浅层地热能在岩溶地区的开发应用.pdf

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1、2014年7月地下水Ju!．，2014第36卷第4期GroundwaterVo1．36N0．4浅层地热能在岩溶地区的开发应用何文君，向贤礼。，李勇刚，李朝佳(1．贵州省有色金属和核工业地质勘查局，贵州贵阳550005；2．贵州理工学院，贵州贵阳550004)[摘要]地埋管换热系统是采集浅层地热能的一种热交换系统，文章介绍了用地埋管换热系统，在岩溶发育的碳酸盐岩地层中开发利用浅层地热能的成功经验，为在岩溶地区开发利用浅层地热能提供技术性参考。[关键词]浅层地热能；岩溶地区；地埋管换热系统；基础桩螺旋盘管；双u垂直埋管[中图分类号]P314[文献标识码]B

2、[文章编号]1004一l184【2014)04—0074—03浅层地热能作为一种清洁、无污染的可再生新型能源，约3℃～8℃。在我国的华北、华东等沿海发达城市以得到广泛应用。在地2场地热物性测试成果处高原岩溶一侵蚀为主的贵州地区，碳酸盐岩广泛分布，岩溶发育，地下水分布极不均匀，第四系厚度薄，不适宜水平地场地岩土体的综合热导系数是地埋管地源热泵系统设计埋管换热系统和地下水换热系统开发利用浅层地热能，但浅的重要参数，采用现场测试获得的热物性参数更能真实、可层地热能资源潜力大，具备地源热泵开发利用的各项条件，靠地反映]_况条件。适宜竖直地埋管地源热泵系统的建造

3、⋯，可进行大力推广。考虑到本建筑工程后期部署双u垂直地埋管的场地面此研究岩溶地层的热物性参数，推广地源热泵技术在岩溶积不足问题，试验增做桩埋螺旋盘管换热器的岩土热物性测地区的应用，有效获取浅层地热资源，是一个具有重要现实试。螺旋盘管的桩孔径为1200mm，孔深8m，盘管间距意义的研究课题。本文通过贵州省有色科技大楼副楼工程10～12em，桩周土为硬塑一可塑状红粘土，嵌岩深度为0．8场地建造地埋管地源热泵系统的开发利用实例，介绍了碳酸m。垂直埋管孔采用并联式垂直双U地埋管换热器类型，孑L盐岩巾开发利用浅层地热能的方法和成功经验，为地埋管地深100m，孑L

4、径150mm。源热泵技术在岩溶地区推广应用提供技术性参考。用线源理论，通过现场采集数据，结合本地区气候条件及测试工况(夏季)，综合热导系数测试成果见表1。1场地浅层地热地质条件表1场地岩土体热物性测试参数成果表贵州省有色科技大楼拟用端承桩基础，副楼拟用浅层地热能供热和制冷。工程场地位于贵阳向斜东翼，近向斜昂起端，断裂构造不发育。场地标高1086．5m，岩层为单斜产出，倾向241。、倾角68。。场地第四系厚度分布不均匀，为0～8．5nl，下伏地层为三叠系下统安顺组(T1a)白云岩，灰一浅灰色、薄一中厚层状。钻探揭露浅部岩体节理、裂隙较为发育，一般以溶孔、

5、溶蚀裂隙发育为主，线岩溶率仅为9．6％；表中岩体热物性测试成果表明：标高1050—1045m以下深部岩体的岩溶发育程度为中等1)双u垂直埋管的热物性测试获得的白云岩综合热导发育，见洞隙率达23．8％，岩溶发育形态主要以溶洞为主，揭系数值为3．12w／(m·℃)，高于规范中石灰岩热导系数露最大溶洞高为1．00m，一般溶洞高0．50～0．80m，局部溶2．010w／(m·℃)。洞连通性较好，多数溶洞呈半充填状态，充填物为软塑一流2)红粘土层中桩螺旋盘管的热物性测试获得的综合热迥状粘土。导系数值为1．49w／(m·℃)，高于规范中粘土1．110w／场地地下水

6、潜水位标高为1001．00m，以上主要为赋存(m·℃)的热导系数。于包气带岩石空隙、岩溶裂隙中的重力水；以下主要为赋存3)岩体综合热导系数不仅受换热器类型影响较大，而且于饱水带岩石中的岩溶裂隙水，其空间分布、赋存状态取决与地层岩性、风化程度、岩溶发育程度、地下水渗流等有关。于岩溶、裂隙发育程度等，具各向异性。4)碳酸盐岩分布区，虽岩溶裂隙发育，但岩体仍然具有场地浅层热储层岩性单一，岩体热物性参数与石灰岩相有较强的地下换热能力，其综合热导系数高于泥岩、页岩，因当，导热率较高，较适宜竖直地埋管换热建设。溶蚀洞穴中此本场地适宜建造地埋管地源热泵系统。的泥质充

7、填物对导热率不利，地下水有利于提高导热率。经场地地温测量，0～35m为变温层，35m以下为恒温层。恒3换热器系统设计、施工温层的温度为16．7℃～17．6℃；变温层的温度受大气温度影为充分利用有限场地，确保最大采集地埋管换热量，本响较大，夏季，低于大气温度5℃～10℃，冬季，高于大气温度场地采用基础桩(能量桩)与垂直换热孔有效组合见图1。【收稿日期]2014—03—18[作者简介]何文君(1967一)，女，湖北武汉人，高级工程师，主要从事水文地质与工程地质工作。74第36卷第4期地下水2014年7月依据规划，垂直换热器孑L布置于科技大楼北部出入口绿化4

8、．2热泵系统的换热量计算带，面积为30mX30m，呈不规则状，垂直埋管孔平面间距依据现场热物性