分析城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用

李赟 劉鴿

摘 要：針對城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)建以及具體應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)分析和研究。首先與城市實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合分析，對城市規(guī)劃區(qū)當(dāng)前的地質(zhì)特征進(jìn)行探究；其次對地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用可行性進(jìn)行闡述，同時提出地源熱泵系統(tǒng)在應(yīng)用時應(yīng)該注意的問題。

關(guān)鍵詞：城市規(guī)劃區(qū)；地源熱泵；系統(tǒng)構(gòu)建；應(yīng)用措施

在當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展背景下，人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量和水平不斷提升，各大城市規(guī)劃建設(shè)的力度也在不斷加快，其中城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)在構(gòu)建以及具體應(yīng)用中需要給予更多的重視和關(guān)注，為城市規(guī)劃區(qū)的建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。地源熱泵系統(tǒng)在應(yīng)用時，主要是將地表之下一定深度范圍內(nèi)的巖土體、地下水或者是一些地表水進(jìn)行有效利用，將這些因素合理應(yīng)用促使其能夠組合成為低溫?zé)嵩吹目照{(diào)系統(tǒng)。一般情況下，該系統(tǒng)所針對的范圍主要是指恒溫帶一直到200m左右的埋深位置。同時，該系統(tǒng)在構(gòu)建以及具體應(yīng)用中，主要是利用其與自然季節(jié)相互之間的溫差熱能，實(shí)現(xiàn)對建筑物的供暖和制冷，滿足人們?nèi)粘Ｉ畹膫€性化需求。城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)在構(gòu)建以及應(yīng)用時，由于該系統(tǒng)具有比較明顯的優(yōu)勢特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效節(jié)能的應(yīng)用效果，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的有效增長。也就是說在現(xiàn)階段城市規(guī)劃建設(shè)過程中，將地源熱泵系統(tǒng)科學(xué)合理應(yīng)用，對城市建設(shè)發(fā)展能夠起到良好的推動性作用。

一、城市規(guī)劃區(qū)地質(zhì)特征分析

在針對城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行分析的時候，要與一些實(shí)際案例進(jìn)行結(jié)合分析，這樣才能夠促使城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的分析具有真實(shí)性和有效性。本文針對城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析，與某城市現(xiàn)階段規(guī)劃建設(shè)情況進(jìn)行結(jié)合，對其地質(zhì)特征進(jìn)行深入研究。

（一）自然地理特征分析

該城市規(guī)劃區(qū)的地貌屬于黃泛沖積平原，所以該地區(qū)的地勢呈現(xiàn)出比較平坦的特征。與此同時，該地區(qū)由西北向東南方向呈現(xiàn)出微微傾斜的狀態(tài)，西部高程在15m左右，而東部高程則在5m左右。除此之外，通過對該地區(qū)的氣溫條件進(jìn)行監(jiān)測分析可以得知，在該地區(qū)內(nèi)的年平均氣溫在14.4℃左右，區(qū)域內(nèi)屬于亞熱帶與暖溫帶過渡區(qū)。另外，該地區(qū)的年平均降水量在954.8mm左右，同時該地區(qū)的年蒸發(fā)量在970至1700mm左右[1]。

（二）地質(zhì)構(gòu)造特征分析

在針對該城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行分析時，要與該地區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行有效結(jié)合，這樣才能夠制定出科學(xué)合理的系統(tǒng)應(yīng)用方案。與此同時，要與該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征進(jìn)行結(jié)合分析，這樣能夠有利于為地源熱泵系統(tǒng)的有效應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征如果從西南角度出發(fā)，一直到東北方向，按照這個順序進(jìn)行分析可以看出其有洪澤凹陷、淮陰凸起、漣南凹陷三個次一級的構(gòu)造單元。由此可以看出，在某種程度上地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際情況能夠?qū)\層地?zé)豳Y源的開采、利用以及利用效果產(chǎn)生影響[2]。

二、地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的可行性分析

（一）地下水地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)建以及應(yīng)用

地下水地源熱泵系統(tǒng)在構(gòu)建以及具體應(yīng)用過程中，主要是將地下水作為主體，將其看作是能量載體，同時，利用壓縮系統(tǒng)在其中的作用和影響力，對建筑物和含水層相互之間的能量進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)移。這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物的制冷、供暖，而且還能夠盡可能滿足現(xiàn)代人對建筑物的個性化需求。在抽出的地下水進(jìn)行熱量接收或者是釋放的時候，都會與實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合之后，將其灌入到原本的含水層當(dāng)中，這樣能夠在實(shí)踐中逐漸形成一個比較完整的水循環(huán)系統(tǒng)[3]。在針對該城市規(guī)劃區(qū)進(jìn)行地質(zhì)規(guī)劃和分析的時候，要與其地質(zhì)地貌環(huán)境進(jìn)行結(jié)合，制定出科學(xué)合理的規(guī)劃方案，這樣才能夠盡可能保證規(guī)劃的有效性。與此同時，可以利用定性分析和類比方法對其進(jìn)行研究，在其中選擇含水層巖性、分布、富水性等，這些因素都可能會對地下水地?zé)岜孟到y(tǒng)的構(gòu)建以及具體應(yīng)用效果造成影響。因此，針對這一情況，要對這些因素進(jìn)行綜合性考量，對這些因素可能會引發(fā)的安全事故進(jìn)行調(diào)查分析。除此之外，還應(yīng)當(dāng)對該城市政策中的地下水利用情況進(jìn)行判斷分析，特別是要針對地下水地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況、適應(yīng)性進(jìn)行詳細(xì)判斷，這樣才能夠?yàn)樵撓到y(tǒng)的構(gòu)建以及應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)[4]。

在針對該城市規(guī)劃區(qū)進(jìn)行地源熱泵系統(tǒng)構(gòu)建以及具體應(yīng)用過程中，要與實(shí)際情況進(jìn)行有效結(jié)合，制定出科學(xué)合理的實(shí)施方案，這樣才能夠?qū)⒃撓到y(tǒng)優(yōu)勢特點(diǎn)發(fā)揮到最大。該系統(tǒng)在應(yīng)用中，不僅有比較適合的區(qū)域，而且還會存在一些不適合的區(qū)域，需要結(jié)合實(shí)際切斷，合理利用地下水地源熱泵系統(tǒng)的含水層。一般情況下，都是一些碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，同時該巖層與第三承壓含水層之間能夠形成相互結(jié)合的狀態(tài)，這種狀態(tài)下，其無論是在覆粘性土或者是其本身的運(yùn)作都會受到不同因素的影響[5]。其中，地質(zhì)構(gòu)造、裂隙或者是巖溶的整體發(fā)育程度，在實(shí)踐中都會對其產(chǎn)生不同程度的影響，這樣就會導(dǎo)致地下水量在其中發(fā)生比較大的變化。

另外，除了一些比較適合的區(qū)域之外，還有一些區(qū)域并不適合利用這種系統(tǒng)。其中如果地下水類型是中、下更新統(tǒng)孔隙承壓水的時候，其適應(yīng)性評價可以如下內(nèi)容所示。地下水在這種狀態(tài)下，其地源熱泵系統(tǒng)在構(gòu)建以及具體應(yīng)用中，大多數(shù)的成井部分都會直接體現(xiàn)在第三承壓含水層當(dāng)中。通過對這一情況進(jìn)行分析可以看出，該地區(qū)主要是將含有泥質(zhì)的中粗砂作為主體，與此同時，其整體的單位涌水量經(jīng)過對比分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)情況下，都控制在300m3/d·m之內(nèi)[6]。除此之外，該地區(qū)由于是深層地下水降落漏斗區(qū)，所以一旦出現(xiàn)大量水量，勢必會導(dǎo)致地面出現(xiàn)沉降，嚴(yán)重的情況下會直接引發(fā)嚴(yán)重的災(zāi)難事故發(fā)生。

（二）垂直地埋管地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)建以及應(yīng)用

地埋管地源熱泵系統(tǒng)在構(gòu)建以及具體應(yīng)用過程中，其主要是利用地理管換熱器與巖土體相互之間的交換，來達(dá)到熱能的供應(yīng)和索取。由于現(xiàn)階段城市土地資源已經(jīng)呈現(xiàn)出短缺、緊張現(xiàn)象，所以大多數(shù)情況下，在城市規(guī)劃區(qū)實(shí)現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)的時候，基本上都會直接利用地埋管地源熱泵系統(tǒng)對其進(jìn)行具體操作。通過對該系統(tǒng)的應(yīng)用情況分析可以看出，該系統(tǒng)在應(yīng)用中也會受到不同類型因素影響，其中巖土體特征、水文地質(zhì)條件等都會不同程度對該系統(tǒng)產(chǎn)生影響。但是垂直地埋管地源熱泵系統(tǒng)一般情況下，并不會受到地下水資源量的控制和影響。當(dāng)前該熱泵系統(tǒng)的地埋管換熱器埋管深度大概在60至100m左右，同時，地層的整體熱物理參數(shù)在其中是能夠直接對該系統(tǒng)運(yùn)作情況產(chǎn)生影響的重要因素之一[7]。除此之外，該系統(tǒng)在運(yùn)作過程中，無論是換熱能力或者是蓄熱能力在其中都是非常重要的因素，各種不同能力所對應(yīng)的參數(shù)也同樣很重要。這些參數(shù)中包括巖土層的密度、含水率、孔隙比等，這些參數(shù)都要保證一定準(zhǔn)確性和有效性，這樣才能夠盡可能減少這些參數(shù)對導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散率所產(chǎn)生的影響。

三、地源熱泵系統(tǒng)在構(gòu)建以及應(yīng)用需要注意的問題

在當(dāng)前城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)構(gòu)建以及實(shí)際應(yīng)用中，要與不同城市規(guī)劃區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合分析，這樣才能夠促使系統(tǒng)的構(gòu)建具有合理性和科學(xué)性。地下水地源熱泵系統(tǒng)在利用過程中，為了實(shí)現(xiàn)對地下水的有效開采，在開采之后一定要及時實(shí)施回灌操作。與此同時，為了保證回灌效果，需要提前對現(xiàn)場的水文地質(zhì)條件進(jìn)行勘察，同時還要針對城市規(guī)劃區(qū)的現(xiàn)場回灌能力進(jìn)行提前判斷和分析。這樣不僅能夠及時采取有針對性的回灌技術(shù)，而且還能夠在實(shí)踐中促使同層回灌率能夠達(dá)到100%的目標(biāo)。這樣不僅有利于在實(shí)踐中盡可能避免地下水資源出現(xiàn)流失現(xiàn)象，而且還能夠及時對已經(jīng)回灌回來的水資源質(zhì)量進(jìn)行有效的檢測。在保證對深層地下水污染現(xiàn)象起到良好控制效果的基礎(chǔ)上，能夠最大限度保證該系統(tǒng)在應(yīng)用時的有效性和合理性。

與此同時，如果長期利用地源熱泵系統(tǒng)，在某種程度上會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭受到一定影響。一旦生態(tài)環(huán)境受到影響，不僅生態(tài)環(huán)境的平衡會被打破，而且還會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅。在這種狀態(tài)下進(jìn)行的熱量交換，會導(dǎo)致夏季時候的溫度不斷上升，而冬季時候的地下溫度則會下降比較快。因此，針對這一情況，在該系統(tǒng)的具體應(yīng)用過程中，要與實(shí)際情況有效結(jié)合，提出有針對性的系統(tǒng)應(yīng)用措施。這樣不僅有利于為供暖、制冷的平衡性提供有效保證，而且還能夠盡可能避免熱量交換過程中受到該系統(tǒng)的影響。在該系統(tǒng)的應(yīng)用中，要嚴(yán)格按照一定流程和方式進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建和使用，這樣能夠盡可能避免出現(xiàn)地下溫度持續(xù)上升或者是地下溫度突然下降的現(xiàn)象。在保證能夠提高對地層熱能整體利用率的基礎(chǔ)上，促使該系統(tǒng)的作用能夠落實(shí)到實(shí)處。

四、結(jié)語

綜上所述，在針對現(xiàn)階段城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)建以及具體應(yīng)用情況進(jìn)行分析的時候，需要與各個城市的規(guī)劃區(qū)地質(zhì)特征進(jìn)行有效結(jié)合。在這一基礎(chǔ)上，提出有針對性的應(yīng)用措施，利用地下水地源熱泵系統(tǒng)、垂直地埋管地源熱泵系統(tǒng)對其進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)建筑物的供熱、制冷。在保證城市規(guī)劃區(qū)地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上，能夠?yàn)楝F(xiàn)代人的冷暖調(diào)節(jié)提供有效保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚炳光，賴光東，周維博.基于適宜性的西安市水源熱泵開發(fā)潛力評估[J].水資源與水工程學(xué)報，2017，（04）：145-149+157.

[2]劉愛斌，翟如偉，景家俊，陶文杰.江蘇徐州城市規(guī)劃區(qū)淺層地溫能潛力評價及環(huán)境效益分析[J].地質(zhì)與資源，2017，（03）：296-302.

[3]楊露梅，朱明君，鄂建，陳明珠，魏永耀.南京市地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)評價：基于層次分析法和熵權(quán)系數(shù)法[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2015，（02）：285-290+360.

[4]于世曉.青島市土壤源熱泵供熱推廣應(yīng)用研究[D].青島理工大學(xué)，2014.

[5]馬聰，周維博，李娜.西安市主城區(qū)地下水源熱泵適宜性分區(qū)[J].南水北調(diào)與水利科技，2014，（03）：156-159.

[6]陳燕哲.陜西地區(qū)地下水源熱泵工程應(yīng)用適應(yīng)性評價及軟件[D].西安建筑科技大學(xué)，2014.

[7]李彥花.夏熱冬冷地區(qū)地源熱泵地域適宜性評價體系的研究[D].中原工學(xué)院，2014.

作者單位：

漯河市勘測規(guī)劃設(shè)計院