供暖系統模擬裝置實驗

⑴ 供暖帶熱試運作是什麼意思

供暖帶熱試運是供暖系統經過冷循環試運行，確認運行正常後，逐步給系統加溫進行熱試運，檢驗系統在熱狀態下的運行工況同時調整系統的熱平衡。

帶溫試運行是為了保證華電區域用戶按時達標供熱的重要手段，帶熱試運行是由熱電廠循環水泵啟動開始，包括管網升壓、熱網加熱器蒸汽沖洗、系統逐步升溫、管網全面檢查、水力平衡調整等工作。

注意事項

1、提前繳納取暖費，按時辦理停供、恢復業務。

為避免繳費高峰期用戶繳費擁擠、排長隊、等待時間過長等現象，用戶應留意繳費通知，提前繳納供暖費，辦理停供、恢復業務，以免給您帶來不便。

2、供熱試水、打壓期間，請您家裡務必留人。

供熱公司在供暖前，都會提前對管網進行試水、打壓，並在此之前，會向用戶發布相關通知，提前通知住戶注水試壓的時間及各供熱小區的維修服務電話。在注水期間家裡務必留人觀察供暖設施運行情況，以免造成跑水漏水事件的發生。

⑵ 機械循環熱水採暖系統的工作原理

工作原理：
機械循環熱水供暖系統是在系統中設置了循環水泵，靠水泵的機械能，使水在系統中強制循環。在機械循環系坑中，設置了循環水泵，增加了系統的經常運行電費和維修工作量；但由於水泵所產生的作用壓力很大，因而供暖范圍可以擴大，機械循環熱水供暖系統不僅可用於單幢建築物中，也可用於多幢建築物，甚至發展為區域熱水供暖系統。機械循環熱水供暖系統成為應用最廣泛的一種供暖系統。
(1)循環動力不同。機械循環以水泵為循環動力，水在水泵的作用下強制流動。循環水泵一般設在鍋爐進口前的回水總管上。這樣，可使水泵處於系統水溫較低的回水條件下可靠的工作。
(2)膨脹水箱連接點不同。機械循環膨脹水箱不是連接在供水總立管上，而是連接在回水干管水泵吸水口一側。由於膨脹水箱及膨脹管中的水不參與循環，因此膨脹管與回水管連接處的水壓保持恆定，與水泵是否運轉無關。該連接點也稱定壓點。由於膨脹水箱的安裝高度高於系統任意一點，這種連接就可以保證系統無論在運行或停止時，系統內任意一點的壓力都超過大氣壓，從而保證系統內不會出現負壓，避免熱水汽化或吸入空氣等現象的出現。由此可見，膨脹水箱在機械循環熱水供暖系統中不僅承擔容納水受熱膨脹多餘的容積，而且還起到定壓，保證系統內任意一點不出現負壓的作用。
(3)排氣方法和排氣裝置不同。自然循環一般可通過膨脹水箱排除空氣，但機械循環由於膨脹水箱的連接點處於回水干管上，一般不易利用膨脹水箱排氣，而需要通過專用的排氣裝置（如集氣罐）排氣。排氣裝置一般設在系統最高點。為利於排氣，供水水平干管一般沿流水方向有上升的坡度（抬頭走），坡度值為0.003。

⑶ 供暖系統常見問題

1、熱水鍋爐增設進出口連通管的作用及注意事項：

（1）減小熱源阻力，降低壓降。

（2）當鍋爐偶發故障時可及時檢修，不影響外網供水。

（3）改變運行方式便於調節。

（4）供暖初期冷運行時可減少運行費用。

2、旁通管選擇注意事項：

（1）管徑一般比主管徑小一號到二號，但不得小於鍋爐入口管徑。

（2）旁通管上要裝閥門，閥門要選用可調節流量特性好閥門。

（3）旁通管不要直接接到分水器上。

3、補水泵與循環泵的功能：

補水泵的作用是向系統充滿水，並保證系統總是充滿水；它的揚程主要取決於最高建築物的高度且高於建築物，流量取決與補水量。

循環泵的作用是使系統中的水以一定的流量轉起來；他的流量取決於供暖面積，揚程取決於系統阻力。

4、有些循環水泵的出口閥門不能全部打開，否則會燒壞電機，怎樣解決？

循環水泵的出口閥門不能全開，主要是系統阻力小，網路特性曲線右移，由於流量增加造成軸功率急劇上升，因電流過高而燒壞電機，如能在系統中安裝自力式流量控制閥，限制流量，增加系統阻力，出口閥即可全部打開。

5、泵在什麼情況下效率最高？

當泵的流量為額定流量時泵的效率最高。

6、在原有的供暖系統中增加新用戶或擴充容量時要考慮的因素：

（1）要使整個供暖系統的全部設備容量相互匹配；

（2）注意供暖設備的極限工作能力，例如：循環泵的揚程、流量和功率；

（3）注意供暖管網的極限輸送能力；

（4）注意熱網的水力工況變化和新老熱用戶的兼容；

7、供暖系統中有哪些地方須安裝壓力表和溫度計？

泵、除污器的出入口安裝壓力表；

供暖設備（鍋爐、換熱器）的出入口安裝壓力表和溫度計；

集水器和分水器上安裝壓力表和溫度計；

8、如何從各部位壓力表、溫度計值，確定系統運行工況的優劣？

從分水器與集水器上的壓力值來判斷熱網資用壓頭的大小，從循環水泵出口壓力值與供熱設備出口壓力值檢查熱源內阻大小；

從集水器與分水器的溫度值差看熱網的運行效果；

從熱源設備出入口的溫度值查看熱源設備的出力；

從換熱器一、二次系統出入口溫差查一次網水平失調。

9、什麼是同程式系統？什麼是異程式系統？各有什麼特點？

同程式系統：通過每一環的水流經的路程相同的系統；

異程系統：通過每一環路的水流經的路程不同的系統；

同程式各環路之間的阻力容易達到平衡；但消耗材料較多；

異程式環路之間的阻力很難達到平衡，但消耗材料較少，安裝自力式流量控制閥效果顯著。

10、什麼是用戶系統的穩定性？

在熱水網路中，某一用戶在其它用戶流量改變時，保持本身的流量不變的一種能力。

11、如何提高網路的水力穩定性？

（1）相對的減少網路干管的壓降或相對的增大用戶系統的壓降。

（2）合理的安裝自力式流量控制閥。

很難，因為調整流量改變了系統的阻力特性系數，循環水泵的流量、揚程均發生變化，其它單體壓差也會變化，流量就跟著變化，當然調整過的單體流量也會變化，這就需要反復調整，才能使流量接近要求，即系統勉強達到平衡，而一旦有人在動閥門，整個系統的平衡又被破壞了，再次出現水力失調現象。

⑷ Qtz-Ab-Or系統的模擬實驗

Qtz-Ab-Or系統比較接近Qtz、Ab、Or標准礦物的量超過80%的大多數天然花崗岩。這里主要討論封閉系統的實驗結果，封閉系統熔化過程中得到的平衡熔體成分可以為了解酸性岩漿結晶過程提供有用信息（Johannes et al.，1996）。

1.Qtz-Ab-Or系統固相線

壓力0～20kbar、水飽和條件下Qtz-Ab-Or-H₂O系統的固相線如圖7-32所示。當壓力從1bar增加到1kbar時，水飽和的固相線溫度差不多降低250℃；當壓力進一步增加，水壓對固相線溫度的影響連續降低；在4kbar壓力以上時，固相線變得很陡。大約在17kbar壓力、620℃時交切「鈉長石=硬玉+石英」轉化線。在這個交點上，固相線的斜率由正變為負，這是因為密度大的硬玉形成所致。Tuttle and Bowen（1958）和Luth（1964）早就發現，如果存在游離水，在溫度低達630℃時，中下地殼長英質岩石的部分熔化就能形成水飽和的花崗質熔體。某些混合岩中的淺色脈體可能就是這樣的熔體。這些熔體沒有（也不可能）上升到地殼的淺處，而是在原地就結晶。圖7-32中，<4kbar壓力的固相線是長石中Ab/Or比處於或接近最低點的成分時長英質集合體發生水飽和熔融的p-t邊界，假如長石的成分不同，固相線溫度可以明顯大於圖7-32中所表達的溫度。壓力在4kbar之上時，由於出現兩種長石的低共熔，即使長石的成分變化幅度大，固相線溫度將沒有大的變化（Johannes et al.，1996）。

圖7-32 Qtz-Ab-Or-H₂O系統中H₂O飽和熔化的壓力-溫度圖解

2.水飽和Qtz-Ab-Or系統的最低點

水飽和Qtz-Ab-Or系統的最低點或低共熔點上初始熔體的成分列於表7-3中，在圖7-32的插圖中也表示出來。最低點或低共熔點上初始熔體的成分主要靠液相線實驗測定，與Qtz∶Ab∶Or比及水含量有關的初始熔體的成分沿著固相線發生變化。在1～5kbar壓力區間，熔體中Ab組分隨著水壓的增加，Qtz與Or的減少而增加，在5～20kbar壓力區間，主要隨水壓的增加，Qtz的減少而增加。熔體中水含量隨壓力增加而增加，但在低壓下比高壓下的增加更明顯。從1～2kbar，水含量從3.7%增加到5.8%；但在5～10kbar，水含量從9.9%增加到16%。壓力與水含量制約了初始熔體的Qtz∶Ab∶Or比（Johannes et al.，1996）。在以前，天然花崗岩和混合岩的Qtz∶Ab∶Or標准礦物成分比經常用來與Qtz-Ab-Or-H₂O系統中人工花崗岩最低點及低共熔點的成分相比較，以獲得有關花崗岩的成因信息。例如，如果岩石的Qtz∶Ab∶Or標准礦物成分比接近人工花崗岩最低點及低共熔點的成分比，就認為是岩漿成因的；如果與人工花崗岩最低點及低共熔點的成分有偏離，那就認為不是岩漿成因的。這種解釋不盡合理，因為岩漿花崗岩的Qtz∶Ab∶Or可以有大范圍的變化。在壓力超過20kbar時，人工花崗岩的初始熔體中標准礦物Qtz可以很低，在較大的深度上部分熔化產生的熔體不是花崗質的而是正長岩或石英正長岩成分。最低點的成分代表熔化開始、熔化程度很低時獲得的初始熔體的成分。如果部分熔化的程度增加，形成的熔體成分就會偏離最低點的成分，不等於這些熔體就不是岩漿成因的（Johannes et al.，1996）。

表7-3 Qtz-Ab-Or-H₂O系統中最低點、低共熔點溫度和成分

3.Qtz-Ab-Or系統中乾的熔化

研究表明，在中、下地殼，在岩漿岩形成和演化過程中水不飽和的狀況是普遍存在的，在花崗岩形成中，水飽和則是比較例外的。因而人工花崗岩Qtz-Ab-Or系統在水不飽和條件下的相關系必須確定。水不飽和熔化的極限是水飽和固相線及干條件下的固相線。0～40kbar壓力下水飽和及干係統中的固相線見圖7-33。花崗岩干熔化曲線的斜率（dp/dt）都是正的，溫度增加速率平均為10℃/1kbar。在25kbar以上，乾的花崗岩固相線變陡，結束於31kbar/1230℃時，在這里它與鹼性長石的穩定線（Akfs=Jd+Kfs+Qtz）交切。

圖7-33 Qtz-Ab-Or系統中0～40kbar壓力下水飽和及干條件下固相線的溫度-壓力圖解

從圖7-33看出，隨著壓力加大，兩種固相線的溫度差加大。在6kbar壓力以上，溫差為400℃，隨壓力加大則進一步增加。只要存在少量的游離水，就能使H₂O飽和固相線上的熔化開始，但在貧H₂O系統中，如溫度在H₂O飽和固相線上或在固相線上幾度，熔化形成的熔體的量是很少的。當接近乾的固相線時，要達到完全熔化需要很高的溫度。利用各種水含量的液相線p-t曲線可以精確估計部分熔化過程中水含量與溫度的關系，以及在給定條件下形成的熔體的比例（Johannes et al.，1996）。

4.Qtz-Ab與Qtz-Or亞系統

了解與Qtz-Ab-Or系統有關的二元系的實驗結果，有利於了解多組分的花崗岩復雜系統，並能對人工花崗岩系統的液相面提供製約。在構成Qtz-Ab-Or三元系的三個二元系中，Ab-Or如第二章所述為「有限固溶體二元系」，Qtz-Ab與Qtz-Or都為二元共結系。Qtz-Ab與Qtz-Or二元系乾的及水飽和的固相線如圖7-34所示，Qtz-Ab與Qtz-Or兩條水飽和固相線的溫度差隨壓力加大而加大，在10kbar時，大於50℃。硅酸鹽系統固相線溫度的降低與硅酸鹽熔體中水的溶解量有關，例如高壓下，富Ab熔體中水的溶解度比富Or熔體大，H₂O和較小的Na⁺離子之間的親和力要大於H₂O和K⁺離子之間的親和力。Qtz-Ab與Qtz-Or系統中H₂O的溶解度的差別對Qtz-Ab-Or三元系中與有關的最低點的成分的變化起了重要制約作用。Qtz-Ab、Qtz-Or二元系中共結點的壓力-成分關系見圖7-35。在乾的條件下，隨著壓力增加，Qtz-Or系統更富Or（圖7-35中a），Qtz則減少，但在H₂O飽和條件下，在壓力大於2kbar時Qtz/Or比值實際上是不變的（圖7-35中b）。在乾的Qtz-Ab系統中，共結點熔體的Ab成分隨壓力增大有明顯增加（圖7-35中c）。在H₂O飽和的Qtz-Ab系統中，p-x斜率更陡。在高壓下，共結點熔體成分中的Ab的增加不明顯（圖7-35d）。圖7-35 表明，壓力對干條件下的共結點成分有明顯影響，在乾的Qtz-Ab系統中尤其明顯。水的加入減少了壓力對共結點成分的影響。水的這種抵消作用在Qtz-Ab系統中更明顯。Pichavant等（1992）對Qtz-Or、Qtz-Ab系統在2 kbar和5 kbar壓力、=1～0.5 條件下測定它們的共結點溫度。在這兩系統中水對共結點成分的影響是不大的，但從0.5增加到1時，液相線溫度則明顯降低。在Qtz-Or系統中降低85℃，在 Qtz-Ab 系統中降低120℃。前已述及，H₂O在Qtz-Ab系統中的溶解度大於在Qtz-Or系統中的溶解度，分別為0.5 和1 時，H₂O的溶解度的差別在Qtz-Or系統中為2.5%H₂O，在Qtz-Ab系統中為3.1%H₂O。外加1%的H₂O進熔體，其共結點溫度在Qtz-Ab系統中降低39℃，在Qtz-Or系統中降低34℃。這表明，H₂O對富Ab組分的影響比富Or組分的影響更明顯。這兩個二元系統信息的重要在於，它們的兩個共結點為Qtz-Ab-Or三元系中石英-鹼性長石的邊界曲線所連接。兩個共結點的差別使得當壓力增加時，在富Ab花崗岩系統中，石英-鹼性長石的邊界曲線將有明顯移動，而在富Or花崗岩系統中石英-鹼性長石的邊界曲線的移動不明顯，至少在地殼范圍內是這樣（圖7-32）（Johannes et al.，1996）。

圖7-34 Qtz-Ab、Qtz-Or系統乾的及水飽和的固相線

圖7-35 Qtz-Ab、Qtz-Or系統乾的及水飽和的共結點的壓力-成分圖解

5.Qtz-Ab-Or-H₂O-CO₂系統的固相線

上面已提到不同的對Qtz-Ab、Qtz-Or亞系統液相線溫度及熔體中水的溶解度的影響。地殼中完全乾的條件是很少出現的，多少都含有一定量的水，當外界有流體組分加入時，H₂O則為其他揮發分如CO₂、CH₄、N₂等所稀釋，這會使體系中降低。CO₂是重要的天然揮發分，當溫度在1000℃以下，壓力在15 kbar以下時，CO₂不溶或很少溶解在含水硅酸鹽熔體中，因為它在長英質熔體中溶解度很小。在地殼的溫度、壓力條件下，純CO₂對石英-鹼性長石集合體固相線溫度的影響是有限的，對於花崗岩的溶解和相關系沒有明顯影響，因此可以用來降低蒸汽相中H₂O的活度。當Qtz-Ab-Or-H₂O系統中有CO₂加入，Qtz-Ab-Or-H₂O-CO₂系統的固相線則為所制約（圖7-36）。從圖7-36可以看出，在體系中高時，隨著的降低，固相線溫度的增加是不明顯的；在低時，的降低導致的固相線溫度的增加則較明顯。在固定的p、t條件下，與H₂O-CO₂並存的石英-鹼性長石-熔體的最低點或共結點的成分與體系中H₂O的活度是相互制約的（表7-4）。只要所有的相（石英，鹼性長石，熔體，H₂O-CO₂流體）都存在，圖7-36中每條曲線表達的就是固定的。假如有CO₂或H₂O從外部加入，就破壞了體系的平衡，將發生反應。假如有限量的CO₂加入，熔體將部分地結晶，釋放H₂O進入流體相，直到流體與熔體中的達到平衡。假如有H₂O進入該系統，石英與鹼性長石將熔化，以消耗熔體中的H₂O（Johannes et al.，1996）。

圖7-36 在給定的下Qtz-Or-Ab-H₂O-CO₂系統中固相線（實線）及不同水含量的液相線（虛線）

表7-4 在給定的下Qtz-Or-Ab-H₂O-CO₂系統中開始熔化的溫度（℃）

6.液相線相關系

對模擬系統及天然花崗岩進行液相線相關系的研究可以對花崗岩的成因獲得有用的信息，這種液相線關系表現在不同、不同壓力的Qtz-Or-Ab的三元圖上。圖7-37、圖7-38分別是2 kbar和10 kbar壓力下H₂O飽和條件下的液相線相關系圖解，兩個等壓平衡圖（省略了5 kbar壓力的液相線相關系圖解）的等溫線表明，石英的液相面較陡，鹼性長石的液相面較平緩。通過兩個等壓平衡圖的比較可以看出，隨著壓力加大，石英的初晶區擴大，鹼性長石的初晶區縮小。等壓液相面的傾斜、最低點（共結點）成分隨壓力增減發生的變化在圖7-39中的t-x斷面上更明晰地表達出來。圖7-39 中每個壓力下的t-x斷面可以從相應壓力下水飽和的Qtz-Or-Ab相圖中得到，在Qtz-Or-Ab面上從Qtz角頂出發，經過該壓力下的最低點，延伸到鹼性長石的Ab-Or底邊，就構成了圖7-39中的t-x斷面。從圖7-39 可以看出，在H₂O飽和的花崗質岩漿中，隨著壓力的加大，最低點（＞3.5kbar是為共結點）的平衡溫度逐漸降低。Winkler（1979）根據這一點認為，H₂O飽和的花崗質岩漿如果溫度不明顯高於最低點（共結點）的溫度就不可能上升到地殼內高的層位。圖7-39表明，壓力的釋放使液相線溫度升高，直接的結果是導致互花崗岩漿的快速結晶，正如細晶岩的形成所表明的那樣。這樣H₂O飽和的花崗質岩漿就無法上升到更高的位置。另外，圖7-39也表明，三元最低點（共結點）熔體的成分含Qtz＜40%，因而從人工花崗質熔體中不可能結晶出富SiO₂的、Qtz標准礦物大於40%的花崗岩。某些花崗岩中Qtz含量高是因為含石英殘留晶，或者是因為外來組分的加入導致長英質熔體中SiO₂的溶解度高的緣故（Johannes et al.，1996）。

圖7-37 Qtz-Or-Ab-H₂O系統2kbar和為1時液相線相關系的等壓平衡圖

圖7-40 是2 kbar、為0.5 時的液相線關系圖解，與=1 的液相線關系（圖7-37、圖7-38）是明顯不同的，在這樣的系統中由於外來揮發分的加入（如 CO₂），H₂O的活度的降低，熔體中H₂O的含量減少，造成液相面溫度的上升，這種效應在接近Qtz-Ab的成分中比接近Qtz-Or的成分更明顯，這與圖7-35 所表達的是一致的。隨著的減小，在石英和長石的初晶區液相線溫度都增加，（對比圖7-37 和圖7-40）。從Qtz的含量看，減小後同結線的位置並沒有明顯的位移。尤其是，隨著的減小，2 kbar的三元液相面出現在較高的溫度上，向Qtz-Or二元系統傾斜。這就解釋了最低點（共結點）的成分移向Qtz-Or邊的原因（圖7-41）。這些資料對解釋地殼中形成的岩漿的成分、原岩部分熔化的程度及岩漿中的分離結晶過程有重要作用。Qtz-Or-Ab系統在一定壓力下的H₂O飽和與不飽和實驗的結果使我們可以了解壓力和水的活度對液相線相關系的影響。如果只有H₂O飽和條件下的資料不可能做到這一點，因為在H₂O飽和系統中壓力與熔體的水含量是同時變化的。了解了壓力、H₂O活度、最低點熔體的成分及溫度之間的關系可以建立液相線p-t邊界曲線（Johannes et al.，1996）。

圖7-38 Qtz-Or-Ab-H₂O系統10kbar和為1時液相線相關系的等壓平衡圖

圖7-39 石英和鹼性長石液相面上2、5、10kbar壓力等壓切面的溫度-成分圖解

7.H₂O不飽和的熔體的成分

因為花崗質熔體通常是H₂O不飽和的，因而有必要了解熔體的成分信息。花崗質岩漿的水活度、水含量、晶體/熔體比、總成分在上升過程中會發生變化，給定壓力、溫度、水活度條件下最低點成分的信息有助於說明上升花崗岩漿的演化。1～10kbar壓力下水飽和與不飽和初始熔體的成分資料匯集於圖7-41。除了表明了共結點、同結點的成分外該圖還表明了兩個趨勢：①隨著壓力增加，最低點熔體中鹼性長石組分增加，Qtz減少；②在壓力不變時，隨著的減小，最低點熔體中Or組分增加，Ab組分減少。第二種趨勢在高壓下尤其明顯。在這樣的實驗中，初始材料里石英的含量是不變的，只改變Or/Ab比和H₂O/CO₂比，在給定壓力、水活度和Or/Ab比時可測定固相線溫度。5 kbar時的實驗結果見圖7-42，進一步證實上述趨勢的變化。

大多數花崗質岩漿是水不飽和的，因而能上升到地殼較高的部位。在這樣的岩漿中，與石英、鹼性長石共存的熔體成分的系統變化是可以預測的。假定含有殘留石英和鹼性長石的人工花崗質岩漿形成於10 kbar、850℃，岩漿的差不多為0.3（圖7-36），在圖7-41中為10kbar壓力時的方塊（0.3）所表明，在上升過程中熔體可以冷卻和部分結晶，最終在H₂O飽和固相線上的2 kbar、680℃處固結。2 kbar時結晶的最終熔體的成分在該圖中以黑的小圓點表達。從初始成分（10 kbar時，=0.3）向最終成分（2 kbar時，=1.0）演化過程中鹼性長石將結晶。最終熔體的Ab/（Qtz+Or）比值與初始熔體的Ab/（Qtz+Or）比值幾乎相同。Qtz的標准礦物含量百分比從22 增加到35（Johannes et al.，1996）。

圖7-40 Qtz-Or-Ab-H₂O-CO₂系統在2kbar、=0.5時液相線相關系的等壓平衡圖解

圖7-41 在1，2，5，10 kbar壓力、H₂O飽和與不飽和條件下，Qtz-Or-Ab系統中共結點和最低點的成分

⑸ 地熱與淺層地熱資源及其利用

陳建平

（北京市國土資源局）

摘要：2008年北京奧運，引發了一場綠色革命，國人對改善環境保護環境的意識空前提高，並已成為一項十分重要的自覺行動。為了實現綠色奧運，北京市採取措施，大力發展清潔能源。地熱是一種良好的清潔能源，本文重點對深層地熱和淺層地熱及其利用進行積極的探討。

引言

北京市開發利用地熱資源（溫泉）歷史悠久，利用地熱進行採暖已經多年。1999年時，為了改善環境、支持申奧，大力改善能源結構，地熱等清潔能源的利用被列入了城市能源發展規劃，得到重視。在市政府地熱採暖示範工程順利進行的同時，淺層地溫的利用、研究，在北京地區取得了重大進展。低溫地熱的梯級利用技術研究項目取得的成果，進一步擴大了地熱資源利用的范圍。

深層地熱：指傳統意義上的地熱，國際規范溫度大於25℃。地熱有多種形態，其中地熱水是集「熱、礦、水」三位一體的寶貴的自然資源，是一種清潔可持續利用的能源。北京工業大學、郭庄北里、北京地質勘察技術院等地熱採暖示範工程的試驗成功，對改善能源結構、發展可再生能源，將產生積極的意義和影響。採暖示範項目在地熱回灌與地熱熱泵技術的應用上，以及地熱保護與梯級利用、綜合利用技術方面，也具有十分重要的意義。

示範工程試點之一的崇文區郭庄北里小區，6棟居民樓數萬平方米的建築採用地熱採暖，徹底解決了該小區由於歷史原因造成的20多年沒有供暖的問題，實現了地熱採暖多級換熱、全封閉循環、熱泵技術應用、地熱採暖尾水100%回灌的試驗目標，有效保護了地熱資源。項目的試驗的成功，受到市政府的高度重視。

淺層地熱：是低溫地熱能的另一種形式，它涉及從地下常溫層以下至一定深度以內（北京地區約為150m以淺）的淺層地熱資源，包括土壤中和地下水中的熱能等，大大地拓展了地熱應用的范疇。在地下恆溫層以上（特別是接近地表）的土壤地層中，還包含太陽能輻射到地表所形成的熱能，優點是利用中操作簡單、投入較少，但這部分輻射熱能受外界條件的影響較大，不很穩定，其熱能利用的效果與熱量儲量不能與地熱（包括地溫）相比。

國際上熱泵技術的利用發展已經數十年，國內的研究是從20世紀90年代開始的。近年來，北京地區熱泵技術利用發展較快，從2000年開始到2004年，僅3年多的時間，全市熱泵供暖面積已經超過500萬m²。淺層地熱的利用在熱泵技術的發展中佔有很大比例，說明了其具有的獨特優勢和特點。通過各種試驗得出的技術和經濟分析表明，它將在未來推動我國低品位能源的應用。

1 國外地熱能利用的發展情況

1.1 法國

深層地熱：法國本土的地熱資源以≥50℃的低焓地熱水為主，法國對地熱的利用發展於20世紀80年代。法國以供水井和回灌斜井組成的「對井」而著稱；兩口地熱井在地面上相距10m，但在千餘米地下的距離，可達400～1000m；1998年的統計資料，巴黎仍有41個區域供暖的「對井」機房在運行，至2005年時數量略有減少。

淺層地熱：對於更低溫的地熱能，法國使用地熱熱泵進行供暖和製冷。如巴黎塞那河畔的法國電視台，鑽井僅幾百米深，地下水溫可達到23℃，被用於地熱供暖系統。

1.2 德國

深層地熱：德國地熱利用以採暖為主，特點是：建立相對集中的大型供熱站。由於熱泵用電，引用了「季節特性系數」，即供熱量與消耗電量之比，一般為5～7的范圍；此外，全年熱量輸出的85%使用地熱，全年熱量的15%採用由石油或燃氣燃燒器形成的輔助熱源，主要解決峰值供暖負荷。到2002年，已有9個集中供熱站，其地熱井深度從1100～2400m不等，總供熱量136MW。用於採暖、溫室等；

淺層地熱：德國廣泛使用分散的淺層地熱能及小型地熱熱泵，供採暖之用；地下換熱器包括水平的熱收集器、垂直的地下換熱器，或地下水換熱器等；據介紹，僅德國北部，就有有4.5萬根地下換熱器。據報告，到1999年底止，德國全國至少安裝有1.8萬台平均制熱量19kW的熱泵機組。由於在利用中德國多使用雙U型地埋管，如以每台19kW機組配以3根深100m的地下換熱器，推算1999年底之前，德國應至少有5.4萬根的地下換熱器。

德國的供暖系統，習慣於使用熱水/冷水供熱製冷；德國的供暖水溫標準是75/65℃，採用的地板採暖水溫僅僅38℃。由於一般住宅夏天並不使用空調，土壤溫度靠自然恢復，冬季熱泵的水源側水溫常常降到0℃，負荷側溫度38℃，所以其熱泵COP值也達4以上。

2 國內地熱利用的發展情況

2.1 地熱供暖

傳統意義上的低溫地熱水的概念是：溫度范圍從25～90℃，主要來自深部地層。

20世紀70年代開始，北京地區地熱採暖主要利用60℃多度地熱水進行直供。由於北京地區的地熱水溫度多在40～60℃范圍，所以當時嘗試用60℃的地熱水通到暖氣片中，為達到供暖效果，依靠加大暖氣片的片數作保證。而由於當時條件的限制（建築結構、保溫質量、供暖管道材質等），往往在最冷天時室溫不夠高，供暖效果經常不能保證，或者需要進行調峰處理。

隨著近代建築節能技術的發展，居住建築供暖熱指標已逐漸下降（約20W/m²左右），因此進一步降低供暖水溫度，成為一種趨向和可能。由於供暖技術的進步，如採用冷熱兩用型的風機盤管機組，可以大大降低所要求的熱源溫度。實際運行的供暖水溫經常在45℃左右，甚至更低。30～35℃的地板採暖供熱溫度，也是目前住宅或公共建築可以接受的可行的溫度。

因此，北京地區40～60℃的地熱水，也將發揮重要的能源作用。地熱熱泵技術的發展，將會很大程度的利用35～40℃的地熱採暖尾水。預計在未來能源的構成中，低溫地熱能的利用，會占越來越大的比重。

2.2 地熱熱泵

地熱熱泵，按水源側能承受的工作溫度和負荷側供熱製冷溫度，可以分為兩種類型：冷熱兩用型熱泵、升溫型熱泵；

35℃，是冷熱兩用型熱泵的可承受的水源側最大溫度；其負荷側供回水溫度，冬季50/43℃，夏季7/12℃；北京工業大學地熱供暖示範工程課題組在2000年初，引進了當時北京第一台國外廠家生產的，能承受35℃地熱尾水溫度的冷熱兩用型水-水型熱泵及水風型熱泵進行實驗；後來又在中試工程中，和大型工廠工程進一步使用，都取得了很好的效果。用熱泵提升尾水溫度的做法，在實際利用中具有十分廣泛和積極的意義。

55℃，是升溫型熱泵所能承受的水源側最大溫度；升溫型熱泵，僅供冬季負荷側供回水溫度85/70℃，也可以為75/65℃，70/60℃以滿足民用採暖的需要。

經在某工程測試的數據計算，熱泵運行最低效率為2.7～3.4。

2.3 地熱的梯級利用

不論是哪種溫度的地熱水，梯級利用都是一個最佳的利用方案。所謂梯級利用，就是按照用戶終端需要的供熱水溫，從高到低排序；高能高用，溫度適用，分配得當，各得其所，通過梯級利用，可有效提高地熱資源利用率。

北京申辦2008年奧運會成功以來，由於地質勘查鑽井技術的進步，大大加強了鑽井的能力與深度，北京地熱水的溫度有了新的提高，最高達到89℃。

當然，不論地熱水提供的溫度多高，供暖所需溫度和用戶所需要的水溫，仍然是一定的。地熱熱泵技術的利用與設備水平的不斷進步，有助於進一步提高地熱資源的利用率。

2.4 地熱梯級利用的實例

根據北京工業大學地熱供暖示範項目組的測試和階段總結，該校使用地熱供暖的初投資，與常規集中供熱區域鍋爐房的價格基本相當；而運行費用，經在2002，2004年兩次分別復測，總效率約在5.79～6.54范圍內；費用低於天然氣。

在北京熱泵技術的應用研究與發展中，研究工作已有10多年的歷史。據不完全統計，水源、地溫熱泵的利用發展超過一般的想像，僅在北京地區及周邊，已安裝的土壤源地埋管換熱器約幾千根以上，除一般用於小型別墅外，一些大型的工程也在嘗試這種可再生能源的利用試驗（初步試驗的效果理想）。

3 國內淺層地熱能供熱的發展

3.1 技術可靠性與基礎工作

在土壤源熱泵系統的設計中，從土壤中吸和放的熱量一定要平衡，才能保持可靠、穩定的運行，因此，逐時的負荷計算很重要。如果冬夏逐月總制熱量和總製冷量不平衡，以及冬夏季峰值負荷不平衡，超過一定限度時，會出現一些問題，比如：在冬天，熱泵水源側溫度達到－2～－4℃，低於設計值，這時，熱泵制熱量減少，結果可能不能保證供暖溫度；而在夏天，由於夏季負荷過大，熱量散不出去，水源側水溫升得很高，會造成熱泵停機。這時，就得要考慮輔助一個冷卻塔；如果用戶要求只需供熱，不需供冷；或要求只需供冷，不需供熱；則在使用這種系統時，要有足夠的補救措施。

地熱供暖及各種熱泵供暖系統，梯級利用的方案示意圖如下：

淺層地熱能：全國地熱（淺層地熱能）開發利用現場經驗交流會論文集

大地導熱系數包括：塑料管材，回填料，土壤在內的綜合的導熱系數，還與現場的土壤含水量等因素有關，也只能在現場測定；研究表明，僅就土壤和岩石兩類土壤材料的導熱系數來說，其數量級可以由0.4W/（m·℃）至6.0W/（m·℃），隨其密度及濕度有所不同；常遇到的土壤材料的導熱系數，會相差兩倍以上；如果大地導熱系數相差兩倍，在一定的條件下，設計管長，可以減少大約20%；同時，在提高回填材料的導熱系數上，多年來國外都做了不少改進。

大地導熱系數的測定，要在沒有被熱擾動過的土壤中現場進行。依據國際上的大地導熱系數模擬裝置的原理，大地導熱系數模擬裝置已測出多種數據；該裝置由北工大地熱供暖課題組，在研究工作中，自行研製、設計和施工；經過了實驗檢驗；並且經改進後，還擴大了其功能。

3.2 合理的熱泵選擇

一是根據當地的地質與水文地質條件、經濟能力、政策導向等因素，進行合理的選擇，已採用效率高、費用可以接受的熱泵方式及設備。

二是按照低的進水溫度選熱泵，以免制熱量不夠；由國外某知名的熱泵廠家給出的數據表明，該熱泵水源側供水溫度3.9℃時的制熱量，比14℃時的制熱量，大約小一倍；並且樣本上說明，不鼓勵在該低溫工況下運行。

三是要選能承受冬季的低溫，夏季的高溫的土壤源專用熱泵；能承受水源側進水溫度－5℃，和43℃的熱泵；不僅在自控上體現了保護溫度的不同，在製冷系統上，還應該有必要的措施。

3.3 嚴格的施工技術

（1）要有定點專用廠家生產關鍵的設備與管件材料：例如，熱泵主機的性能穩定，U型管的底部接頭、雙U型管的上部接頭等，是導致水流阻力加大的主要部位。

（2）井孔的回填材料和方法：回填材料影響導熱系數；要使用砂漿泵加壓灌漿法，可以保證較高的導熱系數。

（3）施工單位要有相應的資質，施工人員（包括電熔焊工和下管，回填工）要進行培訓，並有合格證書。

（4）杜絕低劣，粗放的設計，施工工藝，才能保證效果。

3.4 長期的效果監測

根據大地導熱系數的測定結果，在設計、工完成後，可以進行使用20～50年的效果模擬預測，主要是確定熱泵水源側，冬夏的最高，最低溫度的逐年變化；這樣就可以知道其制熱量和製冷量的逐年變化；一般說，當冬夏熱冷負荷基本一樣時，水源側的冬夏的最高，最低溫度也還會逐年上升，這對於北方的供暖有利。

3.5 規范化管理和許可證制度

國家應制定統一標准，包括：地埋管的鑽孔，設計，施工規范等。我國是一個大國，任何事情，無序發展，勢必造成混亂；由於鑽孔的高利潤，只要買個小鑽機，個體的鑽孔很容易實現；據調查，有的工地，鑽孔的斜度，可以與相距4～6m的臨近鑽孔相交匯。地下工程是隱蔽工程，如果無序進行，對於其他地下設施，勢必會造成影響；

政府有關部門，應制定地熱地源發展規劃。北京是世界最大的城市之一，熱泵技術的發展（包括土壤源和地下水源等）應在淺層地溫條件調研的基礎上，由有關部門提出科學的發展規劃。為加強管理，應制定法規，以規范這一技術的有序發展。

對於土壤源熱泵系統，可能帶來的土壤環境保護問題，應有所准備；要有序鑽孔，以保護一個清潔的地球。

4 北京地區深層地熱、淺層地熱的發展與政策

4.1 深層地熱

為科學引導地熱的發展，北京已經編制2006—2020年地熱資源可持續利用發展規劃。近年內的發展重點，一是進一步探討為加強地熱資源的科學管理，實行保護性限量開採的有關政策。市政府有關部門已經發出通知，支持地熱供暖項目的發展，但要求採取回灌措施，保證將採暖棄水進行回灌；強調溫泉休閑度假旅遊項目的發展，按不同用途進行循環過濾、中水處理、綜合利用，實現零排放的目標。二是支持延慶生態農業縣的無煙城建設，提高當地的旅遊品牌。例如延慶縣城人口不足10萬，按規劃目標，總建築面積約500萬m²，當地地熱埋深2000m，可打出70℃左右、日采3000m³地熱水，具有發展地熱供暖的地熱資源條件。實現地熱供暖，可為當地減少50%左右以上的燃煤鍋爐。

4.2 淺層地熱

淺層地熱的開發利用，需要具備一定的地質和水文條件，才能取得較高的效率，達到理想的供暖/製冷效果。為加強地熱資源的開發管理，規范開發中的市場行為，應該立項進行全市淺層地熱資源情況和水文地質條件的調查，並在調查的基礎上，劃定適合於不同熱泵技術發展的條件和范圍，編制相關的發展規劃，以便引導淺層地熱能科學合理的利用。

4.3 地質環境的監測

加強對淺層地熱利用的管理和規范，特別是保證水源熱泵系統中地下水資源的回灌、水質檢測與地質環境監測，十分重要，應引起有關部門的足夠重視。

4.4 發展前景

鑒於改善能源結構和節約資源的需要，北京市為加強淺層地熱資源等可再生能源的利用，提出未來幾年內發展1億m²供暖面積的目標。這一目標的提出，完全體現了北京地區發展清潔能源和節約資源的緊迫性。為實現這一目標，在市發改委的牽頭下，市政府9個委辦局共同研究、制定了相關的扶持政策，加強對地熱與淺層地溫資源利用的支持，引導地熱於淺層地源熱泵項目，給予一定數量的項目改造或建設資金的補助政策。預測在這一政策的促進下，北京市地熱與淺層地熱等可再生能源的利用會有一個快速的發展。

參考文獻

［1］丁良士等.從深層到淺層地熱供熱/製冷看北京2008奧運場館能源建設.2003

［2］北京市地質礦產局地熱處.北京市地熱資源2001—2010年可持續利用發展規劃.1999

［3］陳建平.北京地熱資源管理研究.2002.北京地熱國際研討會論文集，北京：北質出版社，273～283

⑹ 地暖的安裝與調試

1，低溫熱水地面輻射供暖系統未經調試，嚴禁運行使用。
2，低溫熱水地面輻射供暖系統的調試運行，應在具備正常供熱和供電的條件下進行。
3， 初次供暖（運行調試）必須在混凝土填充層的養護周期結束，填充層完全自然乾燥後進行。
4，低溫熱水地面輻射供暖系統的調試工作應由施工單位在建設單位配合下進行。
5，初次供暖時，熱水升溫應平緩，供水溫度應控制在比當時環境溫度高10℃左右，且不應高於32℃。在這個水溫下，應連續運行48h；以後每隔24h水溫升高 3℃，直至達到設計供水溫度。在此溫度下應對每組分、集水器連接的加熱管逐路進行調節，直至運行正常。
6，低溫熱水地面輻射供暖系統的供暖效果，應以房間中央離地1.5m處黑球溫度計指示的溫度，作為評價和考核的依據。 隨著計量供熱技術在中國的大力推行，低溫地面輻射供暖在中國民用建築中逐漸推廣。本文介紹了地面輻射供暖系統的形式和特點並對低溫地面輻射供暖系統的供熱調節方法進行分析和研究。
引言
地暖是一種和傳統散熱器供暖不同的新型供暖方式，和以對流散熱為主的散熱器供暖相比，具有室內溫度分布均勻、舒適性好、節約能源、易實現分戶熱計量、維護管理方便等優點。隨著計量供熱技術在中國的大力推行，以及國家對建築節能的日益重視，低溫地面輻射供暖系統在中國民用建築中逐步受到重視，得到廣泛的採用。
在供熱系統中，通常把供暖熱負荷隨室外溫度的變化規律作為供熱調節的依據。供熱調節的目的，在於使供暖用戶的散熱設備的放熱量與用戶熱負荷的變化規律相適應，以防止供暖熱用戶出現室溫過高或過低。但是，有人實地調查過，有用戶採用地暖系統僅過了一個採暖期就要求改為其他採暖方式，原因是房間太冷達不到用戶的舒適性要求，有的用戶則相反，抱怨房間太熱，室溫達到26℃以上，而且調節作用也不大，只好開窗子，從而造成了能源的浪費。因此正確分析低溫地面輻射供暖系統中出現的問題，尤其是弄清供暖系統的調節過程，對於推廣該系統的應用，提高供暖質量有著重要意義。
1 地暖系統的形式與特點
地暖系統的形式。低溫熱水地面輻射供暖是將具有一定溫度的熱水，通入被埋置於地板構造層中的加熱盤管，經過構造層的熱量傳遞，使地板表面被加熱。被加熱的地板表面以輻射散熱為主的方式，向室內散熱以彌補房間的熱損失，達到採暖的目的。
構造層中的加熱盤管與建築構造相結合，根據房間大小可以在一個房間設置一個或幾個環路，小的房間也可以幾個房間設置一個環路。各環路的供、回水管連接到分集水器下，每個用戶的分集水器通過樓內供、回水干管與室外管網相連接。
地板構造層的形式。通常採用的地暖構造層形式為混凝土內埋管式，其主要構造為樓板、保溫層、加熱管、填充層、找平層和地板表面層。在靠近外牆的地方同時也要加保溫層，減少熱損失。在底層或首層直接在地面上敷設時，還應加防水層，以免土壤中水分滲人，損壞保溫層，降低採暖功率。
地暖系統的特點。由於採暖的機理不同，低溫熱水地面輻射供暖具有以對流散熱為主的散熱器採暖所沒有的優點和節能效果。
舒適性高。室內地板表面溫度均勻，室溫由下而上逐漸遞減，給人以腳暖頭涼的舒適感覺；由於空氣對流小，避兔了灰塵的飛揚，室內環境清潔衛生。
節能效果顯著。低溫地板輻射採暖的室內設汁溫度較常規散熱器採暖可以降低1℃-3℃。
地面上無任何管道設備，不佔用房間和地面有效面積，不僅為用戶增加了使用面積，而且美觀。
便於調節和控制。只要在分集水器處設置調節或控制裝置。就可以方便的進行調節和控制，滿足各房間所要求的不同工況。熱穩定性好。構造層的混凝土蓄熱能力大，因此室溫變化緩慢，溫度波動比較小。
便於進行分戶計量。中國採暖收費基本是按採暖建築面積計費的方法，這種方法存在很多弊病，無論室內溫度狀況如何，不論室內採暖與否一律平等收費，從而導致能源的極大浪費，最合理的計費方法應該是按照各用戶實際用熱量來核算。
2 地暖系統的初調節分析
2.1 初調節的必要性
在傳統的散熱器採暖系統中，初調節是必不可少的，對於地暖系統的初調節更應得到充分重視，在傳統系統中，如果初調節不合理，可以通過增大系統流量來彌補，造成大流量小溫差運行．這樣雖然能夠保證系統的穩定性，同時也降低了系統的可調節性。對於地面輻射供暖系統，可調節性是它的一大優點，也是它的根本所在。某一用戶的調節或多或少會影響到其他用戶，只有做好系統的初調節，才能有效減少既定管網中各用戶之間的相互干擾。
系統流量越大，末端用戶的室溫越高，近端與末端用戶的室溫偏差越小，水力失調對熱力失調的影響越小。供熱系統大流量運行是靠提高末端用戶流量，抑制近端用戶流量的辦法來達到消除系統熱力工況水平失調的目的。但是大流量運行並沒有從根本上消除系統的水力失調，各熱用戶流量分配不均的問題並沒有解決。大流量運行具有以下缺點：降低了用戶的自主調節的能力。需要較大的水泵，能耗大，增大初投 資和運行費用。
初調節一般在供熱系統正式運行前進行，目的是將各熱用戶的運行流量調節至理想流量，即滿足熱用戶實際熱負荷需求的流量，當供熱系統為設計工況時，理想流量即為設計流量。也就是說，初調節主要是解決流量分配不均的問題，如果不進行初調節，則整個供熱系統基本上呈現不一致失調，同時系統的總流量一般超過設計的總流量。
2.2 初調節方法
手工進行初調節有多種方法，如阻力系數法、預定計劃法等，但或因計算工作量大或實地調節工作量大，一般難以實際採用。由於供熱系統冷熱不均現象普遍存在，近幾年來，國內外有關專家和工程技術人員陸續提出了多種初調節方法，如比例法、補償法、計算機法、模擬分析法、模擬阻力法、溫度調節法、自力式調節法及簡易快速法等，在實際供熱系統中都有操作實施價值，在不同程度上具有簡單、方便、准確、可靠等特點。
3 直接連接地暖系統的調節方法
對於直接連接的地暖系統，設計供回水溫差小，規范要求10℃，所以系統的循環水流量比較大。常用的調節方法如下：
質調節的方法。採用此方法時系統始終保持設計流量運行。我們知道，供水溫度的改變對地板表面散熱量的影響是很大的，以導熱系數最小的面層材料地毯來說，管間距為300mm時，供水溫度每升高5℃，地板表面散熱量增加15W/m2，而導熱系數最大的面層材料大理石，管間距為300mm時，供水溫度每升高5℃，地板表面散熱量增加31.65W/m2，而室溫的變化對散熱量的變化要求又相對較小，因此採用質調節的方法是可行的。
集中量調節的方法，採用此方法時系統的循環水量隨著室外溫度的變化而變化，而供水溫度保持不變，始終保持設計值。當系統循環流量小於設計循環流量的50%時，曲線的坡度比較大，流量的變化對地板表面散熱量的影響明顯，而當系統循環流量超過設計流量的50%時，流量的改變對地板表面散熱量的影響很小。這說明對於直接連接地面輻射供暖系統，採用量調節的方式，只有在系統循環流量較小的時候才有較好的調節性能，而我們知道，地面輻射供暖系統的供回水溫差較小，在熱負荷不變的情況下，系統流量所需流量很大，是散熱器採暖的2.5倍，因此不建議地面輻射供暖系統採用量調節的方式。
分階段改變流量的質調節，採用此方法時可以根據室外溫度的變化情況，分幾個階段減少循環流量，而在同一階段內，循環流量維持不變，實行集中質調節。這種調節方法是質調節和量調節的結合，可以吸收兩種調節方法的優點，又可以克服兩者的缺點，適用於暫時還未推廣變速水泵的中小型供熱系統。在不同的流量下，供水溫度對散熱量的影響是不同的，隨著流量的減小，這種影響越來越小。那麼在調節的時候，我們就應該盡量選擇較大的流量。一般將整個供暖期分三個階段來改變系統循環流量，分階段改變流量靠多台水泵的並聯組合來實現。