浅层地热能在合肥地区的应用.pdf

第20卷第4期
徽地质
Vol 20 No 4
2010年12月
Geology of Anhu
December 2010
文章编号:1005-6157(2010)04-0283-4
浅层地热能在合肥地区的应用
李清,李益湘2
(1机械工业第一设计研究院,安徽蚌埠233000;2交徴省国土资源厅,安徴合肥230088)
摘要:根据合肥地区的水文与工程地质条件,研究浅层地热能在合肥地区应用的适宜方式,并结合工程实例,
对浅层地热能应用的地源热泵空调系统中的地埋管换热器谩计、自动控制与监测、运行控制等关键技术进行了探
讨,旨在合肥地区推广应用浅层地热能,实现浅层地热能与地源热泵系统、建筑空调系统相匹配
关键词:水文与工程地质;地源热泵;地埋管换热器;监测;运行与控制
中图分类号:TK5;TU833.3
文献标志码:A
条件较好,地表水系较为发达,主要地表水体有南淝
河及其支流、董铺水库、大房郢水库、巢湖西半湖
及部分市区湖泊(包括人工湖)等。
合肥地区属于江淮波状平原区,区内基岩地层
浅层地热能是一种清洁可持续利用的能源,地王要为侏罗系、白驱系地层,次为占近纪地层。其
源热泵技术是利用这种能资进行供热与空调,可中古近系定远组(Eの),主要分布于合肥城区及其
有效地提高一次能源利用率,减少温室效应气体C
东南;自平系张桥组(K2),在合肥地区广泛分
和其它然烧产生的污染物的排放,是一项活应节约布:岩性主要为砂岩、泥岩,白下而上又可细分为
型社会,循环型经济的先进技术。在目前国家大力二段,上段为强风化、中风化,岩石硬度较低,下
推广创建节约、节能型社会的大背景下,地源热寒端为微风化、未风化,岩石完整性较好,硬度中
作为空满领域的新技木,是完全符合可持续发展裁等。另外零星分布玄武岩等次山岩。岩地区地下
咯需要的绿色空调技术,具有厂泛的发展前景。^水位较浅,水质好,无腐蚀性,地下水恒温层埋深
肥地区地处长江中下游,属于典型的夏热冬冷地区
5m,地下水温度18~20℃。,浅层(200m以浅)
极端最高气温41.℃,极端最低气温-13.5℃,冬季无大范制含水层,地下水总体较为贫乏,单日出
月平均气温在1.5-5.0℃之间,夏季7月平均气温为水量一般小于100m,仅局部地区发育构造裂隙水和
27.5~29左右、多年平均气混15.7℃。随着经济的风化裂隙水,日单井出水量大于100
快速发展和人们牛活质量的不断提高,要求建筑物
区内第四系松散层覆荒大部分地区,以粘性土
夏季供冷、冬季供暖来满足人们的舒适性要求。合
为主,地下水较为贫乏,单井日出水量普遍小于
肥地区浅层地热资源丰富,利用地源热泉技术不仪
100m3,地下水水位较浅,水质好,无腐蚀性,地下
具有夏季供冷、冬季供暖的双重功能,而阻节能、
水恒温层埋深3-4m,地下水温度18-19℃C。其中,中
环保,是本地区建筑空调冷热源较为埋想的形式。
更新统粘士(Q2),出青灰、灰白色厚层粘土或亚
笔者根据合肥地区水文地质工程地质状况,提出令粘土组成,上更新统(Q、),由棕黄、禍黄色亚粘
肥地区可适宜的地源热泵空调系统
土、粘上组成,地貌多为岗地、阶地。全新系(Q)
由灰黄、黄褐色粘土、亚粘土、亚砂土及细纱组
1水文地质工程地质条件
成,地貌大部分为河漫滩,局部地区地下水较为丰
合肥地区位于安徽省中部,地处北亚热带季风富,可采用水源热泵。
气候区,多年平均降水量约为998mm,水资源白然2资源利用现状
收稿日期:2010-07-02
作者简介:李清(1965-),男,安徴六安人,高级工程师,现从事暖通设计、施工和监理工作
万方数
安徽地质
2010年
浅层地热能采用地源热泵系统加以利用,根据
土壤源热泵系统地埋管换热器按冬季吸热量设
系统的循环介质分为地下水地源热泵系统;地表水计,为减少夏季排入地层的热量,将大于吸热量的
地源热泵系统;土壤源(地埋管)热泵系统。
部分热量通过冷却塔排入大气。该方案不仪能使地
根据合肥的水文地质条件,本区域含水层富水层达到基本热平衡,而且可以减少地理管数量,减
性差、大部分地区地下水较贫乏,地下水回灌困少地理管占地面积,节省初投资。
准,除南淝河河漫滩等富水区外,大部分地区不适3.2方案2土壤源热泵热回收机组+生活热水热泵机组
宜用地下水水源热泵系统
土壤源热泵系统地埋管换热器按夏季释热量设
本区域地表水系较为发达,但由于地表水温度计,采用热回收热泵机组将夏季通过地埋管向地层
受气候的影响较大,水体必须有一定的深度和容排热一部分,通过热回收热泵机组加热牛活热水;
量,因此在合肥地区只有靠近较大自然水体或人工冬季采用热回收热泵机组一部分供热、另一部分加
水体附近,才可有条件使用地表水地源热泵系统。
热生活热水;过渡季节采用生活热水热泵机组单独
合肥地区地表为第四系覆盖,上部为粘土、亚加热生活热水。从而使土壤源热泵系统向地层累积
粘土、亚砂土,下部基岩多为砂岩、泥岩,岩石硬释热量与累积吸热量应相对平衡,该方案充分利用
度不高,地管钴孔施工容易,较适宜土壤源热泵土壤源热泵系统能源利用率,节能效果显著,取消
系统
生:活热水供热锅炉,减少CO2排放量,运行费用较节
合肥地区已建成的采用地表水地源热泵系统的省,效费比较高。
有“合肥市科学家花园”(利用董铺水库水体)、3.3方案3土壤源热泵+冰蓄冷
“合肥市大刷院”(利用天鹅湖水体);采用土壤
土壤源热泵机组地埋管换热器按冬季吸热量设
源热泵系统(竖直埋管)的有“南屏花园小区
计,夏季再以冰蓄冷方式补充地源热泵供冷量的不
“合肥市彩虹新城小区”、“煤田地质局两准豪生足,冰蓄冷系统配置冷却塔。夏季可充分利用夜问
大酒店”等,并取得了初步成效。正在建设的有安电力低谷蓄冰,自天优先使用土壤源热泵机组供
微省买物地质资料库。
冷,高峰时冰蓄冷系统、土壤源热泵联合运行供
3地源热泵系统设计方案
冷;过渡季节优先使用冰蓄冷系统供冷,充分利用
室外环境温度较低,冷却塔提供的冷却水水温低
利用地热热泵系统丌发利用浅层地热能的设计冰蓄冷供冷效率高的特点。优化土壤源热泵、冰蓄
方案首先要解决冷热平衡问题。合肥地区气候特征冷供冷运行时间,使浅层地热能达到基本热平衡
是夏热冬冷地区,夏季供冷冷负荷大于冬季供暖热该方案按冬季供热量设计地埋管系统,可以减少地
负荷,全年累积夏季释热量大于冬季吸热量,采用埋管数量,战少地埋管占地面积,同时充分利用峰
土壤源热泵系统如不采収热平衡措施,随着使用时谷电价差降低运行费用,还会刈缓解电力供需矛
间增加地层温度明显加大,制冷效率随之下降,最所、平抑电网峰谷差起到作用。
终土壤源热泵系统难以正常运行。
3.4方案4土壤源热泵+扩大供热面积
考虑到土壤源热泵系统只是一种蓄热能,而不
土壤源热泵机组、地埋管换热器按夏季供冷量
是収之不尽、用之不竭地热能,开发浅层地热能首设计,冬季土壤源热泵机组在额定工况下制热量大
先要保护好浅层地热能,要处理好冷热平衡问颕,于制冷量,建筑物夏季供冷冷负荷大于冬季供暧热
土壤源热泵系统就能高效、稳定、持续运行,因此负荷的特点,加大供热面积,以増大冬季吸热量的
土壤源热泵系统设计在计算周期内,系统向地层累方式,使地层释热与