城区浅层地热能利用环境评价分析

城区浅层地热能利用环境评价分析

王欢段作碧

四川省煤田地质局一四一队618000

摘要：本文通过对德阳市城区浅层地热能资源利用所产生的环境效益和环境影响进行分析，来量化浅层地热能利用带来的环境。本文利用标准煤转换能电能的公式量化利用浅层地热能后所减少的污染，并对开发浅层地热能资源所产生的环境问题提出解决措施。

关键词：浅层地热能；地源热泵；标准煤；环境影响

1环境效益分析

1.1浅层地热能利用标准煤替代量计算

本文根据使用地源热泵空调系统可节省的电量折合成标准煤来定量分析调查区空调系统使用地源热泵后减少的环境污染。具体计算如下

供热制冷季节标准煤替代量计算公式：

T=（C1－C2）*φ式1-1

式中：T——供热制冷标准煤替代量（Kg）；

C1——传统常规系统供热制冷季节的耗电量（KW•h）；

C2——地源热泵系统供热制冷季节的耗电量（KW•h）；

φ——电能折标准煤的系数（取0.345kg/KW•h）。

根据相关资料，德阳市旌阳区2016年供热季传统空调系统能耗为2.31亿千瓦时，制冷季传统空调系统能耗1.92亿千瓦时；根据调查区内已使用的地源热泵项目供热制冷季节节省的能量分析，调查区内使用地源热泵空调系统可节省约35%的耗电量，则相较传统空调系统，地源热泵系统供热制冷季节节省电量约为1.48亿千瓦时。

根据上述公式，计算可得使用地源热泵空调系统时供热制冷季节标煤替代量为5.1万吨标准煤，环境效果显著。

1.2温室气体减排量计算

根据公式1-2定量计算使用浅层地热能代替传统空调系统后温室气体减排量。

PEG=T煤*（COEFCO2+COEFsO2+COEFNOx）式1-2

式中：PEG——温室气体减排量（kg）;

T煤——供热制冷季节标煤替代量（kg）;

COEFCO2——每kg标煤CO2的排放系数（取2660g）;

COEFsO2——每kg标煤SO2的排放系数（取6g）;

COEFNOx——每kg标煤NOx的排放系数（取9g）;

根据上述公式，计算可得使用地源热泵空调系统时供热制冷季节可减少13.64万吨温室气体排放，环境效果显著。

1.3综合分析

综上所述，现状年间，调查区现使用地源热泵空调系统可节省1.48亿千瓦时电能，减少13.64万吨温室气体排放。

调查区浅层地热能总可利用量为2.91*108KW。则调查区开发浅层地热能可节省1.05*1012千瓦时电能，减少9.68亿吨温室气体排放，节能减排效果明显。

2浅层地热能利用环境问题

2.1地埋管换热方式对环境影响

调查区冬夏两季采暖、制冷时间不一致，地埋管换热方式地源热泵系统的使用会导致夏季从土壤中的排热量大于冬季向土壤的吸热量，进而出现土壤的冷热不平衡问题,系统常年使用就会使土壤温度逐年升高。在供热、制冷不均衡的地区长期使用土壤源热泵，将会破坏地层原有的温度环境，造成热污染。

德阳城区四季分明，特别是平原区，地下水资源丰富，制冷的不均衡调节能力强，基本不会对环境造成热污染。

热污染会对地表微生物的生长、植被的光合作用和土壤层结构产生一定的影响。

2.2地下水换热方式对环境的影响

①地质问题

在地下水源热泵实际工程应用中,往往不能实现100%的回灌。地下水总体供给的不平衡将会导致地下含水层水位下降,进而使土层中孔隙水压力降低,颗粒间有效应力增加,导致地层压密,造成地面沉降。

对于砂层压密而造成的地面沉降,水位恢复后砂层将回弹,沉降易消除,所引起的地面沉降为暂时性的；对于粘性土层,水位恢复后,土层回弹不大,所引起的地面沉降将是永久性的。若地下水不能及时回灌或回灌量不足,致使地下水位持续下降,则可能造成地面沉降;若沉降量较大或差异沉降过大,可能导致地面建筑物受损或破坏。

②水质问题

地下水源热泵的地下水回路通常不是严格意义上的密封系统。回灌过程中的回扬、水回路中产生的负压和沉砂池,都避免不了外界空气与地下水接触,导致地下水氧化。地下水氧化会产生一系列的水文地质问题,如地质化学变化、地质生物变化等。此外,目前国内的地下水回路材料基本不作严格的防腐处理,管路系统中的管路、换热器和滤水管经常会出现生物结垢和无机物沉淀。更严重的是地下水经过地下管路时温度、压力的变化可能会破坏地层原有的热力学平衡状态。

2.3地表水换热方式对环境的影响

地表水源热泵利用地表水作为冷热源,在规模化应用过程中会有大量的冷量和热量排入地表水体中。尽管水体流动会产生扰动,但排热(冷)还是可能对特定区域的水体温度场分布产生影响,进而对水环境造成一定的污染。例如水温升高,会降低水中的溶解氧含量,加速有机污染物的分解,增大耗氧量;水温的升高会使水体中某些毒物的毒性提高,加速某些细菌的繁殖,助长水草丛生、厌气发酵、散发恶臭。

开式地表水换热方式对地表水水质等有一定的影响，因此，建议本调查区不使用开式地表水换热方式。

3环境问题解决措施

3.1地埋管换热方式解决措施

调查区存在冬夏两季从土壤中吸排热不平衡，因此建议具体项目可采用建筑物冬季供暖空调负荷设计换热器长度，夏季制冷不足时可辅助其他冷热源，确保热均衡，减少地埋管换热方式对环境的影响。

3.2地下水换热方式解决措施

严格控制地下水开采量，防止地层坍塌。在进行施工前必须进行严格的地质勘测，地下水源热泵系统可采用井口换热器，尽量减少地下水与空气的接触，并对回路中所用器材做防腐处理，以减轻空气对地下水的污染程度。

3.3地表水换热方式解决措施

根据《地面水环境质量标准》，规定中华人民共和国领域内江、河、湖泊、水库等具有适用功能的地面水水域,人为造成的环境水温变化应限制在夏季周平均最大温升不大于1℃,冬季周平均最大温降不大于2℃。因此，使用地表水地源热泵时，需密切监测地表水体温度，确保其符合标准要求。

结语

浅层地热能的节能减排效果明显，可为规划新城的可持续发展提供支持。合理的开发浅层地热能资源，能改善环境，降低能源消耗需求，改善能源供应结构，具有较好的经济、环境和社会效益，有助于实现能源与环境的可持续发展。

参考文献

[1]韩再生.对浅层地热能勘察评价的认识[J].工程建设与设计,2008(1):14-16.

[2]阮强.开封市城区浅层地热能资源评价研究[D].中国地质大学(北京),2011.