苏州城区浅层地温能评价

摘要：随着我国经济发展及国民生活水平的提高，越来越多的生活及工作场所安装了分体式或中央空调。但大量的空气源空调的启用，一方面造成了用电高峰时间各地用电纷纷告急，另一方面也污染了附近的空气环境，并使得城市空气温度明显高于附近地区，造成了热岛效应。浅层地温能资源广泛分布于地表以下数百米内的地下水及土壤中，它基本不受地域及气候的影响，温度相对恒定，储量巨大，具有节能、环保和可持续发展等优点，已成为建筑物制冷、供暖工程优先选择方案。本文通过分析苏州地区基本开发条件，经过资料收集、整理及野外作业并进行必要的试验，基本查明了苏州城区浅层地温能条件及分布规律。由于江苏地区已基本禁止了地下水的开采利用，本文主要针对地埋管热泵系统进行了经济性分区，进行了静态储量及可开采量的计算，对节能效益及减排效果进行了分析，提出了存在的问题及解决问题的对策措施。

关键词：浅层地温能；静态储量；开采量；节能效益；减排效果

中图分类号：TU984 文献标识码：A

能源与环境问题是当今世界各国面临的重大社会问题，能源是人类生存和社会发展的物质基础，但能源所具有的资源有限性和对生态地质环境的危害性愈来愈突出，已成为人类面临的巨大威胁和挑战。

浅层地温能作为一种新型能源，具有分布广泛、储量巨大、清洁环保的特点，应用前景广阔。

本次工作是在苏州市以往各项地质、水文地质、工程地质、环境地质和地热地质勘查研究的基础上，结合浅层地温能调查与开发利用的特点，从地质角度出发，着重对已有资料的二次开发利用，在系统分析研究的基础上，确定工作重点区域，有目的地实施野外调查、钻探、试验、热物性测试等工作，对苏州城区浅层地温能进行调查与综合研究，分析各类岩土体导热系数与其主要物理性质之间的关系，划分适宜性分区，并进行浅层地温能资源储量计算。

1、浅层地温能开发利用条件

1.1 地质概况

根据华东地层区划意见，本区属江南地层区苏州-长兴小区的江苏部分。由于新构造运动的影响，本区西部前第四系地层广泛出露地表，根据资料显示，区内前第四系地层发育残缺不全，地层主要由泥盆系石英砂岩、石炭系灰岩和中生代火山岩组成为主。东部第四系覆盖层厚度较大，多以粘性土间夹砂性土层组成。

地层岩性及各土层物理性质指标统计表

表1-1

1.2地下水分布特征

松散岩类孔隙水是区内平原地区主要地下水类型，根据含水层成因时代，埋藏条件、水力联系及水化学特征，自上而下可划分为：潜水、微承压水和第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承压含水层组。其中潜水、微承压水和第Ⅰ承压水划属孔隙浅层地下水，Ⅱ、Ⅲ承压水划属孔隙深层地下水。

1.3地下水水温动态

浅层地下水潜水和微承压水同处变温带，水温变化直接受气温控制，随季节变化明显。水温高峰值较气温约滞后1-2个月。滞后时间随含水层埋藏深度加大而增长，反映近地表层地温场的正常变化规律。第Ⅰ承压含水层已埋藏于正常增温带，水温受气温影响较小。较稳定在18℃。

深层地下水的水温动态与浅层地下水的水温动态特征不同，它具有一定的稳定性，不受气候等自然因素的影响。第Ⅱ承压水的年平均温度19.50℃左右，比Ⅰ承压水温高出1.5~2.0℃；Ⅲ承压水温一般在20~23℃左右，比Ⅱ承压水温高0.5~3.0℃左右。反映出地下水温度随埋深加深而递增的规律，与正常地热增温规律相符。

1.4岩土体热物理性质

本院进行的部分测试项目的测试成果见表1-3。

主要热物理参数统计表

表1-3

2.1地埋管热泵经济性分区

按地埋管热泵系统经济性分区标准，将苏州城区地埋管热泵划分为适宜区、一般适宜区、高成本区。

1）适宜区

主要分布于中东部堆积平原区，包括苏州市区及黄埭-里口-金鸡湖西岸-横泾一线以西的广阔平原、东部水网化低洼平原，以及浦庄-东山一线以东至东太湖湖边的沼泽滩地。地势低洼平展，河沟港汊极为发育，第四系松散层的厚度大于30m，最大厚度200m左右，自西向东逐渐增厚。

2）一般适宜区

主要分布于西部山间洼地沉积区，该地区第四系发育残缺不全、平面分布不稳定、厚度差异性较大，围绕山体似梳状展布。第四系松散层的厚度大于5～30m。

3）高成本区

主要分布于运河以西的环太湖地带，包括湖中诸岛山。经受长期构造、风化剥蚀，基岩露头广泛分布，第四系松散层的厚度小于5m。面积较大的山体主要有阳山、天平山、潭山、穹窿山、七子山以及东山和西山缥缈峰等。

2.2地埋管热泵资源评价

2.2.1静态储量计算

根据苏州城区浅层地热地质条件及资料情况，本项目采用热储法。

浅层地温能静储量汇总

表2-1

根据计算结果，浅层地温能静储量中岩土体静储量所占比例超过80%，表明土壤源地源热泵应用潜力十分可观。

2.2.2可开采量评价

地下水中的浅层地温能可开采量为4.35×1011～5.43×1011 kJ， 折合标准煤为1.49～1.86万吨；岩土体中的浅层地温能可开采量为1.07×1014～1.57×1014 kJ， 折合标准煤为365.55～536.37万吨。也就是说若能充分开发利用浅层地温能，则苏州每年冬夏二季分别能从浅层岩土体和地下水中取出367万吨和538万吨等效标准煤。

苏州城区浅层地温能资源统计一览

表2-2

3 浅层地温能利用效益分析与地质环境评价

3.1节能效益分析

前一章节已对苏州浅层地温能资源的静储量和可开采量进行了估算，得出苏州城区浅层地温能资源的静储量为1.09×1015～1.36×1015kJ，折合标准煤为3723.8.3～4646.2万吨；蕴藏在地下水中的浅层地温能静储量为2.9×1014～2.32×1014kJ，折合标准煤为990.74～792.59万吨。岩土体中的浅层地温能可开采量为1.07×1014～1.57×1014 kJ， 折合标准煤为365.55～536.37万吨；地下水中的浅层地温能可开采量为4.35×1011～5.43×1011 kJ， 折合标准煤为1.49～1.86万吨；也就是说若能充分开发利用浅层地温能，则苏州每年冬夏二季分别能从浅层岩土体和地下水中取出367万吨和538万吨等效标准煤。

3.2减排效果分析

目前浅层地温能资源以其节能、环保和可持续发展等优点，已成为建筑物制冷、供暖工程优先选择方案。据有关资料，今后五年，苏州市将新建建筑面积约4000万平方米（保障性住房和商品房各2000万平方米），加上旧有建筑的节能改造和热源改造，若每年按照200万平方米的建筑中推广浅层地温能资源开发利用，则到2015年一个采暖季节可替代2×105吨标准煤或4×107 m3天然气，减少向大气排放的污染物烟尘为27.7～347.7吨；二氧化硫(S02)为3260吨；氮氧化物(NOX)为408.3～1217吨；二氧化碳4.77×105吨。同时可节省治理费用6087万元，环境效益非常显著（表5-3）。

4存在问题与对策措施

4.1存在问题

浅层地温能资源开发利用过程中存在的问题主要有以下几方面：

1）缺乏专业技术人员；2）缺少区域性浅层地热地质资料；3）拟建工程区域未进行浅层地温能地质勘查；4）地源热泵设针缺乏经验。

4.2对策与措施

针对浅层地温能资源开发利用过程中出现的一些问题，参照其他省市管理经验，结合我省的实际情况，提出以下可持续开发利用和保护浅层地温能资源的对策。

1）依靠科技进步和创新，提高浅层地温能资源利用技术水平。2）要贯彻落实科学发展观，坚持“在保护中开发，在开发中保护”的方针。3）以地质勘查评价为基础，查清资源家底。4）加强相关技术研发，建立地温场长期监测系统，提高能源利用效率。5）建立地温场长期观测系统，实时监测，为建设地源热泵系统工程的设计、勘察与施工管理部门提供可靠的科学的基础数据，使热泵系统不断完善、不断提高效率。

5 重点区块浅层地温能开发评估

根据前文提出的开发利用经济性分区评价体系和区划标准，对苏州城区重点城市区块的浅层地温能开发，地源热泵系统应用进行适宜性评价，其中沧浪新城区块、金阊新城区块、平江新城区块、相城新城区阳澄湖区块、园区金鸡湖及独墅湖区块属适宜地区；吴中新城区块、东太湖改造区块属一般适宜地区。

6 结论

在整理已有成果的基础上，跟踪、调查已建地源热泵系统项目，并对关键项目后期运行情况进行监测、评估，总结经验。结合苏州市在建地源热泵系统示范项目，建立若干浅层地温能开发应用综合效能测试井，经过综合分析及整理，掌握了苏州城区浅层地温能开发利用条件，并做出了经济性分区及资源评价，初步计算了苏州城区静态储量及可开采量，对节能效益及减排效果进行了分析，提出了存在的问题及解决问题的对策措施，对于苏州城区浅层地温能开发利用具有一定的指导作用。