重庆市浅层地温能开发利用对地质环境影响研究

摘要

浅层地温能作为新型环保能源，具有显著的节能效益，随着节能环保的推进，浅层地温能受到了各界关注，全国范围内都开始了浅层地温能的开发利用。重庆地区属于基岩山区地层，以沉积岩为主，地下水位较高，大地的传热性能较好，但夏季冷负荷远大于冬季供暖负荷，岩土的吸、放热难于平衡。热泵系统长时间工作可能导致地下“热堆积”，使其效率降低。因此，在推广浅层地温能资源的开发利用的同时，也应该加强对地质环境的影响研究。
　　浅层地温能开发利用对地质环境影响的研究工作属于地质环境监测领域。传统的地质环境监测工作主要以城市、重要经济区、重大工程区、矿山和地质灾害威胁较严重的地区为重点，以地下水位、水质和地质灾害为主要监测对象。而浅层地温能开发利用对地质环境的影响研究主要是以浅层地温能开发利用工程项目为重点，以不同深度的地温场、化学场等为主要监测对象。通过监测数据得到动态变化，一旦发现反常现象，即刻采取措施，防止产生地质环境问题。在本文中主要研究地温场的变化作为对地质环境影响的判断依据。
　　本文结合重庆市浅层地温能资源开发利用项目，探究现阶段重庆市浅层地温能资源开发利用现状及存在的问题。建立并完善浅层地温能开发利用动态监测网，采集典型岩土层监测站点的地温监测数据，分析其热堆积情况。建立典型岩土层蓄放热模型，利用实测数据进行模型的验证，最后模拟分析典型岩土层监测站点地源热泵项目地温场的变化情况，进行环境效应研究。
　　本次实例分析研究的地埋管地源热泵系统所在地属于开发利用适宜性分区中的较适宜区，其岩土层特性具有代表性。研究表明:在重庆地区利用地埋管地源热泵的方式开发利用浅层地温能对地质环境影响较小，因为其良好的土壤热物性能，能够长期有效的运行且对地温场不产生较大影响。值得注意的是，重庆地处夏热冬冷热工分区，在系统设计初期就要考虑冷热负荷的不平衡率，利用间歇运行、全年供应生活热水、辅助冷却塔等有效途径帮助地源热泵系统的合理利用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外的研究历史与现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 重庆市浅层地温能开发利用现状

1．3．1 重庆市开发利用现状

1．3．2 存在的主要问题

1．4 本文的主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 浅层地温能开发利用动态监测网建设

2．1 动态监测网建设原则

2．2 建设规模及布设要求

2．3 监测系统总体架构

2．4 野外监测站

2．5 监测网中心站

2．6 本章小结

第三章 典型岩土层监测站点实例分析

3．1 监测站点工程概况

3．2 监测站点地质勘察

3．2．1 场地地形地貌

3．2．2 气象水文

3．2．3 地质构造

3．2．4 地层岩性

3．2．5 水文地质条件

3．2．6 岩土体物理性质参数测试分析

3．2．7 岩土体热物性参数实验室测试

3．3 监测站点建设

3．4 监测站点地温监测分析

3．4．1 土壤初始温度分析

3．4．2 系统运行期温度变化规律分析

3．4．3 典型制冷季和供暖季埋管周围岩土温度变化

3．5 本章小结

第四章 典型岩土层蓄放热理论研究及模型验证

4．1 岩土层的蓄放热性能研究

4．2 常用地下换热器数学模型

4．3 典型岩土层蓄放热模型

4．3．1 模型假设

4．3．2 模型的数学控制方程

4．3．3 模型的定解条件

4．3．4 物理模型的建立与网格的划分

4．4 模型验证

4．4．1 地埋管出水温度验证

4．4．2 孔群埋管周围温度场的验证

4．5 本章小结

第五章 浅层地温能开发利用地质环境影响研究

5．1 典型岩土层土壤温度场模拟分析

5．1．1 单孔典型空调季温度场变化模拟

5．1．2 三孔典型空调季温度场变化模拟

5．1．3 孔群典型空调季温度场变化模拟

5．1．4 孔群典型供暖季温度场变化模拟

5．1．5 孔群多周期温度场变化模拟

5．1．6 考虑地下裂隙水时地温场变化模拟

5．2 地源热泵空调系统运行效果及节能性能分析

5．3 重庆市浅层地温能开发利用地质环境影响研究

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及参加科研情况说明