乌鲁木齐市区及周边浅层低温能资源开发利用现状简析

【前言】乌鲁木齐市区及周边浅层低温能资源开发利用现状简析由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。浅层地热能赋存温储一般形态为基岩和第四系松散层。基岩岩石比重大、孔隙度小，热导率高，并随着含水率增加热导率和热容量增加。松散岩土体孔隙度大则热导率相对低，随着含水量变大则热导率和热容量变大。松散岩土温储的热导率大、热容量大，则其浅层地温能开发利用时...

内容摘要乌鲁木齐市区及周边人口集中居住和浅层地温能开发利用条件较好地段分布对应关系并不太好。在山前冲积扇平原地区因地下水位埋深包气带厚度大城市人口集中，适于地下水源热泵技术，但受限较多；在北部冲湖积细土平原地带第四系松散层饱水厚度大包气带薄，适于地埋管地源热泵的技术系统的采用。细土平原区多为农业地区，居民点规模相对较小，建筑较分散，小微地埋管地源热泵系统具有广泛的应用前景。

关 键 词 浅层地温能 地埋管 小微地源热泵

中图分类号：O51 文献标识码：A 文章编号：

浅层地温能资源

浅层地温能也称浅层地热能或浅层地热，是指蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水中具有开发利用价值的热能，是地热资源的组成部分，但是又不同于传统的地热能。受地球天然温度场、水圈、大气圈、太阳周期循环变化的影响，浅层地温能也是循环、周而复始可再生的清洁能源。浅层地温能的分布受控于区域地质和水文地质条件控制。不同的地质岩性特征和成因组合，不同的地下水动态，不同的岩土体结构、综合物理和热物理性质对浅层地温能的分布和开发利用条件都有显著的影响。由于浅层地热容量、浅层地热换热功率差别较大。因此可开采利用的浅层地温能也存在较大的差异。

浅层地热能赋存温储一般形态为基岩和第四系松散层。基岩岩石比重大、孔隙度小，热导率高，并随着含水率增加热导率和热容量增加。松散岩土体孔隙度大则热导率相对低，随着含水量变大则热导率和热容量变大。松散岩土温储的热导率大、热容量大，则其浅层地温能开发利用时供热和制冷能力强，为开采条件适宜或相对经济地段。

由于浅层地温能分布范围内的地下温储温度相对恒定，夏季比气温低，冬季比气温高。根据温储温度相对稳定的特性，利用已经存在的温度梯度，通过输入少量的高品位电能，加速将低品位热能向高品位驱动转移来实现供暖和制冷，效能比直接用高品位电能高数倍，经济上较为合算。

浅层地温能利用技术

当前普遍利用地源热泵系统技术开发利用浅层低温热能，主要用于建筑物室内供暖、制冷和提供热水等的能源供给。也可以用于满足服务于其他生产领域的供热和制冷方面的能源供给需求。

地源热泵技术是以岩土体、地下水或地表水为低温热源或冷源，以水或乙二醇为循环工作媒介，由热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的空调系统，通过热能驱动交换方向转换达到夏季制冷和冬季供暖。浅层地热能开具有利用可再生、节能经济，运行费用低、较为可靠稳定安全，环境效益显著、一机多用、应用范围广，占地面积小、节省空间等特点。现有技术经济条件下具备可供开发利用价值的浅层地温能深度范围一般小于200m。开采利用技术方式有地下水热泵系统和地埋管地源热泵系统。

浅层地温能温储一般具有能量密度小的特点，决定了单位面积或体积的温储所能够提供的供热量和制冷量也有限。开发利用技术决定了当地就近占有的温储规模大则经济效果好。

乌鲁木齐市区及周边地区浅层地温能赋存分布特点

乌鲁木齐地处欧亚大陆腹地，准噶尔盆地南缘天山北麓中段，南山、东山高中山地与西山低山山地之间为达坂城-柴窝堡-乌鲁木齐河山间盆。第四系广泛分布于乌鲁木齐河、头屯河流域、柴窝堡盆地及北部平原区。

乌鲁木齐城区大部位于乌鲁木齐河从南部山间盆地向北部山前平原穿越西山与东山间的河谷区，地下水类型、埋藏条件复杂多变，富水性极不均匀。乌鲁木齐河及东部的水磨河等小河河道向北在前山河谷分布有厚度几米至几十米厚度不等的粗颗近南北向的带状粗颗粒松散岩类孔隙潜水，富水性较强。河道下部及河间则为基岩裂隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水，河间多形成隆起垄岗台地，至北部则为切割的黄土长垣残丘。由于人为对河道改变强烈，河谷地带地下水水位下降强烈，含水层厚度大幅度变小，富水性及水质明显变差。

城区北部八钢石化断裂为山前丘陵河谷区与山前冲洪积平原的构造分界，断裂垂直断距巨大，北部基底发沉降幅度、松散层沉积厚度急剧加大，乌鲁木齐河、水磨沟河以及东西方向的头屯河和东山小河河谷松散岩类潜水地下水向北径流的在此形成跌水，地下水位由南部埋深几十米变为数百米。

从地质地貌及水文地质条件分析，乌鲁木齐及周边地区浅层低温能的赋存分布条件有以下特点：

南山、东山、西山等基岩出露或上覆有薄松散透水不含水层的高中山、低山丘陵、垄岗台地等基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水分布地区。地下水富水性极不均匀，连通渗透性差，富水地段难于确定。地形起伏变化大，地貌类型较复杂，岩石坚硬至半坚硬。此类岩性虽然热导率高、热容量相对较大，浅层地温能温储条件较好，但地下水开采凿井施工难度大、费用高、地下水抽灌平衡能力差别变化大，不利于开采地下水的循环利用，采用地下水热泵技术一般不适宜；同样在该温储施工数量众多竖埋管，会有钻孔费用高、难度大的问题，属于欠经济区；开挖水平埋管的槽沟少平坦地面，因冻土深度大需开挖较大的深度，也存在施工难度大费用较高的问题，可归入欠经济区。

南部山间盆地周边山前与北部西山、东山山前冲击扇倾斜平原等第四系松散岩类孔隙水单一大厚度粗颗粒潜水含水层分布区，地下水位埋深变化巨大。该区地下水富水性强、补给径流条件好，可采用地下水热泵技术开发利用浅层地温能。但靠近山前地段地下水埋深很大，在大于一百米埋深区凿井开采地下水需要特殊设备难度较大，为一般适宜开采区。该区域包气带厚度巨大，卵砾石间空隙较大，热导率和热容量小，是采用地埋管地源热泵系统经济型较差地区。

在达坂城-柴窝堡-乌鲁木齐南山间盆地中部、盆地南缘地下水浅埋及受低山丘陵阻挡出露地段、乌鲁木齐和流经市区河谷地段、头屯河和东山小河出山河谷地段，地下水浅埋深小富水性强且渗透性好，地下水易于开采且出水量大，回灌地下水条件好，为地下水源热泵系统适宜区。由于本地也多是地下水水源地分布地段，因此在规划时必须查明当地的地下水开发利用状况，避免由于浅层地温能的开发利用使得地下水水源地保护遭到破坏。

西山东山北部山前、乌鲁木齐河谷迎宾路以北地下水因跌水埋深急剧增大，至乌昌路至吐乌大高速公路联络线一带，沉积岩性为冲洪积卵砾石，地下水开采较为困难，为地下水源热泵系统应用一般适宜区及较适宜区；该地带包气带厚度大，热导率和热容量小，为采用地埋管地源热泵系统欠经济区。

昌吉-安宁区-米泉以北至沙漠地区为山前冲洪积稀土平原、湖积平原及风积平原，沉积岩性细砂、粉砂、粉土、粘土，地下水位埋深小，含水层为多层结构，渗透性不好，富水性弱，为地下水源热泵系统一般适宜区，地埋管地源热泵经济区。

乌鲁木齐及周边地区浅层地热能开发利用条件适应性

进入21世纪后，中国城市化快速发展，随着经济的增长，带动了中国空调市场的发展，促进了热泵技术越来与广泛的应用，浅层地温能开发越来越受到重视。

乌鲁木齐处于中国北方，冬季供暖时间长达6个月，气温的空间分布各特点是北部平原夏季炎热冬季寒冷年温差大，向南部丘陵山地夏季气温相对较低，冬季气温相对较高，多年平均气温山区2.1℃左右，平原区6.1℃左右，沙漠区5.7℃左右。在夏季也有制冷的需求，城区、特别是北部平原地区，夏季气温相对较高，采用空调制冷的建筑逐渐增多。对于乌鲁木齐周边现行的供热状况而言有效推广利用地源热泵技术系统，可以减少化石燃料利用和碳排放量，改善环境条件，提升生活质量。

乌鲁木齐及周边的昌吉、五家渠、阜康等地目前居住人口有近四百万人，形成城市、乡镇、村社相间分布的居住方式，靠近南部山前城区集中建筑比例大，北部平原则以乡村相对分散低矮建筑为主。在城镇冬季采暖所用能源主要为煤炭，在城区采用集中供暖，在北部平原地区则采用分散供暖。目前在乌鲁木齐城区城市集中及分散供暖逐渐向燃气热水方式转换，夏季制冷空调主要是空气源热泵技术。浅层地温能开发利用目前还处在起步阶段，只在城区有个别新建建筑采用。

乌鲁木齐城区建筑物密集且高楼林立的地方主要在靠近河道两侧，总体浅层地温能开发利用条件不好，温储热容量和传导能力较小，开发利用不能保证所有甚至大部分建筑能得到较好供热和制冷，地埋管地源热泵技术因为包气带厚度大且缺少埋设场地不适宜采用，只能少部分建筑可以采用地下水源热泵系统技术。建议对间隔一定距离的建筑物采用这种技术以避免相邻太近而受邻区影响降低效率。具体距离需要对地下水资源进行勘查评价论证后加以确定。达坂城区范围有限人口较少，建筑密度相对小且楼层低，单位规模温储所保证供暖或制冷的建筑面积比主城区小得多，地下水资源较丰富，开采便利，采用地下水源热泵技术开发利用浅层地温能减少化学燃料的应用是个很好的选择。为保护地下水资源，避免地下水热泵盲目上马造成对已有的供水水源地造成交叉污染，对已有的地下水热泵开采温储造成出水量和温度的大幅不利变化，需要根据当地的水文地质条件采取有针对性的措施，出台相应的管理法规。

一些新近扩大的城区多位于第四系厚度小基岩埋藏小以致出露的起伏地区、第四系相对较厚地下水埋藏较浅的丘间小块低洼地。独立的新小区本身有规划，同时距离其他居民区有相当的距离，便于采用地埋管地源热泵系统技术地下换热管的规划布置，同时可供利用的温储规模较大，对小区采用浅层地温能进行供热制冷的能力的保证程度较高。这些地方如仓房沟、西山陶瓷厂、王家沟、九家湾、水磨沟村、南湖、三屯碑、八道湾等地。只是因为基岩地区岩石硬度大，施工地埋管钻孔或沟槽的难度较大、费用较高，在应用时应根据条件进行经济收益方面的分析之后再决定是否采用。因供暖制冷对象为楼房小区，由于小区人员集中，在这些地区可采用大功率规模集中地埋管地源热泵技术。

北部平原区地下水埋深小，含水层岩性组成颗粒细，渗透系数小，地下水富水性差，开采回灌条件不好且采灌能力相差较大，采用地下水源热泵技术效果会受到较大的限制。而地埋管地源热泵技术却有非常大的应用前景。这一地区主要是乡镇分布地区，建筑呈现小集中大分散状态，环境条件多为农田、水域和荒地，第四系松散层厚度大于二百米，岩土层含水饱和，包气带厚度很小只有几米，温储调节能力强，地埋管埋设场地条件好。在五家渠这样的小城市城区因存在较大的集中连片建筑，现在也出现一定数量高层建筑，地温能利用可因地制宜，利用地温能只要有适当场地埋设换热管，在相互之间不影响的情况下均可以采用。对于一些新建小区应事先对利用地温能加以考虑，在地基基础施工的时候同时将换热管埋入已被后期使用。对于兵团团场、乡镇，因为建筑区范围相对较小，可以考虑统一规划集中开发地温能，也可以分小区组织进行。对于乡村可考虑全村集中开发利用，也可以分房分散进行。

近些年在北部地区居住小区得到长足的发展，城区不少人到该地购房置业，以小区为单位在规划设计阶段就将浅层地温能利用纳入其中可以为各方面带来收益。以农家乐、后花园等休闲度假旅游为特征的度假村大量发展，为城区居民夏季去度假游玩休闲提供了较好的选择和去处。度假村建筑本身独立紧凑，周边多为空地，正好适合地埋管地源热泵技术的应用。通过开发利用浅层地温能还可以促进冬季这些度假村旅游经济的发展。在房地产发展中，在这一地区也开发了大量的单体别墅等建筑，由于位置偏远居住分散且整体范围规模偏小，无论是集中供暖或是分散供暖均存在经济和环境方面的问题。因为每个别墅周围都留有空地，所以地埋管地源热泵系统可以得到有效的利用。在采用地埋管地源热泵系统的时候可根据服务对象的规模不同因地制宜的分别采用不同功率规模的热泵系统。对于较大的住宅小区可以采用大型集中地埋管地源热泵系统，对于度假村等可采用相对中型系统，对于别墅洋房则可以采用单建筑小型或微型热泵系统。

在山前冲积扇第四系大厚度松散层地下水深埋包气带厚度巨大的地区浅层地温能开发条件总体不佳。水西沟、板房沟、永丰乡、西山农场、头屯河米东城区、昌吉市、一带开采地下水费用成本较高，浅层深度内岩土导热储热换热能力较差，利用地下水源热泵系统一般适宜，地埋管地源热泵不经济，效能比较差，是否开发利用地温能资源应从经济环境方面综合考虑。

小微地埋管地源热泵技术对于推广利用浅层地温能的意义

乌鲁木齐及周边地区在山前冲洪积扇平原虽然为城建集中人口密集，对浅层地温能开发利用的市场需求强烈广泛，但是开发利用条件却相对不佳。因此提高经济发展水平和给予鼓励优惠的政策对采用地温能供热制冷技术非常重要。浅层地温能开发利用条件较好的地区为北部平原地下水浅埋区，采用技术为地埋管地源热泵系统，但由于经济发展相对薄弱，大规模集中开发利用地温能的需求有限。针对北部平原分散供暖的实际现状，研发效能高的各种功率等级水平的小微型地埋管地源热泵系统技术使得地温能被大力推广开发利用至关重要，使其能够满足一家独户生活居住或是小规模旅游经营的需要。

在新疆与乌鲁木齐北部平原区具有相似的地质和水文地质条件和经济发展和居住条件的地区还有天山北部山前和环塔里木周边的冲洪积细土平原。这些地区多为分散乡镇村和兵团农场分布，地下水埋藏浅，饱水带厚度大、包气带厚度小，小微地埋管地源热泵系统具有广阔的推广应用前景。在南疆塔里木盆地煤炭缺乏，燃气供应有限，生态环境脆弱。通过利用浅层地温能，对于减少和缓解煤炭燃气的应用保护环境，降低沙漠地区植被破坏减少沙漠化的发生具有重大意义。

参考文献

北京地质矿产勘查开发局、北京地质勘察技术院，北京浅层地温能资源，中国大地出版社

浅层地热能勘查评价规范，DZ/T0225-2009

新疆水文地质图（1：150万）