兰州市应用中深层地源热泵系统供暖的技术可行性.pdf

第9期甘肃科技Vol.39No.9

第39卷

2023年9月GansuScienceandTechnologySep.2023

兰州市应用中深层地源热泵系统供暖的技术可行性*

郭刚1，间飞1,陈秀清24

（1.甘肃智广地质工程勘察设计有限公司，甘肃

摘要：文章以兰州市七里河区石佛沟地热普查数据为基础，对该区域利用地源热泵开采中深层地热资源进行了

可行性分析，研究表明兰州地区中深层地热资源良好，具备长期开采的条件。通过仿真实验，分别在1个供暖周期和

连续运行50年2个时间尺度上，估计了U形钻孔的取热能力、循环水温、地源热泵系统的热力学完善度、钻孔周围岩

土温度等性能参数。据此分析了兰州市采用中深层地源热泵系统供暖的技术特点和可持续性，且与浅层地源热泵

系统相比，中深层地源热泵系统对年冷热负荷不平衡的适应性更强，更适合在严寒、寒冷地区使用，从而为兰州市

清洁供暖以及地热资源开发提供了有益参考。

关键词：地源热泵；U形钻孔；地热资源开发；系统供暖

中图分类号：P319.56

1引言目前，开采中深层地热能的技术/设备形式主要

有2种，即同轴套管式换热器和U形钻孔换热器（图1）。

近20年来，中深层（1500~3000m）地热能作为其中U形钻孔换热器是近些年发展迅速的新技术，

一种清洁、可持续的中低品位热能，受到了持续且其标称取热量通常在1000kW以上，约为相同开采

广泛的关注。特别在清洁供暖领域，国家在战略和条件下同轴套管式换热器取热量的2倍。同时，尽管

政策层面均给予了大力支持。与浅层地热能相比，U形钻孔的施工成本较高，其单位长度的循环流体压

中深层地热资源具有地温稳定、开采利用占地面积降却比同轴套管式换热器低得多。随着钻孔技术的

小、对地质条件要求较少、不污染地下水、生态影响进步，U形钻孔的施工成本将被控制在合理范围内，

小等诸多优点，尤其适用于年冷热负荷严重失衡的而其出色的取热能力和流动特性注定其成为中深

严寒、寒冷地区[2。层钻孔换热技术的主流3。

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1一热水出水管；2一回水管；3一地面；1-回水管；2-回填材料；3-下降钻孔；4-水平管；5-水

4一岩土;5一钻孔；6一回填材料平钻孔；6-上升钻孔；7-岩土；8-热水出水管；9-地面

（a）同轴套管式换热器(b）U形钻孔换热器

图12种开采中深层地热能的技术/设备形式

*基金项目：2021年甘肃省高等学校产业支撑计划项目“兰州市石佛沟景区建设地热资源开发利用潜力研究"（2021CYZC-01)。

△通信作者：陈秀清（1969-），女，正高级工程师，研究方向：环境地质、水文地质、工程地质教学与科研工作。E-mail：

494425273@。

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