DB37_T 4308-2021 区域浅层地热能调查评价规范.pdf

ICS 27.010 CCS F 15 37 山东省地方标准 DB 37/T 43082021 区域浅层地热能调查评价规范 Specification for investigation and evaluation of regional shallow geothermal energy 2021-02-02 发布 2021-03-02 实施 山东省市场监督管理局 发 布 目 次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 总则.2 5 资料收集.3 6 区域浅层地热能调查.4 7 勘查孔布设与施工.5 8 岩土热响应试验.6 9 抽水、回灌试验.7 10 样品采集与测试.8 11 动态监测.9 12 区域浅层地热能适宜性分区.9 13 区域浅层地热能资源评价.10 14 成果编制.11 附录 A（规范性）设计书编写提纲及附图要求.12 附录 B（资料性）计算方法.13 附录 C（规范性）山东省不同区域浅层地热能适宜性分区要素.18 附录 D（规范性）区域浅层地热能适宜性分区（指标法）分区指标.21 附录 E（资料性）岩土热物性参数.22 附录 F（资料性）浅层地热能利用节煤减排量估算表.23 附录 G（规范性）成果报告编写提纲及附图附表要求.24 附录 H（规范性）区域浅层地热能调查表.26 参考文献.30 前 言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由山东省自然资源厅提出并组织实施。本文件由山东省自然资源标准化技术委员会归口。本文件起草单位：山东省地矿工程集团有限公司、山东省地质环境监测总站、山东大学、山东建筑大学、山东科技大学、山东省地质调查院、山东省建筑科学研究院。本文件主要起草人：刘桂仪、胡松涛、邵琦、贾超、高志友、张新文、孟苗苗、陈永昊、潘春光、陆凯、王庆兵、姜春永、冯克印、朱恒华、刘坤、朱友强、孙云川、张红红、孙明远、计孝飞、丁鸿亮、张学斌、刘晓飞。区域浅层地热能调查评价规范 1 范围 本文件规定了区域浅层地热能调查评价的总则、资料收集与整理、野外调查、动态监测、勘查孔施工、试验测试、适宜性分区、资源评价等工作的基本内容。本文件适用于山东省1：50 000区域浅层地热能调查评价工作，其他精度调查评价工作可参照本文件执行。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 11615 地热资源地质勘查规范 GB/T 14848 地下水质量标准 GB 50027 供水水文地质勘察规范 GB/T 50123 土工试验方法标准 DZ/T 0148 水文水井地质钻探规程 DZ/T 0153 物化探工程测量规范 DZ/T 0227 地质岩心钻探规程 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 浅层地热能 shallow geothermal energy 从地表至地下200 m深度范围内，储存于水体、土体、岩石中的温度低于25，采用热泵技术可提取用于建筑物供热或制冷等的地热能。来源：NB/T 100972018，2.1.6 3.2 热物性测试 thermophysical properties test 采用人工热源对岩土体样品的热物理参数进行的测试。3.3 岩土热响应试验 rock-soil thermal response test 利用测试仪器对项目所在场区的测试孔进行一定时间连续换热，获得岩土综合热物性参数及岩土初始平均温度的试验。来源：NB/T 100972018，2.4.32 3.4 无负荷循环法 non-load cycle method 在无加热或冷却负荷循环的情况下，通过记录地埋管换热器出水温度，计算温度稳定至观测结束时间段内平均温度（地层初始平均温度）的方法。3.5 浅层地热容量 shallow geothermal capacity 在浅层岩土体、地下水和地表水中储藏的单位温差所吸收或排出的热量。注：kJ/。来源：NB/T 100972018，2.4.30 3.6 浅层地热换热功率 heat exchanger power 从浅层岩土体、地下水和地表水中单位时间内通过热交换方式所获取的热量。注：kW。来源：NB/T 100972018，2.4.35 3.7 建筑冷/热负荷 building cold/heating load 为保持建筑物的热湿环境向建筑物供应的冷/热量。注：W/m2。3.8 土地利用系数 land use factor 区内建筑物、构筑物等所占面积与整个建设用地面积之比。注：它综合反映出热泵工程的经济合理性和土地利用效率。3.9 层次分析法 analytic hierarchy process 将与浅层地热能评价有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。3.10 指标法 index method 选取影响浅层地热能分区的关键性指标，并对指标进行量化，然后依据特定准则评价指标的优劣，将评价后的指标进行叠加并加以整体判断的决策方法。4 总则 4.1 区域浅层地热能调查评价的目的是通过调查评价工作，为区域浅层地热能开发利用的合理规划、布局以及可持续利用提供依据。4.2 区域浅层地热能调查评价的主要任务是查明区域浅层地热能赋存条件、分布规律，确定浅层地热能开发利用适宜地区，进行区域浅层地热能评价，提出可持续开发利用的方案建议。4.3 区域浅层地热能调查评价范围主要是对指定区域内地表以下 200 m 深度范围内岩土体和地下水中蕴藏的热能进行的地质勘查。4.4 在开展区域浅层地热能调查评价工作前，如区域地质资料不足时，应进行野外踏勘后再编写设计，设计编写提纲及具体要求应符合附录 A 的规定。4.5 区域浅层地热能调查评价主要包括资料收集与分析、野外浅层地热能地质及水文地质调查、勘查孔布设与施工、岩土热响应试验、抽水试验、回灌试验、样品采集与测试、动态监测、浅层地热能适宜性分区、浅层地热能资源评价以及成果报告和图件的编制等，具体工作流程见图 1。图1 区域浅层地热能调查评价工作流程图 4.6 根据区域不同地质条件，确定不同的工作方法和技术要求。主要工作量定额按表 1 执行。5 资料收集 5.1 通用要求 区域社会经济、气象水文、地质、水文地质、遥感地质与地球物理勘探、地下水环境问题及地下水开发利用等资料收集主要参照DZ/T 0282执行。表1 15 万浅层地热能调查每百平方千米基本工作量定额表 地区类别 调查点（个）地质勘查孔（个）水文地质勘查孔（个）岩土热响应试验（组）地温监测点（个）水位监测点（个）抽水试验（组）回灌试验（组）水质样品采集与分析（件）岩土样品采集与分析（组）鲁西北 地区 4550 23 12 23 23 68 36 0.51 815 2030 鲁东 地区 5055 34 23 34 34 810 58 11.5 1520 3040 鲁中南 地区 6065 45 34 45 45 1214 710 1.52 2025 4050 注：山东省主要分为以鲁西北地区为代表的第四系松散岩类区、以鲁东地区为代表的岩浆岩及变质岩区、以鲁中南地区为代表的沉积岩区。5.2 其他资料 5.2.1 温度场资料 包括浅井测温和温度场空间分布（水平方向、垂直方向）等资料。5.2.2 成果报告资料 包括以往水文地质、工程地质、环境地质、地热地质、矿产地质的论证、勘探、物探和研究成果报告等。5.2.3 规划资料 包括土地利用规划、矿产资源开发利用规划、地质灾害防治规划、地下水开发利用规划、城市建设总体规划、地下空间（地铁、防空、市政管道、商场等）规划、供暖规划、新能源利用规划等。5.2.4 相关的法律法规及政策 包括地下水开发利用管理办法、水源地和泉水保护条例、地质灾害防治等相关法律法规以及浅层地热能、新能源开发利用等各项鼓励政策。5.2.5 开发利用资料 包括工程建设、换热孔施工、换热器安装、地温场监测、应用效果及节能情况等资料。6 区域浅层地热能调查 6.1 目的 区域浅层地热能调查的目的是为浅层地热能评价提供依据和数据支撑；主要任务是查明区域地热能赋存条件以及水文地质条件和岩土体岩性结构。6.2 通用要求 6.2.1 调查深度宜控制在地表以下 200 m 深度内。6.2.2 调查内容主要包括区域浅层地热能条件调查（区域水文、地质、水文地质、工程地质、环境地质调查）以及开发利用工程调查两部分。6.3 区域浅层地热能条件调查 6.3.1 区域水文调查：a)河流、水库、湖泊等地表水体的分布；b)主要河流的流域面积、径流量、水位、水质、水温及动态变化；c)水库、湖泊的容量、水质和水温；d)地表水与地下水(含暗河、泉等)的补排关系；e)水利工程类型、分布、规模、用途和利用情况。6.3.2 区域地质调查：a)各类岩石、土体的调查，包括：岩性特征、成因类型、地质时代、产状厚度及结构构造、风化程度和埋藏分布；b)地质构造调查，包括：褶皱的类型、形态、规模，组成褶皱的地层岩性、时代和产状；断裂的类型、产状、力学性质、断裂带空间分布及组成岩性等。6.3.3 区域水文地质调查：a)水文地质单元（区、亚区、块段）及其所处的位置；b)含水层和隔水（弱透水）层岩性、厚度、产状、分布范围、埋藏条件、各含水层之间的水力联系等；c)包气带岩性、结构、厚度、含水量等；d)含水层水文地质参数，包括单位涌水量、渗透系数、孔隙率（裂隙率）等；e)地下水化学成份、类型及空间变化；f)地下水补给、径流、排泄条件及动态特征；g)区内地下水水源地及开发利用现状、主要开采层段；h)地下水允许开采量、开采程度。6.3.4 区域工程地质调查：a)岩体工程地质特征，包括：岩石的坚硬程度及强度、岩体完整程度；b)土体工程地质特征，包括：土的颗粒组成、矿物成分、包含物、密实度和湿度及其物理力学性质；c)工程地质问题，包括崩塌、滑坡、泥石流的地形地貌、岩土性质、地质构造、地下水、规模、范围、运动速度、诱发机制、危害以及当地防治措施和经验。6.3.5 区域环境地质调查：a)调查区域内地下水污染、咸淡水界面、地面沉降、岩溶塌陷、采空塌陷、地裂缝等与地下水相关的环境地质问题；b)调查区域内矿山及开发利用历史与现状。6.4 区域浅层地热能开发利用工程调查 浅层地热能开发利用方式主要分为地埋管换热系统和地下水换热系统。区域浅层地热能开发利用工程调查主要内容见表2。7 勘查孔布设与施工 7.1 目的 区域内勘查孔施工目的是通过施工勘查孔，查明区域地层和含水层结构，为开展现场试验、样品采集创造条件。表2 浅层地热能开发利用工程调查内容 浅层地热能 开发利用方式 调 查 内 容 地埋管换热系统 工程名称，所在位置、换热方式（埋管方式），竖直地埋管数量、间距、深度，水平埋管形状、长度、埋管深度，热物性参数，循环介质，投资单位与建设单位情况，投资额，工程用途及供暖(冷)面积，使用设备情况。工程运行情况，如进、出水温度，流量，取、排热量，换热功率、效率，每年的节能情况，制热期/制冷期单位长度换热功率，热泵机组型号、功率等。地下水换热系统 工程名称，所在位置、供热(冷)面积，地层特征，抽水井、回灌井数量，凿井时间，成井结构，深度、抽水量、回灌量，供水温度、回水温度，回灌状况、灌采比，回灌过程中回扬的时间间隔，热泵机组型号、功率，工程运行状况等。7.2 通用要求 7.2.1 勘查孔主要分为地质勘查孔和水文地质勘查孔。7.2.2 勘查孔应布置在地层结构、水文地质结构不清，急需要勘查的地段以及地层结构、水文地质结构具代表性的典型地区；应布设 1 眼区域浅层地热能控制孔，勘查深度宜为 200 m。7.2.3 地质勘查孔应进行岩土热响应试验；水文地质勘查孔应进行抽水、回灌试验，并采取水样进行水质分析。7.3 勘查孔施工技术要求 7.3.1 地质勘查孔深 80 m120 m，孔径 150 mm，一径到底；孔内埋管采用双 U 型直径 32 mm 或 25 mm的 PE 管，管外用粗砂填筑密实。7.3.2 地质勘查孔中地埋管下管前和下管后（未填砾）均应进行水压试验，压力为 1.5 MPa，带压观测30 min 以上，无渗不漏无破裂，压力下降不超过 0.05 MPa。7.3.3 水文地质勘查孔深度视主要含水层位置而定，一般孔深 60 m200 m，成井口径不宜小于 300 mm。7.3.4 地质勘查孔施工按 DZ/T 0227 中的规定执行。7.3.5 水文地质勘查孔施工按 DZ/T 0148 中的规定执行。8 岩土热响应试验 8.1 目的 岩土热响应试验的目的是获取岩土体热导率、热扩散系数、平均初始地温等参数，确定单孔换热量，为竖直地埋管热泵的设计和区域浅层地热能评价提供依据。8.2 通用要求 8.2.1 区域上应做 1 组单、双 U 地埋管的对比岩土热响应试验，必要时可以增加 12 组。8.2.2 岩土热响应试验应在换热管安装完毕至少 48 h 后进行。8.2.3 应尽可能缩短设备与地埋管换热器的连接管路，并做好保温措施。8.3 岩土热响应试验技术要求 8.3.1 岩土热响应试验时，应首先采用无负荷循环法进行岩土初始平均温度测试，后进行热负荷试验。无负荷循环法测试时，地埋管换热器出水温度稳定（1 h 内变化幅度小于 0.3）后，观测时间不宜少于 12 h，以温度稳定至观测结束时间段内的平均温度作为岩土初始平均温度。8.3.2 岩土热响应试验时，排热试验和排冷试验不宜在同一勘查孔内进行，若要在同一勘查孔内测试应在地层温度基本恢复至地层初始平均温度（温差小于 0.5）后进行。8.3.3 岩土热响应试验时，加热负荷宜采用 6 kW。8.3.4 测试过程中，热负荷和流量应保持恒定（波动范围在5%以内），换热管内传热介质流速不应低于 0.2 m/s，实时记录回路中传热介质的流量和进出口温度。在地埋管换热器出水温度 1 h 内变化小于 1 后，观测时间不少于 24 h。8.3.5 地埋管换热器出水温度 1 h 内变化小于 1 后，出水温度与地层初始平均温度之差应大于5。8.3.6 应对现场测试资料进行综合分析，剔除因试验条件如气温等变化造成的异常数据。8.3.7 岩土热响应试验的仪器设备应定期（每年至少一次）进行检验和标定。8.3.8 岩土热响应试验参数求取方法见 B.1。9 抽水、回灌试验 9.1 目的 9.1.1 抽水试验的目的是了解含水层的富水性，获取含水层渗透系数、影响半径等水文地质参数，结合回灌试验，确定一定区域内地下水循环利用量，抽水井、回灌井的数量和布局。9.1.2 回灌试验的目的是为获取回灌时的影响半径、给水度（或储水系数）、渗透系数、导水系数等水文地质参数以及回灌率，与抽水试验配套，确定区域内地下水循环利用量，抽水井、回灌井的数量和布局。9.2 通用要求 9.2.1 抽水试验通用要求 抽水试验应参照以下通用要求执行：a)试验井的位置应具代表性，试验井应为条件适宜的水井、已建成或新建的换热井，不具备上述条件的应专门施工勘查井；b)对调查区水文地质条件具有控制意义的不同含水层（组）的典型地段，应有抽水试验点控制；c)试验井周边有水文地质条件相同的水井时，应作为观测孔（包括附近的水井、泉和其它水点）进行观测；d)抽水试验前和抽水试验时，必须同步测量抽水孔和观测孔的静止水位和动水位。如静止水位的日动态变化很大时，应掌握其变化规律。抽水试验停止后，必须按要求测量抽水孔和观测孔的恢复水位；e)抽水试验应进行至少 2 个落程，按照稳定流抽水试验要求进行抽水；f)抽水试验时，应防止抽出的水在抽水影响范围内回渗到含水层中。9.2.2 回灌试验通用要求 对调查区水文地质条件具有控制意义的不同含水层（组）的典型地段，应有回灌试验点控制，与抽水试验点配套。抽灌井距应大于区域热突破距离，采用“一抽一灌”。9.3 抽水、回灌试验技术要求 9.3.1 抽水试验技术要求 抽水试验按GB 50027的要求执行。根据抽水试验数据，分析确定合理的抽水量和井间距。9.3.2 回灌试验技术要求 回灌试验应参照以下技术要求执行：a)回灌试验宜采用定流量试验方法。试验前应测量静水位，试验时连续测量动水位，试验停止后，测量恢复水位至初始状态。水位的观测在同一试验中采用同一种方法和测量工具，测量精度应读到厘米。回灌量采用水表计量，读数应读到 0.01 m3；b)回灌试验时，回灌井水位的稳定时间不应小于 48 h，在稳定期间内，扣除试验前水位日变幅值后的水位波动应在10 cm 以内；c)试验井周边有水文地质条件相同的水井时，应作为观测孔进行观测；d)回灌水质不劣于回灌含水层地下水的水质，含砂量体积比不大于 1/200 000（体积比）；e)回灌试验结束后，应实测井深；f)根据抽水和回灌试验数据，确定回灌率以及水源井布设间距；g)其它要求参照抽水试验技术要求执行。10 样品采集与测试 10.1 目的 10.1.1 岩土体样品测试目的是通过测试样品物理性质和热物理性质参数，为地埋管地源热泵工程设计、浅层地热能资源计算与评价提供基础数据。10.1.2 水质样品测试目的是通过水质指标的分析，进行地下水质量评价(包括腐蚀性评价、结垢性评价等)，分析工作区地下水化学场分布规律，指导圈定地下水换热系统适用范围。10.2 样品采集与测试技术要求 10.2.1 岩土体样品采集与测试技术要求：a)在地质勘查孔中采取岩土样品，岩土样品测试内容：体积含水率、密度、孔隙度，比热容、热导率、热扩散系数等；b)岩土样品采集与分析测试要求按 GB/T 50123 的规定执行。10.2.2 水质样品采集与测试技术要求：a)水质样品应在抽水试验开始前和结束后分别采取；b)水质样品分析按地源热泵水质要求指标，可适当增加其它离子、组分，满足腐蚀评价、结垢评价以及地下水质量分级、水化学分类等要求；c)水质分析取样点要有代表性，取样点重点布置在地下水换热系统适宜性好区和中等区；当有多个含水层且无水质分析资料时应分层取样；d)水质样品采集与分析测试要求按 GB/T 14848 的规定执行。10.3 水质评价 10.3.1 地源热泵工程有关水质指标参照 DZ/T 02252009 中附录 G 执行。10.3.2 对进入水源热泵机组的水质做出评价，包括腐蚀评价和结垢评价，具体方法及要求应符合 GB/T 11615 的规定。10.3.3 对抽水和回灌到原含水层中的水质可参照 GB/T 14848 进行分析、评价。11 动态监测 11.1 目的 动态监测的目的是通过观测地下水水位、水温以及地温的变化规律及发展趋势，为浅层地热能评价和地源热泵工程的环境影响分析提供数据。11.2 通用要求 11.2.1 地下水监测点密度应与区域水文地质复杂程度、地下水开采程度等相适应。11.2.2 地温监测工作应布置在新施工的勘查孔中。11.2.3 地下水位的测试设备，一般采用电测水位仪。当观测孔为自流井且压力水头很高时，可安装压力表；当压力水头不高时，可用接长井管的方法观测承压水位。11.3 动态监测技术要求 11.3.1 地下水位的监测频率为每 5 日监测一次，日期宜为每月的 1 日、6 日、11 日、16 日、21 日、26 日。地下水温的监测频率为每 10 日监测一次，日期宜为每月的 6 日、16 日、26 日。11.3.2 地下水位统测每年 2 次，丰水期和枯水期各 1 次。11.3.3 地温的监测频率为每 10 日监测一次，日期宜为每月的 6 日、16 日、26 日。11.3.4 监测孔测温点垂向间距宜为 10 m，埋入式温度传感器监测孔数量不少于总地质勘查孔数量的1/5。11.3.5 地下水位和地温监测时间不应少于 1 个水文年。11.3.6 设置的地下水和地温监测点均应测量坐标、地面标高及固定点标高，具体测量方法及要求应符合 DZ/T 0153 的规定。12 区域浅层地热能适宜性分区 12.1 目的 浅层地热能适宜性分区的目的是评价区域浅层地热能开发利用适宜程度，为区域浅层地热能合理开发利用规划提供依据。12.2 通用要求 12.2.1 区域浅层地热能适宜性分区主要采用层次分析法和指标法来进行。区域浅层地热能分区的各项参数及数据完整时，应采用层次分析法来进行适宜性分区；否则采用指标法。12.2.2 对于地埋管换热系统，浅层地热能适宜性分区主要考虑岩土体特性、地下水的分布和渗流情况、岩土体导热性能等因素，应分为适宜性好、适宜性中等和适宜性差区。12.2.3 在重要水源地保护区、地面沉降严重区、生态保护红线及其它特殊保护区均不进行地埋管换热系统适宜性分区。12.2.4 对于地下水换热系统，浅层地热能适宜性分区主要考虑含水层岩性、分布、埋深、富水性、渗透性、地下水位动态变化、水源地保护、地质灾害等因素，应分为适宜性好、适宜性中等和不适宜区。12.3 层次分析法 采用层次分析法进行适宜性评价时，根据鲁西北、鲁中南以及鲁东地区选择相应指标进行评价，具体指标选取应符合附录C的规定。12.4 指标法 采用指标法进行适宜性评价时，具体指标选取应符合附录D的规定。12.5 区域浅层地热能开发利用适宜性区划 遵循地下水和地埋管换热系统适宜性优先原则，采用不同形式的热泵系统适宜性两两对比，综合适宜性取两者中适宜较好者，具体见表3。表3 浅层地热能适宜性区划表 地下水换热系统 地埋管换热系统 适宜性好区 适宜性中等区 适宜性差区 适宜性好区 适宜性好区 适宜性好区 适宜性中等区 适宜性中等区 适宜性好区 适宜性中等区 适宜性中等区 不适宜区 适宜性中等区 适宜性中等区 适宜性差区 适宜性好区 适宜性好区 适宜性好区 适宜性中等区 13 区域浅层地热能资源评价 13.1 目的 区域浅层地热能资源评价的目的是通过对浅层地热能资源量及潜力的评价，为浅层地热能开发利用提供依据和数据支撑。13.2 主要内容 区域浅层地热能资源评价主要内容应包括浅层地热容量和浅层地热换热功率的计算，进行开发利用（供热/制冷）潜力评价；进行浅层地热能开发利用评价。13.3 通用要求 13.3.1 计算面积应结合当地的土地利用规划确定，并扣除不宜建设热泵工程的面积。13.3.2 计算深度应为 120 m 和 200 m。13.3.3 浅层地热能换热功率应在两种换热系统适宜好区与适宜中等区中计算，适宜性差和不适宜区不计算。13.3.4 地埋管换热系统换热功率，应根据可开发利用浅层地热能面积中的布孔数量，依据单孔换热功率计算区域浅层地热能换热功率；计算过程可采取实际工程的平均吸热量或排热量进行校正。13.3.5 地下水换热系统换热功率，应采用抽水和回灌试验取得的水量和合理井距，确定满足技术、经济和环境约束的区域地下水循环利用量，计算区域换热功率；计算过程可采取实际工程的平均吸热量或排热量进行校正。13.3.6 根据区域浅层地热能换热功率以及当地单位面积平均冷（热）负荷，计算制冷和供暖面积。13.4 浅层地热容量计算 采用体积法计算浅层地热容量，应计算包气带和饱水带中的单位温差储藏的热量，然后合并计算评价范围内地质体的储热性能。计算方法及参数选择见B.2。13.5 浅层地热换热功率计算 区域浅层地热换热功率计算包括地埋管换热系统和地下水换热系统换热功率计算，计算方法及参数选择见B.3、B.4以及附录E。13.6 供暖（制冷）潜力评价 收集建设和节能部门冷热负荷指标资料，考虑各地区公用建筑和民用建筑负荷比例，老建筑和节能建筑指标各按50%计算；确定夏季制冷负荷和冬季供暖负荷，计算每平方千米可供暖或制冷的面积，评价供暖（制冷）潜力。13.7 浅层地热能开发利用评价 13.7.1 开发利用现状评价 浅层地热能开发利用现状评价应参照以下要求执行：a)通过对区域内浅层地热能开发利用工程的调查，分析浅层地热能开发利用的特点，统计浅层地热能开发利用现状，指出开发利用存在的问题；b)选取区域内典型工程，根据长期动态监测数据，按采暖期、制冷期和恢复期等不同时段进行热均衡计算。计算方法见 B.5。13.7.2 开发利用规划建议 针对不同调查评价区，进行开发利用区划，提出不同的开发利用方式，估算开发利用规模，提出合理的开发利用建议。13.7.3 经济、环境及社会效益评价 根据资源量计算和评价结果对区域浅层地热能经济、环境、社会效益进行评价，具体估算表见附录F。14 成果编制 根据区域浅层地热能勘查和调查评价数据和成果，应编制区域浅层地热能调查评价成果报告、附图及附表。报告编写提纲及附图附表要求应符合附录G和附录H的规定。A A 附 录 A（规范性）设计书编写提纲及附图要求 A.1 设计书编写提纲 第一章 前言 第二章 以往地质工作程度 第三章 工作区背景条件 第一节 地质条件 第二节 水文地质条件 第三节 地热地质条件 第四节 工程地质条件 第五节 环境地质条件 第四章 工作部署 第一节 部署原则 第二节 总体工作部署 第三节 工作计划与进度安排 第五章 工作方法及技术要求 第一节 工作技术标准 第二节 技术路线与工作方法 第三节 工作内容与技术要求 第四节 综合研究 第六章 实物工作量 第七章 预期成果 第八章 组织机构与人员安排 第九章 设备使用与购置计划 第十章 经费预算 第十一章 质量保障与安全措施 第十二章 浅层地热能绿色勘查 A.2 设计书附图 A.2.1 区域浅层地热能研究程度图。A.2.2 区域地质背景条件图。A.2.3 区域浅层地热能调查评价工程部署图。B B 附 录 B（资料性）计算方法 B.1 岩土热响应试验参数计算及选择 根据线热源理论，流入与流出地埋管的水温平均值的计算式（B.1）为：024ln4TRHQratHQTbheatheatf.(B.1)式中：Tf 埋管内流体平均温度(取入口与出口的平均值)，；Qheat加热功率，W；土壤的平均热导率，W/(m)；a 热扩散率，m2/s；t 测试时间，s；r 钻孔半径，m；欧拉常数，取0.577 2；Rb 钻孔热阻，m/W；T0 岩土远处未受扰动的温度，；H 钻孔深度，m。上式可写为线性形式，即：mtkTfln.(B.2)HQkheat4.(B.3)024ln41TRraHQmbheat.(B.4)ac/.(B.5)绘制Tf随lnt的变化曲线，求取其斜率，可以计算得到土壤的平均热导率。再根据土壤的体积比热容c，计算得到热扩散率a。再根据Tf随lnt的变化曲线的截距，可计算出单位深度钻孔总热阻Rb。B.2 浅层地热能热容量计算及参数选择 B.2.1 在包气带中，浅层地热能热容量按下式计算：AWSRQQQQ.(B.6)11MdCQSSS.(B.7)1MdCQWWW.(B.8)1MdCQAAA.(B.9)式中：QR 浅层地热能热容量，kJ/；QS 岩土体中的热容量，kJ/；QW 岩土体所含水中的热容量，kJ/；QA 岩土体中所含空气中的热容量，kJ/；S岩土体密度，kg/m3；CS 岩土体骨架的比热容，kJ/kg；岩土体的孔隙率（或裂隙率），%；M 计算面积，m2；d1 包气带厚度，m；W水密度，kg/m3；CW 水比热容，kJ/kg；岩土体的含水量；A空气密度，kg/m3；CA 空气比热容，kJ/kg。B.2.2 在饱水带中，浅层地热能热容量按下式计算：WSRQQQ.(B.10)式中：QR浅层地热能热容量，kJ/；QS岩土体骨架的热容量，kJ/；QW岩土体所含水中的热容量，kJ/。QW的计算公式如下：2MdCQWWW.(B.11)式中：d2潜水面至计算下限的岩土体厚度，m。B.3 U形地埋管换热功率计算及参数选择 B.3.1 在层状均匀的土壤或岩石中，稳定传热条件下U形地埋管的单孔换热功率按下式计算：34323212141ln1ln1ln12rrrrrrttLD.(B.12)式中：D 单孔换热功率，W；1地埋管材料的热导率，W/m，PE管为0.42 W/m；2换热孔中回填料的热导率，W/m（换热孔中回填料采用中粗石英砂，热导率利用经验参 数确定：饱水带2.5 W/m，包气带0.586 W/m，取厚度加权平均值）；3换热孔周围岩土体的平均热导率，W/m（采用不同岩土实验室测试数据，采用厚度加权 平均法计算）；L 地埋管换热器长度，m（计算深度除去表层易受大气影响3 m的深度，表层影响深度一般取值 3 m）；r1 地埋管束的等效半径，m，单U管为管内径的 倍，双U管为管内径的2倍；r2 地埋管束的等效外径，m，等效半径r1加管材壁厚；r3 换热孔平均半径，m；r4 换热温度影响半径，m，可通过岩土热响应试验时观测孔求取或根据数值模拟软件计算求得（有监测数据的，采用影响半径数据。没有实际监测数据的，换热温度影响半径采用2.5 m）；t1 地埋管内流体的平均温度，（夏季及冬季换热器进出口温度以及平均温度按各地工程开 发利用实际进行设定）；t4 温度影响半径之外岩土体的温度，（依据垂向测温数据，按地温梯度计算计算深度内的 平均地温）。B.3.2 在层状均匀的土壤或岩石中，当at/rb25且为排热时，非稳定传热条件下U形地埋管的单孔换热功率可按下式计算：RTTDgf 101245772.04lnLRLratRsb.(B.13)式中：Tf 地埋管进、出口温度平均值，；Tg 岩土体远边界温度，；rb 钻孔半径，m；s周围岩土体的热导率，W/m；L1 钻孔深度，m；t 时间，h；a 土壤的热扩散率，m2/h；R0 为单位深度钻孔总热阻,(m)/W。图B.1 地埋管热功率计算示意图 B.3.3 根据U形地埋管换热器传热系数ks，计算单孔换热功率。41ttLkDs.(B.14)式中：ks地埋管换热器传热系数，W/m，即单位长度换热器、单位温差换热功率。B.3.4 根据U形地埋管单孔换热功率，计算评价区换热功率。310nDQh.(B.15)式中：Qh 换热功率，kW；D 单孔换热功率，W；n 计算面积内换热孔数。1MMn.(B.16)式中：n 计算面积内换热孔数；M 计算面积，m2；M单个换热孔所占面积，m2；1 地埋管的土地利用率（依据各地市土地利用总体规划中用地布局，计算单元格内所占比例，计算出规划用地系数（）。折减系数（）采用0.30.4（建筑密集区取小值），地埋 管的土地利用率1=（规划用地系数折减系数）。B.4 地下水换热功率计算 适用于取得地下水循环利用量后，计算换热功率，公式如下：nQQhq.(B.17)式中：Qq 为评价区地下水换热功率，kW；Qh 为单井换热功率，kW；n 计算面积内可钻孔数量；土地利用率（土地利用系数），为规划用地系数与折减系数之积，即=。折减系数（）采用0.8。51016.1wwwhCTqQ.(B.18)式中：Qh 单井换热功率，kW；qw 地下水循环利用量，m3/d；T地下水利用温差，。一般冬季5 8，夏季7 13。B.5 热均衡分析 在一个时段中的热均衡可以用下式表示：QQQoutin.(B.19)式中：Qin 热补给量，kJ；Qout热排泄量，kJ；Q热储存量的变化量，kJ。C C 附 录 C（规范性）山东省不同区域浅层地热能适宜性分区要素 鲁西北地区(竖直)地埋管换热系统适宜性分区主要因素见表C.1。表C.1(竖直)地埋管换热系统适宜性分区主要因素表（鲁西北地区）评价目标 属性指标 分区因素 地埋管换热系统适宜性分区 地质、水文地质条件 松散层厚度或单一岩体厚度 地下水位埋深 渗透系数 含水层总厚度 咸淡水界面埋深 地层属性 地层岩性 卵砾石层厚度 地质环境问题 采空塌陷 地面沉降程度 热物性 热传导系数 比热容（厚度加权）地温（100 m）施工条件 钻进条件（岩石分级）埋管深度 注：在重要水源地保护区、地面沉降严重区、生态保护红线及其它特殊保护区均不进行地埋管换热系统适宜性分区。鲁中南地区、鲁东地区(竖直)地埋管换热系统适宜性分区主要因素见表C.2。表C.2(竖直)地埋管换热系统适宜性分区主要因素表（鲁中南地区、鲁东地区）评价目标 属性指标 分区因素 地埋管换热系统适宜性分区 地质、水文地质条件 松散层厚度或单一岩体厚度 地下水位埋深 渗透系数 含水层总厚度 地层属性 地层岩性 卵砾石层厚度 岩溶发育程度 地质环境问题 采空塌陷 岩溶塌陷 热物性 热传导系数 比热容（厚度加权）地温（100 m）施工条件 钻进条件（岩石分级）埋管深度 注：在重要水源地保护区、地面沉降严重区、生态保护红线及其它特殊保护区均不进行地埋管换热系统适宜性分区。鲁西北地区地下水换热系统适宜性分区主要因素见表C.3。表C.3 地下水换热系统适宜性分区主要因素表（鲁西北地区）评价目标 属性指标 分区因素 地下水换热系统适宜性分区 地质、水文地质条件 有效含水层厚度 含水层结构 含水层出水能力（单位涌水量）含水层回灌能力 水动力场 地下水位埋深 渗透系数 地下水位下降速率 水化学场 地下水水质 温度场 地下水温度 水热影响范围 地质环境问题 地面沉降程度 地下水降落漏斗 其它 饮用地下水水源地保护区 泉水保护区 鲁中南地区、鲁东地区地下水换热系统适宜性分区主要因素见表C.4。表4 地下水换热系统适宜性分区主要因素表（鲁中南地区、鲁东地区）评价目标 属性指标 分区因素 地下水换热系统适宜性分区 地质、水文地质条件 有效含水层厚度 含水层结构 含水层出水能力（单位涌水量）含水层回灌能力 水动力场 地下水位埋深 渗透系数 地下水位下降速率 水化学场 地下水水质 温度场 地下水温度 水热影响范围 地质环境问题 地面沉降程度 岩溶塌陷发育程度 地下水降落漏斗 其它 饮用地下水水源地保护区 泉水保护区 D D 附 录 D（规范性）区域浅层地热能适宜性分区（指标法）分区指标（竖直）地埋管换热系统适宜性分区指标如表D.1所示。表D.1（竖直）地埋管换热系统适宜性分区表 分区 分区指标 综合评判标准 松散岩土体（或单一岩层）厚度（m）含水层总厚度（m）热导率（w/mk）适宜性好区 120 30 1.5 三项指标均应满足 适宜性中等区 60120 1030 0.91.5 不符合适宜性好区和适宜性差区的分区条件 适宜性差区 60 10 0.9 至少二项指标应符合 地下水换热系统适宜性分区指标如表D.1所示。表D.2 地下水换热系统适宜性分区表 分区 单项指标 综合评判标准 单位涌水量m3/（dm）回灌率 地下水位年下降量 m 特殊地区 适宜性好区 500 80%0.5 三项指标均符合 适宜性中等区 120500 50%80%0.51.5 除适宜性好区和不适宜区以外的其它地区 不适宜区 120 50%1.5 重要水源地保护区、地面沉降严重区、生态保护红线及其它特殊保护区 任一项指标符合 E E 附 录 E（资料性）岩土热物性参数 表E.1 岩土热物性参数表 岩石名称 比热 kJ/kg 密度 kg/m3 热导率 w/m 热扩散率 m2/d 花岗岩 0.691 2660 3.360 0.899 石灰岩 0.605 2550 3.600 1.303 砂岩 0.689 2380 2.517 1.142 干页岩a 0.640.86 0.0550.074 钙质砂(含水率 43%)a 2.215 1670 0.712 0.017 干石英砂(中-细粒)a 0.794 1650 0.264 0.017 石英砂(含水率 8.3%)a 1.003 1750 0.586 0.029 砂质粘土(含水率 15%)a 1.379 1780 0.921 0.032 砂（砂砾石）a 0.77 0.039 粉砂a 1.67 0.050 亚粘土a 0.91 0.042 粘土 1.274 2080 1.555 0.318 粉质粘土 1.224 1990 1.584 0.274 粉土 1.182 1970 1.686 0.306 砂（饱水）a 2.50 0.079 闪长岩 0.608 2690 2.483 0.486 变粒岩 0.759 2760 3.054 1.470 安山岩 0.896 2500 1.732