供暖系统模拟装置实验

⑴ 供暖带热试运作是什么意思

供暖带热试运是供暖系统经过冷循环试运行，确认运行正常后，逐步给系统加温进行热试运，检验系统在热状态下的运行工况同时调整系统的热平衡。

带温试运行是为了保证华电区域用户按时达标供热的重要手段，带热试运行是由热电厂循环水泵启动开始，包括管网升压、热网加热器蒸汽冲洗、系统逐步升温、管网全面检查、水力平衡调整等工作。

注意事项

1、提前缴纳取暖费，按时办理停供、恢复业务。

为避免缴费高峰期用户缴费拥挤、排长队、等待时间过长等现象，用户应留意缴费通知，提前缴纳供暖费，办理停供、恢复业务，以免给您带来不便。

2、供热试水、打压期间，请您家里务必留人。

供热公司在供暖前，都会提前对管网进行试水、打压，并在此之前，会向用户发布相关通知，提前通知住户注水试压的时间及各供热小区的维修服务电话。在注水期间家里务必留人观察供暖设施运行情况，以免造成跑水漏水事件的发生。

⑵ 机械循环热水采暖系统的工作原理

工作原理：
机械循环热水供暖系统是在系统中设置了循环水泵，靠水泵的机械能，使水在系统中强制循环。在机械循环系坑中，设置了循环水泵，增加了系统的经常运行电费和维修工作量；但由于水泵所产生的作用压力很大，因而供暖范围可以扩大，机械循环热水供暖系统不仅可用于单幢建筑物中，也可用于多幢建筑物，甚至发展为区域热水供暖系统。机械循环热水供暖系统成为应用最广泛的一种供暖系统。
(1)循环动力不同。机械循环以水泵为循环动力，水在水泵的作用下强制流动。循环水泵一般设在锅炉进口前的回水总管上。这样，可使水泵处于系统水温较低的回水条件下可靠的工作。
(2)膨胀水箱连接点不同。机械循环膨胀水箱不是连接在供水总立管上，而是连接在回水干管水泵吸水口一侧。由于膨胀水箱及膨胀管中的水不参与循环，因此膨胀管与回水管连接处的水压保持恒定，与水泵是否运转无关。该连接点也称定压点。由于膨胀水箱的安装高度高于系统任意一点，这种连接就可以保证系统无论在运行或停止时，系统内任意一点的压力都超过大气压，从而保证系统内不会出现负压，避免热水汽化或吸入空气等现象的出现。由此可见，膨胀水箱在机械循环热水供暖系统中不仅承担容纳水受热膨胀多余的容积，而且还起到定压，保证系统内任意一点不出现负压的作用。
(3)排气方法和排气装置不同。自然循环一般可通过膨胀水箱排除空气，但机械循环由于膨胀水箱的连接点处于回水干管上，一般不易利用膨胀水箱排气，而需要通过专用的排气装置（如集气罐）排气。排气装置一般设在系统最高点。为利于排气，供水水平干管一般沿流水方向有上升的坡度（抬头走），坡度值为0.003。

⑶ 供暖系统常见问题

1、热水锅炉增设进出口连通管的作用及注意事项：

（1）减小热源阻力，降低压降。

（2）当锅炉偶发故障时可及时检修，不影响外网供水。

（3）改变运行方式便于调节。

（4）供暖初期冷运行时可减少运行费用。

2、旁通管选择注意事项：

（1）管径一般比主管径小一号到二号，但不得小于锅炉入口管径。

（2）旁通管上要装阀门，阀门要选用可调节流量特性好阀门。

（3）旁通管不要直接接到分水器上。

3、补水泵与循环泵的功能：

补水泵的作用是向系统充满水，并保证系统总是充满水；它的扬程主要取决于最高建筑物的高度且高于建筑物，流量取决与补水量。

循环泵的作用是使系统中的水以一定的流量转起来；他的流量取决于供暖面积，扬程取决于系统阻力。

4、有些循环水泵的出口阀门不能全部打开，否则会烧坏电机，怎样解决？

循环水泵的出口阀门不能全开，主要是系统阻力小，网络特性曲线右移，由于流量增加造成轴功率急剧上升，因电流过高而烧坏电机，如能在系统中安装自力式流量控制阀，限制流量，增加系统阻力，出口阀即可全部打开。

5、泵在什么情况下效率最高？

当泵的流量为额定流量时泵的效率最高。

6、在原有的供暖系统中增加新用户或扩充容量时要考虑的因素：

（1）要使整个供暖系统的全部设备容量相互匹配；

（2）注意供暖设备的极限工作能力，例如：循环泵的扬程、流量和功率；

（3）注意供暖管网的极限输送能力；

（4）注意热网的水力工况变化和新老热用户的兼容；

7、供暖系统中有哪些地方须安装压力表和温度计？

泵、除污器的出入口安装压力表；

供暖设备（锅炉、换热器）的出入口安装压力表和温度计；

集水器和分水器上安装压力表和温度计；

8、如何从各部位压力表、温度计值，确定系统运行工况的优劣？

从分水器与集水器上的压力值来判断热网资用压头的大小，从循环水泵出口压力值与供热设备出口压力值检查热源内阻大小；

从集水器与分水器的温度值差看热网的运行效果；

从热源设备出入口的温度值查看热源设备的出力；

从换热器一、二次系统出入口温差查一次网水平失调。

9、什么是同程式系统？什么是异程式系统？各有什么特点？

同程式系统：通过每一环的水流经的路程相同的系统；

异程系统：通过每一环路的水流经的路程不同的系统；

同程式各环路之间的阻力容易达到平衡；但消耗材料较多；

异程式环路之间的阻力很难达到平衡，但消耗材料较少，安装自力式流量控制阀效果显著。

10、什么是用户系统的稳定性？

在热水网路中，某一用户在其它用户流量改变时，保持本身的流量不变的一种能力。

11、如何提高网络的水力稳定性？

（1）相对的减少网络干管的压降或相对的增大用户系统的压降。

（2）合理的安装自力式流量控制阀。

很难，因为调整流量改变了系统的阻力特性系数，循环水泵的流量、扬程均发生变化，其它单体压差也会变化，流量就跟着变化，当然调整过的单体流量也会变化，这就需要反复调整，才能使流量接近要求，即系统勉强达到平衡，而一旦有人在动阀门，整个系统的平衡又被破坏了，再次出现水力失调现象。

⑷ Qtz-Ab-Or系统的模拟实验

Qtz-Ab-Or系统比较接近Qtz、Ab、Or标准矿物的量超过80%的大多数天然花岗岩。这里主要讨论封闭系统的实验结果，封闭系统熔化过程中得到的平衡熔体成分可以为了解酸性岩浆结晶过程提供有用信息（Johannes et al.，1996）。

1.Qtz-Ab-Or系统固相线

压力0～20kbar、水饱和条件下Qtz-Ab-Or-H₂O系统的固相线如图7-32所示。当压力从1bar增加到1kbar时，水饱和的固相线温度差不多降低250℃；当压力进一步增加，水压对固相线温度的影响连续降低；在4kbar压力以上时，固相线变得很陡。大约在17kbar压力、620℃时交切“钠长石=硬玉+石英”转化线。在这个交点上，固相线的斜率由正变为负，这是因为密度大的硬玉形成所致。Tuttle and Bowen（1958）和Luth（1964）早就发现，如果存在游离水，在温度低达630℃时，中下地壳长英质岩石的部分熔化就能形成水饱和的花岗质熔体。某些混合岩中的浅色脉体可能就是这样的熔体。这些熔体没有（也不可能）上升到地壳的浅处，而是在原地就结晶。图7-32中，<4kbar压力的固相线是长石中Ab/Or比处于或接近最低点的成分时长英质集合体发生水饱和熔融的p-t边界，假如长石的成分不同，固相线温度可以明显大于图7-32中所表达的温度。压力在4kbar之上时，由于出现两种长石的低共熔，即使长石的成分变化幅度大，固相线温度将没有大的变化（Johannes et al.，1996）。

图7-32 Qtz-Ab-Or-H₂O系统中H₂O饱和熔化的压力-温度图解

2.水饱和Qtz-Ab-Or系统的最低点

水饱和Qtz-Ab-Or系统的最低点或低共熔点上初始熔体的成分列于表7-3中，在图7-32的插图中也表示出来。最低点或低共熔点上初始熔体的成分主要靠液相线实验测定，与Qtz∶Ab∶Or比及水含量有关的初始熔体的成分沿着固相线发生变化。在1～5kbar压力区间，熔体中Ab组分随着水压的增加，Qtz与Or的减少而增加，在5～20kbar压力区间，主要随水压的增加，Qtz的减少而增加。熔体中水含量随压力增加而增加，但在低压下比高压下的增加更明显。从1～2kbar，水含量从3.7%增加到5.8%；但在5～10kbar，水含量从9.9%增加到16%。压力与水含量制约了初始熔体的Qtz∶Ab∶Or比（Johannes et al.，1996）。在以前，天然花岗岩和混合岩的Qtz∶Ab∶Or标准矿物成分比经常用来与Qtz-Ab-Or-H₂O系统中人工花岗岩最低点及低共熔点的成分相比较，以获得有关花岗岩的成因信息。例如，如果岩石的Qtz∶Ab∶Or标准矿物成分比接近人工花岗岩最低点及低共熔点的成分比，就认为是岩浆成因的；如果与人工花岗岩最低点及低共熔点的成分有偏离，那就认为不是岩浆成因的。这种解释不尽合理，因为岩浆花岗岩的Qtz∶Ab∶Or可以有大范围的变化。在压力超过20kbar时，人工花岗岩的初始熔体中标准矿物Qtz可以很低，在较大的深度上部分熔化产生的熔体不是花岗质的而是正长岩或石英正长岩成分。最低点的成分代表熔化开始、熔化程度很低时获得的初始熔体的成分。如果部分熔化的程度增加，形成的熔体成分就会偏离最低点的成分，不等于这些熔体就不是岩浆成因的（Johannes et al.，1996）。

表7-3 Qtz-Ab-Or-H₂O系统中最低点、低共熔点温度和成分

3.Qtz-Ab-Or系统中干的熔化

研究表明，在中、下地壳，在岩浆岩形成和演化过程中水不饱和的状况是普遍存在的，在花岗岩形成中，水饱和则是比较例外的。因而人工花岗岩Qtz-Ab-Or系统在水不饱和条件下的相关系必须确定。水不饱和熔化的极限是水饱和固相线及干条件下的固相线。0～40kbar压力下水饱和及干系统中的固相线见图7-33。花岗岩干熔化曲线的斜率（dp/dt）都是正的，温度增加速率平均为10℃/1kbar。在25kbar以上，干的花岗岩固相线变陡，结束于31kbar/1230℃时，在这里它与碱性长石的稳定线（Akfs=Jd+Kfs+Qtz）交切。

图7-33 Qtz-Ab-Or系统中0～40kbar压力下水饱和及干条件下固相线的温度-压力图解

从图7-33看出，随着压力加大，两种固相线的温度差加大。在6kbar压力以上，温差为400℃，随压力加大则进一步增加。只要存在少量的游离水，就能使H₂O饱和固相线上的熔化开始，但在贫H₂O系统中，如温度在H₂O饱和固相线上或在固相线上几度，熔化形成的熔体的量是很少的。当接近干的固相线时，要达到完全熔化需要很高的温度。利用各种水含量的液相线p-t曲线可以精确估计部分熔化过程中水含量与温度的关系，以及在给定条件下形成的熔体的比例（Johannes et al.，1996）。

4.Qtz-Ab与Qtz-Or亚系统

了解与Qtz-Ab-Or系统有关的二元系的实验结果，有利于了解多组分的花岗岩复杂系统，并能对人工花岗岩系统的液相面提供制约。在构成Qtz-Ab-Or三元系的三个二元系中，Ab-Or如第二章所述为“有限固溶体二元系”，Qtz-Ab与Qtz-Or都为二元共结系。Qtz-Ab与Qtz-Or二元系干的及水饱和的固相线如图7-34所示，Qtz-Ab与Qtz-Or两条水饱和固相线的温度差随压力加大而加大，在10kbar时，大于50℃。硅酸盐系统固相线温度的降低与硅酸盐熔体中水的溶解量有关，例如高压下，富Ab熔体中水的溶解度比富Or熔体大，H₂O和较小的Na⁺离子之间的亲和力要大于H₂O和K⁺离子之间的亲和力。Qtz-Ab与Qtz-Or系统中H₂O的溶解度的差别对Qtz-Ab-Or三元系中与有关的最低点的成分的变化起了重要制约作用。Qtz-Ab、Qtz-Or二元系中共结点的压力-成分关系见图7-35。在干的条件下，随着压力增加，Qtz-Or系统更富Or（图7-35中a），Qtz则减少，但在H₂O饱和条件下，在压力大于2kbar时Qtz/Or比值实际上是不变的（图7-35中b）。在干的Qtz-Ab系统中，共结点熔体的Ab成分随压力增大有明显增加（图7-35中c）。在H₂O饱和的Qtz-Ab系统中，p-x斜率更陡。在高压下，共结点熔体成分中的Ab的增加不明显（图7-35d）。图7-35 表明，压力对干条件下的共结点成分有明显影响，在干的Qtz-Ab系统中尤其明显。水的加入减少了压力对共结点成分的影响。水的这种抵消作用在Qtz-Ab系统中更明显。Pichavant等（1992）对Qtz-Or、Qtz-Ab系统在2 kbar和5 kbar压力、=1～0.5 条件下测定它们的共结点温度。在这两系统中水对共结点成分的影响是不大的，但从0.5增加到1时，液相线温度则明显降低。在Qtz-Or系统中降低85℃，在 Qtz-Ab 系统中降低120℃。前已述及，H₂O在Qtz-Ab系统中的溶解度大于在Qtz-Or系统中的溶解度，分别为0.5 和1 时，H₂O的溶解度的差别在Qtz-Or系统中为2.5%H₂O，在Qtz-Ab系统中为3.1%H₂O。外加1%的H₂O进熔体，其共结点温度在Qtz-Ab系统中降低39℃，在Qtz-Or系统中降低34℃。这表明，H₂O对富Ab组分的影响比富Or组分的影响更明显。这两个二元系统信息的重要在于，它们的两个共结点为Qtz-Ab-Or三元系中石英-碱性长石的边界曲线所连接。两个共结点的差别使得当压力增加时，在富Ab花岗岩系统中，石英-碱性长石的边界曲线将有明显移动，而在富Or花岗岩系统中石英-碱性长石的边界曲线的移动不明显，至少在地壳范围内是这样（图7-32）（Johannes et al.，1996）。

图7-34 Qtz-Ab、Qtz-Or系统干的及水饱和的固相线

图7-35 Qtz-Ab、Qtz-Or系统干的及水饱和的共结点的压力-成分图解

5.Qtz-Ab-Or-H₂O-CO₂系统的固相线

上面已提到不同的对Qtz-Ab、Qtz-Or亚系统液相线温度及熔体中水的溶解度的影响。地壳中完全干的条件是很少出现的，多少都含有一定量的水，当外界有流体组分加入时，H₂O则为其他挥发分如CO₂、CH₄、N₂等所稀释，这会使体系中降低。CO₂是重要的天然挥发分，当温度在1000℃以下，压力在15 kbar以下时，CO₂不溶或很少溶解在含水硅酸盐熔体中，因为它在长英质熔体中溶解度很小。在地壳的温度、压力条件下，纯CO₂对石英-碱性长石集合体固相线温度的影响是有限的，对于花岗岩的溶解和相关系没有明显影响，因此可以用来降低蒸汽相中H₂O的活度。当Qtz-Ab-Or-H₂O系统中有CO₂加入，Qtz-Ab-Or-H₂O-CO₂系统的固相线则为所制约（图7-36）。从图7-36可以看出，在体系中高时，随着的降低，固相线温度的增加是不明显的；在低时，的降低导致的固相线温度的增加则较明显。在固定的p、t条件下，与H₂O-CO₂并存的石英-碱性长石-熔体的最低点或共结点的成分与体系中H₂O的活度是相互制约的（表7-4）。只要所有的相（石英，碱性长石，熔体，H₂O-CO₂流体）都存在，图7-36中每条曲线表达的就是固定的。假如有CO₂或H₂O从外部加入，就破坏了体系的平衡，将发生反应。假如有限量的CO₂加入，熔体将部分地结晶，释放H₂O进入流体相，直到流体与熔体中的达到平衡。假如有H₂O进入该系统，石英与碱性长石将熔化，以消耗熔体中的H₂O（Johannes et al.，1996）。

图7-36 在给定的下Qtz-Or-Ab-H₂O-CO₂系统中固相线（实线）及不同水含量的液相线（虚线）

表7-4 在给定的下Qtz-Or-Ab-H₂O-CO₂系统中开始熔化的温度（℃）

6.液相线相关系

对模拟系统及天然花岗岩进行液相线相关系的研究可以对花岗岩的成因获得有用的信息，这种液相线关系表现在不同、不同压力的Qtz-Or-Ab的三元图上。图7-37、图7-38分别是2 kbar和10 kbar压力下H₂O饱和条件下的液相线相关系图解，两个等压平衡图（省略了5 kbar压力的液相线相关系图解）的等温线表明，石英的液相面较陡，碱性长石的液相面较平缓。通过两个等压平衡图的比较可以看出，随着压力加大，石英的初晶区扩大，碱性长石的初晶区缩小。等压液相面的倾斜、最低点（共结点）成分随压力增减发生的变化在图7-39中的t-x断面上更明晰地表达出来。图7-39 中每个压力下的t-x断面可以从相应压力下水饱和的Qtz-Or-Ab相图中得到，在Qtz-Or-Ab面上从Qtz角顶出发，经过该压力下的最低点，延伸到碱性长石的Ab-Or底边，就构成了图7-39中的t-x断面。从图7-39 可以看出，在H₂O饱和的花岗质岩浆中，随着压力的加大，最低点（＞3.5kbar是为共结点）的平衡温度逐渐降低。Winkler（1979）根据这一点认为，H₂O饱和的花岗质岩浆如果温度不明显高于最低点（共结点）的温度就不可能上升到地壳内高的层位。图7-39表明，压力的释放使液相线温度升高，直接的结果是导致互花岗岩浆的快速结晶，正如细晶岩的形成所表明的那样。这样H₂O饱和的花岗质岩浆就无法上升到更高的位置。另外，图7-39也表明，三元最低点（共结点）熔体的成分含Qtz＜40%，因而从人工花岗质熔体中不可能结晶出富SiO₂的、Qtz标准矿物大于40%的花岗岩。某些花岗岩中Qtz含量高是因为含石英残留晶，或者是因为外来组分的加入导致长英质熔体中SiO₂的溶解度高的缘故（Johannes et al.，1996）。

图7-37 Qtz-Or-Ab-H₂O系统2kbar和为1时液相线相关系的等压平衡图

图7-40 是2 kbar、为0.5 时的液相线关系图解，与=1 的液相线关系（图7-37、图7-38）是明显不同的，在这样的系统中由于外来挥发分的加入（如 CO₂），H₂O的活度的降低，熔体中H₂O的含量减少，造成液相面温度的上升，这种效应在接近Qtz-Ab的成分中比接近Qtz-Or的成分更明显，这与图7-35 所表达的是一致的。随着的减小，在石英和长石的初晶区液相线温度都增加，（对比图7-37 和图7-40）。从Qtz的含量看，减小后同结线的位置并没有明显的位移。尤其是，随着的减小，2 kbar的三元液相面出现在较高的温度上，向Qtz-Or二元系统倾斜。这就解释了最低点（共结点）的成分移向Qtz-Or边的原因（图7-41）。这些资料对解释地壳中形成的岩浆的成分、原岩部分熔化的程度及岩浆中的分离结晶过程有重要作用。Qtz-Or-Ab系统在一定压力下的H₂O饱和与不饱和实验的结果使我们可以了解压力和水的活度对液相线相关系的影响。如果只有H₂O饱和条件下的资料不可能做到这一点，因为在H₂O饱和系统中压力与熔体的水含量是同时变化的。了解了压力、H₂O活度、最低点熔体的成分及温度之间的关系可以建立液相线p-t边界曲线（Johannes et al.，1996）。

图7-38 Qtz-Or-Ab-H₂O系统10kbar和为1时液相线相关系的等压平衡图

图7-39 石英和碱性长石液相面上2、5、10kbar压力等压切面的温度-成分图解

7.H₂O不饱和的熔体的成分

因为花岗质熔体通常是H₂O不饱和的，因而有必要了解熔体的成分信息。花岗质岩浆的水活度、水含量、晶体/熔体比、总成分在上升过程中会发生变化，给定压力、温度、水活度条件下最低点成分的信息有助于说明上升花岗岩浆的演化。1～10kbar压力下水饱和与不饱和初始熔体的成分资料汇集于图7-41。除了表明了共结点、同结点的成分外该图还表明了两个趋势：①随着压力增加，最低点熔体中碱性长石组分增加，Qtz减少；②在压力不变时，随着的减小，最低点熔体中Or组分增加，Ab组分减少。第二种趋势在高压下尤其明显。在这样的实验中，初始材料里石英的含量是不变的，只改变Or/Ab比和H₂O/CO₂比，在给定压力、水活度和Or/Ab比时可测定固相线温度。5 kbar时的实验结果见图7-42，进一步证实上述趋势的变化。

大多数花岗质岩浆是水不饱和的，因而能上升到地壳较高的部位。在这样的岩浆中，与石英、碱性长石共存的熔体成分的系统变化是可以预测的。假定含有残留石英和碱性长石的人工花岗质岩浆形成于10 kbar、850℃，岩浆的差不多为0.3（图7-36），在图7-41中为10kbar压力时的方块（0.3）所表明，在上升过程中熔体可以冷却和部分结晶，最终在H₂O饱和固相线上的2 kbar、680℃处固结。2 kbar时结晶的最终熔体的成分在该图中以黑的小圆点表达。从初始成分（10 kbar时，=0.3）向最终成分（2 kbar时，=1.0）演化过程中碱性长石将结晶。最终熔体的Ab/（Qtz+Or）比值与初始熔体的Ab/（Qtz+Or）比值几乎相同。Qtz的标准矿物含量百分比从22 增加到35（Johannes et al.，1996）。

图7-40 Qtz-Or-Ab-H₂O-CO₂系统在2kbar、=0.5时液相线相关系的等压平衡图解

图7-41 在1，2，5，10 kbar压力、H₂O饱和与不饱和条件下，Qtz-Or-Ab系统中共结点和最低点的成分

⑸ 地热与浅层地热资源及其利用

陈建平

（北京市国土资源局）

摘要：2008年北京奥运，引发了一场绿色革命，国人对改善环境保护环境的意识空前提高，并已成为一项十分重要的自觉行动。为了实现绿色奥运，北京市采取措施，大力发展清洁能源。地热是一种良好的清洁能源，本文重点对深层地热和浅层地热及其利用进行积极的探讨。

引言

北京市开发利用地热资源（温泉）历史悠久，利用地热进行采暖已经多年。1999年时，为了改善环境、支持申奥，大力改善能源结构，地热等清洁能源的利用被列入了城市能源发展规划，得到重视。在市政府地热采暖示范工程顺利进行的同时，浅层地温的利用、研究，在北京地区取得了重大进展。低温地热的梯级利用技术研究项目取得的成果，进一步扩大了地热资源利用的范围。

深层地热：指传统意义上的地热，国际规范温度大于25℃。地热有多种形态，其中地热水是集“热、矿、水”三位一体的宝贵的自然资源，是一种清洁可持续利用的能源。北京工业大学、郭庄北里、北京地质勘察技术院等地热采暖示范工程的试验成功，对改善能源结构、发展可再生能源，将产生积极的意义和影响。采暖示范项目在地热回灌与地热热泵技术的应用上，以及地热保护与梯级利用、综合利用技术方面，也具有十分重要的意义。

示范工程试点之一的崇文区郭庄北里小区，6栋居民楼数万平方米的建筑采用地热采暖，彻底解决了该小区由于历史原因造成的20多年没有供暖的问题，实现了地热采暖多级换热、全封闭循环、热泵技术应用、地热采暖尾水100%回灌的试验目标，有效保护了地热资源。项目的试验的成功，受到市政府的高度重视。

浅层地热：是低温地热能的另一种形式，它涉及从地下常温层以下至一定深度以内（北京地区约为150m以浅）的浅层地热资源，包括土壤中和地下水中的热能等，大大地拓展了地热应用的范畴。在地下恒温层以上（特别是接近地表）的土壤地层中，还包含太阳能辐射到地表所形成的热能，优点是利用中操作简单、投入较少，但这部分辐射热能受外界条件的影响较大，不很稳定，其热能利用的效果与热量储量不能与地热（包括地温）相比。

国际上热泵技术的利用发展已经数十年，国内的研究是从20世纪90年代开始的。近年来，北京地区热泵技术利用发展较快，从2000年开始到2004年，仅3年多的时间，全市热泵供暖面积已经超过500万m²。浅层地热的利用在热泵技术的发展中占有很大比例，说明了其具有的独特优势和特点。通过各种试验得出的技术和经济分析表明，它将在未来推动我国低品位能源的应用。

1 国外地热能利用的发展情况

1.1 法国

深层地热：法国本土的地热资源以≥50℃的低焓地热水为主，法国对地热的利用发展于20世纪80年代。法国以供水井和回灌斜井组成的“对井”而著称；两口地热井在地面上相距10m，但在千余米地下的距离，可达400～1000m；1998年的统计资料，巴黎仍有41个区域供暖的“对井”机房在运行，至2005年时数量略有减少。

浅层地热：对于更低温的地热能，法国使用地热热泵进行供暖和制冷。如巴黎塞那河畔的法国电视台，钻井仅几百米深，地下水温可达到23℃，被用于地热供暖系统。

1.2 德国

深层地热：德国地热利用以采暖为主，特点是：建立相对集中的大型供热站。由于热泵用电，引用了“季节特性系数”，即供热量与消耗电量之比，一般为5～7的范围；此外，全年热量输出的85%使用地热，全年热量的15%采用由石油或燃气燃烧器形成的辅助热源，主要解决峰值供暖负荷。到2002年，已有9个集中供热站，其地热井深度从1100～2400m不等，总供热量136MW。用于采暖、温室等；

浅层地热：德国广泛使用分散的浅层地热能及小型地热热泵，供采暖之用；地下换热器包括水平的热收集器、垂直的地下换热器，或地下水换热器等；据介绍，仅德国北部，就有有4.5万根地下换热器。据报告，到1999年底止，德国全国至少安装有1.8万台平均制热量19kW的热泵机组。由于在利用中德国多使用双U型地埋管，如以每台19kW机组配以3根深100m的地下换热器，推算1999年底之前，德国应至少有5.4万根的地下换热器。

德国的供暖系统，习惯于使用热水/冷水供热制冷；德国的供暖水温标准是75/65℃，采用的地板采暖水温仅仅38℃。由于一般住宅夏天并不使用空调，土壤温度靠自然恢复，冬季热泵的水源侧水温常常降到0℃，负荷侧温度38℃，所以其热泵COP值也达4以上。

2 国内地热利用的发展情况

2.1 地热供暖

传统意义上的低温地热水的概念是：温度范围从25～90℃，主要来自深部地层。

20世纪70年代开始，北京地区地热采暖主要利用60℃多度地热水进行直供。由于北京地区的地热水温度多在40～60℃范围，所以当时尝试用60℃的地热水通到暖气片中，为达到供暖效果，依靠加大暖气片的片数作保证。而由于当时条件的限制（建筑结构、保温质量、供暖管道材质等），往往在最冷天时室温不够高，供暖效果经常不能保证，或者需要进行调峰处理。

随着近代建筑节能技术的发展，居住建筑供暖热指标已逐渐下降（约20W/m²左右），因此进一步降低供暖水温度，成为一种趋向和可能。由于供暖技术的进步，如采用冷热两用型的风机盘管机组，可以大大降低所要求的热源温度。实际运行的供暖水温经常在45℃左右，甚至更低。30～35℃的地板采暖供热温度，也是目前住宅或公共建筑可以接受的可行的温度。

因此，北京地区40～60℃的地热水，也将发挥重要的能源作用。地热热泵技术的发展，将会很大程度的利用35～40℃的地热采暖尾水。预计在未来能源的构成中，低温地热能的利用，会占越来越大的比重。

2.2 地热热泵

地热热泵，按水源侧能承受的工作温度和负荷侧供热制冷温度，可以分为两种类型：冷热两用型热泵、升温型热泵；

35℃，是冷热两用型热泵的可承受的水源侧最大温度；其负荷侧供回水温度，冬季50/43℃，夏季7/12℃；北京工业大学地热供暖示范工程课题组在2000年初，引进了当时北京第一台国外厂家生产的，能承受35℃地热尾水温度的冷热两用型水-水型热泵及水风型热泵进行实验；后来又在中试工程中，和大型工厂工程进一步使用，都取得了很好的效果。用热泵提升尾水温度的做法，在实际利用中具有十分广泛和积极的意义。

55℃，是升温型热泵所能承受的水源侧最大温度；升温型热泵，仅供冬季负荷侧供回水温度85/70℃，也可以为75/65℃，70/60℃以满足民用采暖的需要。

经在某工程测试的数据计算，热泵运行最低效率为2.7～3.4。

2.3 地热的梯级利用

不论是哪种温度的地热水，梯级利用都是一个最佳的利用方案。所谓梯级利用，就是按照用户终端需要的供热水温，从高到低排序；高能高用，温度适用，分配得当，各得其所，通过梯级利用，可有效提高地热资源利用率。

北京申办2008年奥运会成功以来，由于地质勘查钻井技术的进步，大大加强了钻井的能力与深度，北京地热水的温度有了新的提高，最高达到89℃。

当然，不论地热水提供的温度多高，供暖所需温度和用户所需要的水温，仍然是一定的。地热热泵技术的利用与设备水平的不断进步，有助于进一步提高地热资源的利用率。

2.4 地热梯级利用的实例

根据北京工业大学地热供暖示范项目组的测试和阶段总结，该校使用地热供暖的初投资，与常规集中供热区域锅炉房的价格基本相当；而运行费用，经在2002，2004年两次分别复测，总效率约在5.79～6.54范围内；费用低于天然气。

在北京热泵技术的应用研究与发展中，研究工作已有10多年的历史。据不完全统计，水源、地温热泵的利用发展超过一般的想像，仅在北京地区及周边，已安装的土壤源地埋管换热器约几千根以上，除一般用于小型别墅外，一些大型的工程也在尝试这种可再生能源的利用试验（初步试验的效果理想）。

3 国内浅层地热能供热的发展

3.1 技术可靠性与基础工作

在土壤源热泵系统的设计中，从土壤中吸和放的热量一定要平衡，才能保持可靠、稳定的运行，因此，逐时的负荷计算很重要。如果冬夏逐月总制热量和总制冷量不平衡，以及冬夏季峰值负荷不平衡，超过一定限度时，会出现一些问题，比如：在冬天，热泵水源侧温度达到－2～－4℃，低于设计值，这时，热泵制热量减少，结果可能不能保证供暖温度；而在夏天，由于夏季负荷过大，热量散不出去，水源侧水温升得很高，会造成热泵停机。这时，就得要考虑辅助一个冷却塔；如果用户要求只需供热，不需供冷；或要求只需供冷，不需供热；则在使用这种系统时，要有足够的补救措施。

地热供暖及各种热泵供暖系统，梯级利用的方案示意图如下：

浅层地热能：全国地热（浅层地热能）开发利用现场经验交流会论文集

大地导热系数包括：塑料管材，回填料，土壤在内的综合的导热系数，还与现场的土壤含水量等因素有关，也只能在现场测定；研究表明，仅就土壤和岩石两类土壤材料的导热系数来说，其数量级可以由0.4W/（m·℃）至6.0W/（m·℃），随其密度及湿度有所不同；常遇到的土壤材料的导热系数，会相差两倍以上；如果大地导热系数相差两倍，在一定的条件下，设计管长，可以减少大约20%；同时，在提高回填材料的导热系数上，多年来国外都做了不少改进。

大地导热系数的测定，要在没有被热扰动过的土壤中现场进行。依据国际上的大地导热系数模拟装置的原理，大地导热系数模拟装置已测出多种数据；该装置由北工大地热供暖课题组，在研究工作中，自行研制、设计和施工；经过了实验检验；并且经改进后，还扩大了其功能。

3.2 合理的热泵选择

一是根据当地的地质与水文地质条件、经济能力、政策导向等因素，进行合理的选择，已采用效率高、费用可以接受的热泵方式及设备。

二是按照低的进水温度选热泵，以免制热量不够；由国外某知名的热泵厂家给出的数据表明，该热泵水源侧供水温度3.9℃时的制热量，比14℃时的制热量，大约小一倍；并且样本上说明，不鼓励在该低温工况下运行。

三是要选能承受冬季的低温，夏季的高温的土壤源专用热泵；能承受水源侧进水温度－5℃，和43℃的热泵；不仅在自控上体现了保护温度的不同，在制冷系统上，还应该有必要的措施。

3.3 严格的施工技术

（1）要有定点专用厂家生产关键的设备与管件材料：例如，热泵主机的性能稳定，U型管的底部接头、双U型管的上部接头等，是导致水流阻力加大的主要部位。

（2）井孔的回填材料和方法：回填材料影响导热系数；要使用砂浆泵加压灌浆法，可以保证较高的导热系数。

（3）施工单位要有相应的资质，施工人员（包括电熔焊工和下管，回填工）要进行培训，并有合格证书。

（4）杜绝低劣，粗放的设计，施工工艺，才能保证效果。

3.4 长期的效果监测

根据大地导热系数的测定结果，在设计、工完成后，可以进行使用20～50年的效果模拟预测，主要是确定热泵水源侧，冬夏的最高，最低温度的逐年变化；这样就可以知道其制热量和制冷量的逐年变化；一般说，当冬夏热冷负荷基本一样时，水源侧的冬夏的最高，最低温度也还会逐年上升，这对于北方的供暖有利。

3.5 规范化管理和许可证制度

国家应制定统一标准，包括：地埋管的钻孔，设计，施工规范等。我国是一个大国，任何事情，无序发展，势必造成混乱；由于钻孔的高利润，只要买个小钻机，个体的钻孔很容易实现；据调查，有的工地，钻孔的斜度，可以与相距4～6m的临近钻孔相交汇。地下工程是隐蔽工程，如果无序进行，对于其他地下设施，势必会造成影响；

政府有关部门，应制定地热地源发展规划。北京是世界最大的城市之一，热泵技术的发展（包括土壤源和地下水源等）应在浅层地温条件调研的基础上，由有关部门提出科学的发展规划。为加强管理，应制定法规，以规范这一技术的有序发展。

对于土壤源热泵系统，可能带来的土壤环境保护问题，应有所准备；要有序钻孔，以保护一个清洁的地球。

4 北京地区深层地热、浅层地热的发展与政策

4.1 深层地热

为科学引导地热的发展，北京已经编制2006—2020年地热资源可持续利用发展规划。近年内的发展重点，一是进一步探讨为加强地热资源的科学管理，实行保护性限量开采的有关政策。市政府有关部门已经发出通知，支持地热供暖项目的发展，但要求采取回灌措施，保证将采暖弃水进行回灌；强调温泉休闲度假旅游项目的发展，按不同用途进行循环过滤、中水处理、综合利用，实现零排放的目标。二是支持延庆生态农业县的无烟城建设，提高当地的旅游品牌。例如延庆县城人口不足10万，按规划目标，总建筑面积约500万m²，当地地热埋深2000m，可打出70℃左右、日采3000m³地热水，具有发展地热供暖的地热资源条件。实现地热供暖，可为当地减少50%左右以上的燃煤锅炉。

4.2 浅层地热

浅层地热的开发利用，需要具备一定的地质和水文条件，才能取得较高的效率，达到理想的供暖/制冷效果。为加强地热资源的开发管理，规范开发中的市场行为，应该立项进行全市浅层地热资源情况和水文地质条件的调查，并在调查的基础上，划定适合于不同热泵技术发展的条件和范围，编制相关的发展规划，以便引导浅层地热能科学合理的利用。

4.3 地质环境的监测

加强对浅层地热利用的管理和规范，特别是保证水源热泵系统中地下水资源的回灌、水质检测与地质环境监测，十分重要，应引起有关部门的足够重视。

4.4 发展前景

鉴于改善能源结构和节约资源的需要，北京市为加强浅层地热资源等可再生能源的利用，提出未来几年内发展1亿m²供暖面积的目标。这一目标的提出，完全体现了北京地区发展清洁能源和节约资源的紧迫性。为实现这一目标，在市发改委的牵头下，市政府9个委办局共同研究、制定了相关的扶持政策，加强对地热与浅层地温资源利用的支持，引导地热于浅层地源热泵项目，给予一定数量的项目改造或建设资金的补助政策。预测在这一政策的促进下，北京市地热与浅层地热等可再生能源的利用会有一个快速的发展。

参考文献

［1］丁良士等.从深层到浅层地热供热/制冷看北京2008奥运场馆能源建设.2003

［2］北京市地质矿产局地热处.北京市地热资源2001—2010年可持续利用发展规划.1999

［3］陈建平.北京地热资源管理研究.2002.北京地热国际研讨会论文集，北京：北质出版社，273～283

⑹ 地暖的安装与调试

1，低温热水地面辐射供暖系统未经调试，严禁运行使用。
2，低温热水地面辐射供暖系统的调试运行，应在具备正常供热和供电的条件下进行。
3， 初次供暖（运行调试）必须在混凝土填充层的养护周期结束，填充层完全自然干燥后进行。
4，低温热水地面辐射供暖系统的调试工作应由施工单位在建设单位配合下进行。
5，初次供暖时，热水升温应平缓，供水温度应控制在比当时环境温度高10℃左右，且不应高于32℃。在这个水温下，应连续运行48h；以后每隔24h水温升高 3℃，直至达到设计供水温度。在此温度下应对每组分、集水器连接的加热管逐路进行调节，直至运行正常。
6，低温热水地面辐射供暖系统的供暖效果，应以房间中央离地1.5m处黑球温度计指示的温度，作为评价和考核的依据。 随着计量供热技术在中国的大力推行，低温地面辐射供暖在中国民用建筑中逐渐推广。本文介绍了地面辐射供暖系统的形式和特点并对低温地面辐射供暖系统的供热调节方法进行分析和研究。
引言
地暖是一种和传统散热器供暖不同的新型供暖方式，和以对流散热为主的散热器供暖相比，具有室内温度分布均匀、舒适性好、节约能源、易实现分户热计量、维护管理方便等优点。随着计量供热技术在中国的大力推行，以及国家对建筑节能的日益重视，低温地面辐射供暖系统在中国民用建筑中逐步受到重视，得到广泛的采用。
在供热系统中，通常把供暖热负荷随室外温度的变化规律作为供热调节的依据。供热调节的目的，在于使供暖用户的散热设备的放热量与用户热负荷的变化规律相适应，以防止供暖热用户出现室温过高或过低。但是，有人实地调查过，有用户采用地暖系统仅过了一个采暖期就要求改为其他采暖方式，原因是房间太冷达不到用户的舒适性要求，有的用户则相反，抱怨房间太热，室温达到26℃以上，而且调节作用也不大，只好开窗子，从而造成了能源的浪费。因此正确分析低温地面辐射供暖系统中出现的问题，尤其是弄清供暖系统的调节过程，对于推广该系统的应用，提高供暖质量有着重要意义。
1 地暖系统的形式与特点
地暖系统的形式。低温热水地面辐射供暖是将具有一定温度的热水，通入被埋置于地板构造层中的加热盘管，经过构造层的热量传递，使地板表面被加热。被加热的地板表面以辐射散热为主的方式，向室内散热以弥补房间的热损失，达到采暖的目的。
构造层中的加热盘管与建筑构造相结合，根据房间大小可以在一个房间设置一个或几个环路，小的房间也可以几个房间设置一个环路。各环路的供、回水管连接到分集水器下，每个用户的分集水器通过楼内供、回水干管与室外管网相连接。
地板构造层的形式。通常采用的地暖构造层形式为混凝土内埋管式，其主要构造为楼板、保温层、加热管、填充层、找平层和地板表面层。在靠近外墙的地方同时也要加保温层，减少热损失。在底层或首层直接在地面上敷设时，还应加防水层，以免土壤中水分渗人，损坏保温层，降低采暖功率。
地暖系统的特点。由于采暖的机理不同，低温热水地面辐射供暖具有以对流散热为主的散热器采暖所没有的优点和节能效果。
舒适性高。室内地板表面温度均匀，室温由下而上逐渐递减，给人以脚暖头凉的舒适感觉；由于空气对流小，避兔了灰尘的飞扬，室内环境清洁卫生。
节能效果显著。低温地板辐射采暖的室内设汁温度较常规散热器采暖可以降低1℃-3℃。
地面上无任何管道设备，不占用房间和地面有效面积，不仅为用户增加了使用面积，而且美观。
便于调节和控制。只要在分集水器处设置调节或控制装置。就可以方便的进行调节和控制，满足各房间所要求的不同工况。热稳定性好。构造层的混凝土蓄热能力大，因此室温变化缓慢，温度波动比较小。
便于进行分户计量。中国采暖收费基本是按采暖建筑面积计费的方法，这种方法存在很多弊病，无论室内温度状况如何，不论室内采暖与否一律平等收费，从而导致能源的极大浪费，最合理的计费方法应该是按照各用户实际用热量来核算。
2 地暖系统的初调节分析
2.1 初调节的必要性
在传统的散热器采暖系统中，初调节是必不可少的，对于地暖系统的初调节更应得到充分重视，在传统系统中，如果初调节不合理，可以通过增大系统流量来弥补，造成大流量小温差运行．这样虽然能够保证系统的稳定性，同时也降低了系统的可调节性。对于地面辐射供暖系统，可调节性是它的一大优点，也是它的根本所在。某一用户的调节或多或少会影响到其他用户，只有做好系统的初调节，才能有效减少既定管网中各用户之间的相互干扰。
系统流量越大，末端用户的室温越高，近端与末端用户的室温偏差越小，水力失调对热力失调的影响越小。供热系统大流量运行是靠提高末端用户流量，抑制近端用户流量的办法来达到消除系统热力工况水平失调的目的。但是大流量运行并没有从根本上消除系统的水力失调，各热用户流量分配不均的问题并没有解决。大流量运行具有以下缺点：降低了用户的自主调节的能力。需要较大的水泵，能耗大，增大初投 资和运行费用。
初调节一般在供热系统正式运行前进行，目的是将各热用户的运行流量调节至理想流量，即满足热用户实际热负荷需求的流量，当供热系统为设计工况时，理想流量即为设计流量。也就是说，初调节主要是解决流量分配不均的问题，如果不进行初调节，则整个供热系统基本上呈现不一致失调，同时系统的总流量一般超过设计的总流量。
2.2 初调节方法
手工进行初调节有多种方法，如阻力系数法、预定计划法等，但或因计算工作量大或实地调节工作量大，一般难以实际采用。由于供热系统冷热不均现象普遍存在，近几年来，国内外有关专家和工程技术人员陆续提出了多种初调节方法，如比例法、补偿法、计算机法、模拟分析法、模拟阻力法、温度调节法、自力式调节法及简易快速法等，在实际供热系统中都有操作实施价值，在不同程度上具有简单、方便、准确、可靠等特点。
3 直接连接地暖系统的调节方法
对于直接连接的地暖系统，设计供回水温差小，规范要求10℃，所以系统的循环水流量比较大。常用的调节方法如下：
质调节的方法。采用此方法时系统始终保持设计流量运行。我们知道，供水温度的改变对地板表面散热量的影响是很大的，以导热系数最小的面层材料地毯来说，管间距为300mm时，供水温度每升高5℃，地板表面散热量增加15W/m2，而导热系数最大的面层材料大理石，管间距为300mm时，供水温度每升高5℃，地板表面散热量增加31.65W/m2，而室温的变化对散热量的变化要求又相对较小，因此采用质调节的方法是可行的。
集中量调节的方法，采用此方法时系统的循环水量随着室外温度的变化而变化，而供水温度保持不变，始终保持设计值。当系统循环流量小于设计循环流量的50%时，曲线的坡度比较大，流量的变化对地板表面散热量的影响明显，而当系统循环流量超过设计流量的50%时，流量的改变对地板表面散热量的影响很小。这说明对于直接连接地面辐射供暖系统，采用量调节的方式，只有在系统循环流量较小的时候才有较好的调节性能，而我们知道，地面辐射供暖系统的供回水温差较小，在热负荷不变的情况下，系统流量所需流量很大，是散热器采暖的2.5倍，因此不建议地面辐射供暖系统采用量调节的方式。
分阶段改变流量的质调节，采用此方法时可以根据室外温度的变化情况，分几个阶段减少循环流量，而在同一阶段内，循环流量维持不变，实行集中质调节。这种调节方法是质调节和量调节的结合，可以吸收两种调节方法的优点，又可以克服两者的缺点，适用于暂时还未推广变速水泵的中小型供热系统。在不同的流量下，供水温度对散热量的影响是不同的，随着流量的减小，这种影响越来越小。那么在调节的时候，我们就应该尽量选择较大的流量。一般将整个供暖期分三个阶段来改变系统循环流量，分阶段改变流量靠多台水泵的并联组合来实现。