許西波

（恒大地產(chǎn)集團西安有限公司，陜西西安 710021）

0 引言

中深層地?zé)崮苁窍鄬τ跍\層地?zé)崮?，指的是溫度高?5℃，集“熱、礦、水”為一體的自然資源。中深層地?zé)崮苁且环N可再生清潔能源，優(yōu)點是熱流密度大，流量、溫度等熱物性參數(shù)穩(wěn)定。據(jù)初步估計，在地下1000~10000m 范圍內(nèi)，我國地?zé)崮軆Υ娴臒崃肯喈?dāng)于51.6 萬億噸標準煤，是我國2016 年能源消耗總量的11835 倍。中深層地?zé)崮艿睦?，現(xiàn)在主要來源于地下存儲的豐富充足高溫地下水。本文通過西安某項目中深層地?zé)崮芴菁壚霉┡O(shè)計，研究中深層地?zé)崮艿氖褂梅椒?，就如何實現(xiàn)高效利用、合理設(shè)計等問題展開分析。

1 中深層地?zé)崮墁F(xiàn)狀及主要開發(fā)技術(shù)

伴隨著我國建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)燃煤能源供暖消費量持續(xù)增加，已超過全國能源年消費總量的10%以上。利用地?zé)嵯到y(tǒng)采暖，全面替代礦物質(zhì)燃料實現(xiàn)無燃燒供熱，提高能源利用率并改善環(huán)境，減少燃燒廢氣排放，應(yīng)給予地?zé)崮懿膳柚攸c支持。

中深層地?zé)豳Y源可采取中深層地?zé)峄毓啵ㄋ疅嵝停┖蜔o干擾地?zé)崛帷叭岵蝗∷钡拈_發(fā)模式，無干擾取熱方法目前也列為干熱巖提熱的主要開采方式。國內(nèi)干熱巖的開發(fā)目前主要集中在熱值高的區(qū)域，目前技術(shù)比較薄弱。采用中深層無干擾取熱方法是將地?zé)釗Q熱盤管布置在井中，采用特殊的設(shè)備將熱量從地層中提取出來。此開采方式目前在西安市場初步應(yīng)用，由于材料等研究較為昂貴，仍處于起步階段。中深層回灌（水熱型）在目前地?zé)衢_發(fā)中運用最廣，其技術(shù)采取的是鉆對井取熱循環(huán)，采熱量主要受到對接井地?zé)崃黧w管流速度的影響，此方法在西咸區(qū)域也取得了很高的應(yīng)用，部分井回灌率達到100%，對于綠色能源開發(fā)有廣泛的推廣價值，地?zé)衢_發(fā)的目標是在提取地下熱量的同時，保證生態(tài)環(huán)境以及地層水資源的平衡。

2 工程項目概況

西安某項目位于西安市雁塔浐灞，總建筑面積為356880.69m2，地上建筑面積為237966.03m2。項目分南北地塊，北地塊地上面積為55597m2；南地塊地上面積為182369.01m2。建筑類型主要為多層別墅與高層，建筑最高33 層。系統(tǒng)分為高低兩個區(qū)，1~15 層為低區(qū)，15 層以上為高區(qū)，采暖末端為低溫地板輻射采暖形式。

3 方案設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

（1）采用取熱不取水技術(shù)，將地?zé)崴毓?，保證了可持續(xù)開發(fā)，采用跨層混采，兩采兩灌，同層回灌。

（2）避免與鄰近已成地?zé)峋话l(fā)生干擾。

3.2 基本數(shù)據(jù)

（1）井位位置：小區(qū)中心園林區(qū)域非地庫范圍。

（2）按照“一采一灌”模式設(shè)計生產(chǎn)井2 口，回灌井2 口。設(shè)計井深3150m，取水層段1650~3150m，取水層位為高陵群、白鹿塬組及紅河組熱儲。

3.3 地?zé)釗Q熱站設(shè)計

本項目換熱機房采用板換+熱泵機組組合換熱，通過深井潛水泵從地?zé)峋崛〉責(zé)崴?，?jīng)過地?zé)峁芫€送至一級直供換熱器，通過一級換熱器進行熱交換，溫度降低后的地?zé)崴椭炼墦Q熱器進行二次換熱，給熱泵機組提供熱源。經(jīng)過二級換熱器熱交換后的地?zé)崴?jīng)由管線送至回灌井回灌；同時經(jīng)一級換熱器換熱和熱泵機組制熱后提取熱量、溫度升高的供熱循環(huán)水，經(jīng)管線送至熱用戶側(cè)利用，降溫后的熱水由管線輸送至一級換熱器和熱泵機組冷凝器側(cè)進行換熱，如此進行循環(huán)，見圖1。

圖1 地?zé)崮懿膳h(huán)原理

本次主要依據(jù)與擬建地?zé)峋幌噜徎蛉∮脽醿ο嗤責(zé)崴谒疁刭Y料，反求出平均地溫梯度，作為衡量地溫場依據(jù)，地?zé)崴钠骄?.2℃/100m。依據(jù)以上計算成果，結(jié)合區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)資料，預(yù)測本小區(qū)地?zé)崴O(shè)計降深60m 時，出水量為60m3/h 左右。本方案只為項目住宅部分提供采暖熱源，末端系統(tǒng)供回水溫度50℃/40℃，計劃在小區(qū)內(nèi)鉆鑿四口地?zé)峋▋刹蓛晒啵?，預(yù)計水溫為80℃，水量60m3/h。

北區(qū)換熱站：由于北區(qū)換熱站僅140m2，換熱方式只能采取地?zé)崴ㄟ^板式換熱為建筑提供熱源。北區(qū)建筑需求熱負荷為2223.88kW，地?zé)崴ㄟ^板式換熱器水溫利用至42℃，需求地?zé)崴繛?0m3/h，一口地?zé)峋懈辉?0m3/h 地?zé)崴?/p>

南區(qū)換熱站：南區(qū)建筑需求熱負荷為7413.3kW，換熱方式采取地?zé)崴?熱泵為建筑提供熱源。北區(qū)剩余10m3/h 地?zé)崴?另一口生產(chǎn)共計70m3/h 地?zé)崴?，地?zé)崴ㄟ^板式換熱器水溫利用至42℃，可提取熱量：G 井=3093kW

兩口地?zé)峋菜?20m3/h、42℃通過熱泵降溫至10℃，熱泵COP 按4.5，忽略設(shè)備間傳熱損失，大約能獲得熱量：

地?zé)崴?熱泵可提供熱負荷7937kW，可滿足南區(qū)建筑采暖需求。

計劃敷設(shè)一次側(cè)管網(wǎng)（即地?zé)崴芫W(wǎng)）DN200 管線300m（雙管），DN125 管線800m（雙管）。地?zé)峁芫W(wǎng)選擇優(yōu)質(zhì)石油管，外包聚氨酯發(fā)泡保溫施工，采用無補償直埋敷設(shè)方式與室內(nèi)架空敷設(shè)方式施工。

4 地?zé)崮芄釂栴}分析

4.1 地?zé)峥辈槌潭鹊停@井風(fēng)險大

除了在某些地區(qū)目前資源勘探相對成熟，在國內(nèi)大部分地區(qū)勘探和開發(fā)資源不足，鉆井故障率高，開發(fā)和部署不合理科學(xué)，造成很大的損失。

4.2 初投資高，周期長

通常情況，開發(fā)某地塊的地?zé)崮埽枰冗M行地?zé)豳Y源勘查，勘查工作投入大、任務(wù)較重，對于企業(yè)員工經(jīng)濟負擔(dān)較重。目前仍然在使用的石油和天然氣井鉆井技術(shù)的投資較高，導(dǎo)致初始投資高。由于各種供熱方式執(zhí)行相同的市政供熱價格，而地?zé)峁崆捌谕顿Y較之于集中供熱前期投資高，加之，中深層地?zé)崮懿膳こ添椖咳娼ǔ珊?，全部入駐和滿負荷供暖系統(tǒng)需要經(jīng)過一個較長時間，導(dǎo)致公司成本回收期變相延長，使供熱企業(yè)管理資金壓力進一步增加。

4.3 動態(tài)監(jiān)測、可持續(xù)評價差

在部分地區(qū)地?zé)衢_發(fā)過程中，地?zé)峋牧髁?、溫度、液位等發(fā)生變化，存在一定的下降趨勢，造成項目原有設(shè)計管理系統(tǒng)不能適應(yīng)其變化，達不到最佳的設(shè)計使用效果。分析原因是地?zé)崮荛_發(fā)初期缺少科學(xué)的地?zé)豳Y源開發(fā)評價，工程開發(fā)過程中缺少動態(tài)監(jiān)測。

5 地?zé)崮芄峤ㄗh

5.1 加大地?zé)峥辈榱Χ?/h3>

提高地?zé)峥辈楦采w，降低地?zé)衢_采風(fēng)險，地?zé)豳Y源勘查成本高，企業(yè)本身實力相對薄弱，建議國家或者地方政府對全國或區(qū)域地?zé)豳Y源進行勘查摸底，建立數(shù)據(jù)資料庫，為后續(xù)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

5.2 提高技術(shù)創(chuàng)新水平

地?zé)崮懿膳跗谕顿Y大，加熱系統(tǒng)以及換熱設(shè)備技術(shù)較保守，缺乏一套完整的設(shè)備和材料。要加強技術(shù)改造以及研發(fā)，從地?zé)岵膳嫒菰O(shè)備過程中的各個環(huán)節(jié)，建立相應(yīng)標準，降低企業(yè)建設(shè)成本，提高地?zé)崂眯省?/p>

5.3 加強地?zé)衢_發(fā)動態(tài)監(jiān)測與反饋

地?zé)豳Y源的開發(fā)和利用是一個動態(tài)的過程，需要進行項目前期的初步資源評價，同時進行動態(tài)監(jiān)控。因此我們應(yīng)該及時了解糾正資源開發(fā)的合理性初步評價的動態(tài)變化，及時進行總結(jié)，提出了合理的建議，為指導(dǎo)后續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)論

地?zé)崮苁且环N綠色可再生的能源，與煤炭和天然氣等傳統(tǒng)能源相比，貯量巨大、具有環(huán)保可再生等優(yōu)勢。通過本項目中深層地?zé)崮芄┡瘧?yīng)用實例的采暖設(shè)計，直觀發(fā)現(xiàn)地?zé)岬睦脻摿σ约安膳瘍?yōu)勢，梯級利用能夠更加高效的利用地?zé)崮?，可以最大限度利用地?zé)崴疁夭钅芰俊Ｒ浴叭岵蝗∷钡脑瓌t，將地?zé)峄厮M行回灌，達到可持續(xù)開發(fā)的效果。合理地開發(fā)和利用地?zé)豳Y源，有助于緩解能源供需矛盾，提高節(jié)能減排效果，有助于建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的和諧社會。