Earth Science Frontiers ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (6): 158-172.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.7.16
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WANG Wanli1,2(), DUAN Yajuan1, ZHANG Wei1,2, ZHU Xi1,2, MA Feng1,2, WANG Guiling1,2,*(
)
Received:
2024-01-05
Revised:
2024-04-25
Online:
2024-11-25
Published:
2024-11-25
CLC Number:
WANG Wanli, DUAN Yajuan, ZHANG Wei, ZHU Xi, MA Feng, WANG Guiling. Control factors and guidelines for urban-scale shallow geothermal energy development based on control units: An example from Xiong’an[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(6): 158-172.
钻孔编号 | 位置 | 孔深/m | 取样测试/件 | 热响应试验周期/h | 温度监测 |
---|---|---|---|---|---|
GQC01 | 容城县大河镇大河村 | 100 | 23 | 187 | √ |
GQC02 | 安新县大王镇尹庄村 | 120 | 18 | 190 | √ |
GQC03 | 安新县大王镇小王村 | 150 | 25 | 187 | √ |
GQC04 | 安新县大王镇南六村 | 100 | 20 | 213 | √ |
GQC05 | 容城县南张镇西牛村 | 120 | 23 | 170 | |
GQC06 | 容城县小里镇新庄窠村 | 120 | 27 | 138 |
Table 1 Basic information on the field experiment
钻孔编号 | 位置 | 孔深/m | 取样测试/件 | 热响应试验周期/h | 温度监测 |
---|---|---|---|---|---|
GQC01 | 容城县大河镇大河村 | 100 | 23 | 187 | √ |
GQC02 | 安新县大王镇尹庄村 | 120 | 18 | 190 | √ |
GQC03 | 安新县大王镇小王村 | 150 | 25 | 187 | √ |
GQC04 | 安新县大王镇南六村 | 100 | 20 | 213 | √ |
GQC05 | 容城县南张镇西牛村 | 120 | 23 | 170 | |
GQC06 | 容城县小里镇新庄窠村 | 120 | 27 | 138 |
钻孔编号 | 初始地温工况 | 取热工况 | 排热工况1 | 排热工况2 | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
试验时长/h | 试验时长/h | 温度/℃ | 试验时长/h | 温度/℃ | 试验时长/h | 温度/℃ | |
GQC01 | 21 | 45 | 8.3 | 45 | 25.4 | 45 | 29.9 |
GQC02 | 21 | 45 | 8.7 | 45 | 28.5 | 45 | 31.3 |
GQC03 | 21 | 45 | 9.3 | 45 | 28.7 | 45 | 31.1 |
GQC04 | 21 | 45 | 8.9 | 45 | 28.2 | 45 | 31.1 |
GQC05 | 21 | 45 | 8.7 | 45 | 19.0 | 45 | 28.2 |
GQC06 | 21 | 45 | 7.3 | 24 | 23.5 | 19 | 28.7 |
Table 2 Measurement data from thermal response tests (TRT)
钻孔编号 | 初始地温工况 | 取热工况 | 排热工况1 | 排热工况2 | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
试验时长/h | 试验时长/h | 温度/℃ | 试验时长/h | 温度/℃ | 试验时长/h | 温度/℃ | |
GQC01 | 21 | 45 | 8.3 | 45 | 25.4 | 45 | 29.9 |
GQC02 | 21 | 45 | 8.7 | 45 | 28.5 | 45 | 31.3 |
GQC03 | 21 | 45 | 9.3 | 45 | 28.7 | 45 | 31.1 |
GQC04 | 21 | 45 | 8.9 | 45 | 28.2 | 45 | 31.1 |
GQC05 | 21 | 45 | 8.7 | 45 | 19.0 | 45 | 28.2 |
GQC06 | 21 | 45 | 7.3 | 24 | 23.5 | 19 | 28.7 |
负荷类别 | 建筑物负荷/(W·m-2) |
---|---|
冷负荷 | 131.0 |
热负荷 | 78.5 |
Table 3 Cooling and heating loads for buildings
负荷类别 | 建筑物负荷/(W·m-2) |
---|---|
冷负荷 | 131.0 |
热负荷 | 78.5 |
因素 | 指标 | 重要性 | 数据来源 |
---|---|---|---|
地质因素 | 地温场条件 | 决定了浅层地热可交换的基础温度 | 通过地温监测数据获取,表层地温受气温影响,本次实测 |
水文地质条件 | 影响浅层地热能赋存的条件,包括地层、岩性、地下水的径流等 | 通过进行水文地质调查,对岩土体进行钻探取样,数据来源于实测及文献和资料的收集 | |
综合导热能力 | 反映岩土体与地埋管的热交换能力 | 通过开展热响应试验获取,本次实测 | |
资源因素 | 热容量 | 反映了浅层地热能的开发利用潜力 | 通过室内测试获得相关参数数据,采用体积法进行评价,本次实测 |
供暖制冷面积 | 反映了浅层地热能的实际可利用能力 | 利用热响应试验数据获取基本参数,结合建筑物冷热负荷计算,本次实测计算 | |
社会生态 因素 | 规划分区 | 决定浅层地热能的可利用区域 | 结合生态空间、城镇空间和地下空间的规划用途方面的要素 |
地面沉降率 | 影响地埋管的长期使用 | 通过InSAR技术获取地面变形速率,数据来源于文献和资料收集 |
Table 4 Controlling factors used in the current study
因素 | 指标 | 重要性 | 数据来源 |
---|---|---|---|
地质因素 | 地温场条件 | 决定了浅层地热可交换的基础温度 | 通过地温监测数据获取,表层地温受气温影响,本次实测 |
水文地质条件 | 影响浅层地热能赋存的条件,包括地层、岩性、地下水的径流等 | 通过进行水文地质调查,对岩土体进行钻探取样,数据来源于实测及文献和资料的收集 | |
综合导热能力 | 反映岩土体与地埋管的热交换能力 | 通过开展热响应试验获取,本次实测 | |
资源因素 | 热容量 | 反映了浅层地热能的开发利用潜力 | 通过室内测试获得相关参数数据,采用体积法进行评价,本次实测 |
供暖制冷面积 | 反映了浅层地热能的实际可利用能力 | 利用热响应试验数据获取基本参数,结合建筑物冷热负荷计算,本次实测计算 | |
社会生态 因素 | 规划分区 | 决定浅层地热能的可利用区域 | 结合生态空间、城镇空间和地下空间的规划用途方面的要素 |
地面沉降率 | 影响地埋管的长期使用 | 通过InSAR技术获取地面变形速率,数据来源于文献和资料收集 |
钻孔编号 | 初始地温/℃ | 换热量(Q)与流体进出口平均温度(Tf)关系式 | 综合热导率/(W·m-1·K-1) |
---|---|---|---|
GQC01 | 16.90 | Q=4.200 9Tf-71.478 (R2=0.999 1) | 1.72 |
GQC02 | 16.78 | Q=3.463Tf-57.531 (R2=0.998 2) | 1.55 |
GQC03 | 17.72 | Q=3.922Tf-65.493 (R2=0.995 3) | 1.65 |
GQC04 | 15.66 | Q=3.993Tf-62.942 (R2=0.999 9) | 1.65 |
GQC05 | 16.11 | Q=5.069Tf-78.665 (R2=0.996 6) | 1.80 |
GQC06 | 14.93 | Q=4.167Tf-60.189 (R2=0.997 3) | 1.62 |
Table 5 TRT Results
钻孔编号 | 初始地温/℃ | 换热量(Q)与流体进出口平均温度(Tf)关系式 | 综合热导率/(W·m-1·K-1) |
---|---|---|---|
GQC01 | 16.90 | Q=4.200 9Tf-71.478 (R2=0.999 1) | 1.72 |
GQC02 | 16.78 | Q=3.463Tf-57.531 (R2=0.998 2) | 1.55 |
GQC03 | 17.72 | Q=3.922Tf-65.493 (R2=0.995 3) | 1.65 |
GQC04 | 15.66 | Q=3.993Tf-62.942 (R2=0.999 9) | 1.65 |
GQC05 | 16.11 | Q=5.069Tf-78.665 (R2=0.996 6) | 1.80 |
GQC06 | 14.93 | Q=4.167Tf-60.189 (R2=0.997 3) | 1.62 |
Fig.7 Physical and thermophysical parameters for different sediment types. (a) Natural density. (b) Porosity. (c) Moisture content. (d) Specific heat capacity.
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