石家庄市浅层地温能评价与应用条件浅析

[摘要]浅层地温能是一种新型绿色清洁可再生能源，这一新型能源的推广利用将为我国节能减排做出巨大贡献。本文对石家庄市浅层地温能赋存与应用条件进行了较详细地论述，提出了石家庄市浅层地温能利用应注意的问题。

[关键字]浅层地温能 适宜性 应用条件

[中图分类号] P468.0+21 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-90-2

0前言

石家庄市作为河北省的省会城市，是河北省政治、经济、文化中心。随着经济的快速发展，能源短缺问题日益突出，节能减排与环境保护的压力也不断加大。在资源日益枯竭的今天，清洁能源正在日益受到关注。能源与环境问题已成为人类21世纪迫切需要解决的重大问题，节能、开发环保型新能源以及减轻环境污染，是经济可持续发展的重要研究课题。一种新型的可再生清洁能源—浅层地温能，为解决能源与环境问题开辟了新途径。石家庄市开发利用浅层地温能资源具有得天独厚的优势。

1石家庄市浅层地温能应用现状

石家庄市（老城区、空港区、东部产业区、植物园区、正定县城、正定新区）的浅层地温能利用近年来呈现快速增长趋势，现有地源热泵工程项目45项，其中地下水换热方式为35项，地埋管换热方式为10项；浅层地温能利用工程供暖或制冷的建筑物面积达18.88万平方米 。

项目以地下水地源热泵系统为主，地下水地源热泵项目占78%，地埋管热泵系统项目占22%，主要是源于地下水源热泵项目的初投资较低。见图1

地源热泵换热方式主要分为地下水换热方式和地埋管换热方式，其中地下水换热方式总供暖（冷）面积达到15.62万平方米，地埋管换热方式总供暖（冷）面积达到3.26万平方米。

石家庄浅层地温能地源热泵项目应用于各类建筑，有住宅、办公楼、企业工厂、学校、商场、机关、医院、敬老院、酒店等。

本次工作区主要包括石家庄市区、正定、正定新区、藁城市、植物园区及空港区，总面积770km2，各分区工程数量见图2。

石家庄市浅层地温能供暖（制冷）面积达到18.88万平方米，所贡献的地热能总量达5340吨标准煤。减排二氧化碳1.388万吨。初步调查评价结果显示，石家庄市的浅层地温能可利用资源量较大，已开发利用的比例很小，因此大力开发利用浅层地温能，节约煤炭消耗的空间巨大。

2 浅层地温能赋存条件

2.1地质构造

石家庄市位于中朝准地台的中间部位。以太行山山前深断裂为界，以西属山西断隆（Ⅱ1）的东部边缘，处于太行山拱断束（Ⅲ211）中的赞皇穹褶束（Ⅳ232）；以东属华北断拗（Ⅱ24）的西部边缘，地处临清台陷（Ⅲ216）中的晋县断凹（Ⅳ264），工作区大部分属于晋县断凹（Ⅳ264）。区域坳陷构造见图3。

2.2第四系地层

第四系地层颗粒上粗下细，沉积厚度由山前向东部由薄变厚，由山前地带数米向东逐渐增大到300m。岩性为卵砾、砂砾、砂、砂性土及粘性土，结构较为简单。第四系地层由老到新可分为下更新统、中更新统、上更新统和全新统。

2.3水文地质条件

⑴第Ⅰ含水组，相当于Q4，为潜水。厚度为5～30m。由于地下水位的下降，该含水组含水层已基本疏干。

⑵第Ⅱ含水组，相当于Q3，为潜水，底板埋深10～50m。含水层厚度25～35m；含水层岩性以砾卵石为主，单位涌水量，在扇轴部为70～180m3/m？h，向扇两翼及前缘逐渐减少到10～30m3/m？h。山前坡积—洪积区，含水层已基本疏干，仅在只都村—小丰村—南席—西宽亭一线以东尚未完全疏干。

⑶第Ⅲ含水组，相当于Q2，为微承压水，底板埋深40～100m。含水层岩性为砂砾卵石，含水层厚度一般为30～80m，。含水层微风化-风化，单位涌水量，近扇轴部为50～70 m3/m·h，扇两翼及前缘一般为10～30m3/m·h。个别地段小于10m3/m·h。山前坡积—洪积区，含水层岩性以砾卵石为主，含水层厚度小，且有不同程度的风化，单位涌水量小于10m3/m·h。

⑷第Ⅳ含水组，相当于Q1，为承压水，底板埋深为50～260m。据已有钻孔资料，含水组主要岩性为中粗砂含砾卵石，砂层严重风化，含水层厚度30～90m，单位涌水量5～20m3/m·h。

根据调查显示，大部分区域第Ⅱ含水组已经疏干，水源热泵的抽灌井利用段大部分为第Ⅲ含水组。工程实例中，最深的抽灌井为160m，大部分为100m左右。

3浅层地温能适宜性分区

3.1地下水式换热方式适宜性分区

用层次分析法依次确定各层的指标对所属层的权重，根据石家庄市区内的地质、水文地质条件、水动力特征、水化学场、地质环境和成本，将地下水适宜性影响因素与评价标准结合起来，对石家庄市地下水换热方式适宜性进行了评价，工作区内适宜区、较适宜区占工作区总面积的95.93%。

3.2地埋管式换热方式适宜性分区

根据石家庄市区内的地质、水文地质条件、热物性、地层属性、成本和地温场，将地埋管适宜性影响因素与评价标准结合起来，利用层次分析法对石家庄市地埋管换热方式适宜性进行了分区，地埋管换热方式适宜区、较适宜区、基本适宜区占工作区面积的96.75%。

4浅层地温能资源评价

根据计算，冬季供暖负荷取45W/m2；夏季制冷负荷取80W/m2，石家庄市利用地下水式换热系统，冬季可供暖面积为675.9万平米，夏季可制冷面积760.4万平米。利用地埋管式换热系统，冬季供暖面积16860万平方米，夏季可制冷面积16587.5万平方米。

5石家庄市浅层地温能应用条件

5.1城市建设条件

（1）新建住宅小区

随着土地价格不断攀升，城市土地供求矛盾不断加大，城市土地利用率不断提高。石家庄市作为省会城市，土地供应更为紧张。在住宅小区建设方面除了住宅楼的高度不断加大之外，城市地下空间的利用也更为普遍，特别是随着私家车的数量不断增大，停车问题日益突出，因此，新建住宅小区大多都设计了地下停车场。由于地下空间的普遍利用，对浅层地温能的开发利用受到一定程度的限制。除非在小区建设前就规划利用浅层地温能，否则等小区建成后再考虑浅层地温能的利用工程就会比较困难，有些甚至是不可能的。

（2）城市地铁及防空设施建设

随着城市规模的不断扩大，城市地下轨道交通设施的利用提到议事日程，因此虽然浅层地温能资源丰富，但在特定地区却不适宜浅层地温能的开发利用。如地铁线路及其附近地域就不适宜浅层地温能的开发利用。此外，还有一些地下防空设施范围内也需要避开，因为石家庄市地处太行山山前倾斜平原，松散地层厚度不大，地下可经济利用的空间有限，修建地下防空设施后，在利用浅层地温能的可用空间资源缺乏或已不经济，因此应予以避让 。

（3）特殊的地层岩性

石家庄市处于山前冲洪积扇区，在市区的西部地下40米左右普遍存在厚层卵砾石层，对于地埋管式换热系统成孔难度较大，因此需要特殊的钻探设备才能施工并且钻探成本相对较高。这也是在石家庄市区西部浅层地温能利用需要考虑的一个重要因素。

5.2地方政府规定

石家庄市综合考虑城市发展影响因素，2010年发文规定二环路以内禁止浅层地温能开发利用。这就使得石家庄市老城区浅层地温能的开发利用受到极大限制。在编制浅层地温能开发利用规划方案时，应考虑各个规划的衔接以及政府部门的特殊规定。

6结论

石家庄市浅层地温能资源赋存的地质和水文地质条件较好，地下水适宜区、较适宜区占工作区总面积的95.93%；地埋管适宜区、较适宜区、基本适宜区占工作区面积的96.75%。在实际应用中，受到规划设计以及各种成本经济因素的制约。充分的考虑各方面因素，才能更好的发挥浅层地温能的作用，达到节能减排的效果。

参考文献

[1]河北省地矿局第三水文工程地质大队《石家庄市浅层地温能资源调查评价报告》2012.10

[2]《浅层地热能勘查评价规范 》DZ/T 0225 -2009