T—地下水利用温差（ ℃ ）。 此方法对地下水地源热泵工程浅层地热能资源可利用量的计算结果是准确的。 水热均衡法 水热均衡法主要通过研究区的水、热均衡计算，了解地下水的水、热储存量和水、热补排情况。 （ 1）水均衡 （ 7—10） 式中： qwin——补给量， m3/d Qwout——排泄量， m3/d Δqw——储存量的变化量， m3/d 在包气带，土壤水分的补给项有：降水入渗量、灌溉入渗量等；排泄项有：植物蒸腾量、土面蒸发量、下渗补给地下水的量等。 地下水补给项有：降水入渗量、灌溉入渗量、渠系入渗量、河流入渗量、侧向补给量、越流补给量等；排泄项有：潜水蒸发量、人工开采量、侧向排泄量、泉排泄量、河流排泄量、越流排泄量等。 （ 2）热均衡 （ 7— 11） 式中： Qin——热收入 量， kW； Qout——热支出量， kW； ΔQ——热储存量的变化量， kW。 在包气带，热的收入项有：太阳照射热量、大地热流量、地表水（泉）向土壤散发的热量，侧向传导流入的热量等；支出项有：向大气散发的热量、向地表水（泉）散发的热量、侧向传导流出的热量等。 在地下水中，热的收入项有：太阳照射热量、大地热流量、水补给带来的热量、侧向传导流入的热量等；支出项有：向大气散发的热量、水排泄带走的热量、侧向传导流出的热量等。 19 这种方法需要有长期动态监测数据的支撑，适用于评价地热能资源可利用量的保证程度。 在调查评价时，须注意查明各均衡项情况。 恒温带以下，热收入项中没有太阳照射热量。 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。 此方法适用于浅层地热能可利用量和储存量的估算。 数值法 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，既适用于地热能资源储存量的计算，也适用于地热能资源可利用量的计算。 这种方法需要有长期动态监测数据的支撑。 本规程所列数值法中能量平衡方程的一种形式见附录 D，此能量平衡方程还应与水量平衡方程耦合求解。 地 下水质量评价 地下水质量评价的目的是在查明地下水的物理性质、化学成分及其变化规律的基础上，结合地下水地源热泵利用技术，根据我国现行的有关标准进行评价。 地下水水质可参照《地下水质量标准》（ GB/T 1484893）进行评价。