北京市平原区地源热泵系统适宜性分区评价

北京平原区浅层地温能可供暖9.59亿平方米
段金平
【期刊名称】《城市地质》
【年(卷),期】2009(4)2
【摘要】近日通过评审的《北京平原区浅层地温能资源地质勘查报告》表明，北京平原区浅层地温能资源潜力折合0．662亿吨标准煤，可供暖面积达9．59亿平方米，可满足2020年北京市总体规划中总供暖面积的要求。

该项目由北京市财政出资，北京市地勘局承担，历时3年，项目组调查了北京平原区6400平方千米范围内3米～150米的浅层地温能资源的特征和分布规律、研究评价浅层地温能资源的资源量，并进行了地源热泵适宜区划，成果总体达到国际领先水平，被评为优秀级。

【总页数】1页(P52-52)
【关键词】北京平原区;浅层地温能;地质勘查;总体规划
【作者】段金平
【作者单位】《城市地质》编辑部
【正文语种】中文
【中图分类】P621
【相关文献】
1.北京平原区浅层地温能资源地质勘查成果 [J], 卫万顺;郑桂森;王新娟;李文伟;栾英波;徐光辉;刘清晓;江剑;王泽龙
2.北京平原区浅层地温能分布规律研究 [J], 王新娟;栾英波;路明;李志萍
3.浅层地温能资源地质勘查评价体系探讨——以北京平原区浅层地温能资源地质勘查为例 [J], 卫万顺;郑桂森;栾英波;王新娟;李文伟;冉伟彦;王泽龙
4.北京平原区浅层地温能可供暖
5.59亿平方米 [J],
5.北京平原区浅层地温场特征及其影响因素研究 [J], 卫万顺;郑桂森;栾英波
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北京平原区浅层地温能分布规律研究王新娟1栾英波2路 明1李志萍1(1.北京市水文地质工程地质大队 北京市 100195 2.北京市地质矿产勘查开发局 北京市 100195)提 要 浅层地温能分布规律的研究,是浅层地温能资源合理开发利用的重要依据。

该文研究了影响北京平原区浅层地温能资源分布规律的地质构造、第四系空间结构及地下水径流条件,2008年6月地下水温测量结果。

研究表明:北京平原区浅层地温除几个地温异常区地温偏高(摄氏20几度)外,其余地区均在14.5e ~16.5e 之间,适合应用热泵系统。

该研究成果可以作为指导北京平原区浅层地温合理开发利用的依据。

关键词 浅层地温 第四系地层 地质构造 地下水径流Study of Distribu tion Law of Shallow Geothermal EnergyResources in Beijing Plain AreaWang Xinjuan 1Luan Yingbo 2Lu Ming 1Li Zhiping1(1.Beijing Hydrogeological and Engineering Geological Team2.Beijing Municipal Bureau of Geological Exploration and Development)Abstract The study of the shallow geothermal resources distribution is the important basis for the rational de -velopment and utilization of shallo w geothermal resources.In this paper,based on the impact of shallow geo -thermal of Beijing plain resources distribution of geological structure,Quaternary spatial structure and groundw -ater runoff conditions etc,combining the surveying results of groundwater temperature in June,2008,the study indicates:shallow geothermal of Beijing plain area is between 14.5e ~16.5e except the higher ground temperature (20degrees or more Celsius)in a few abnormal places,and it is suitable for lising heat pump sys -tems.The study results about the shallow ground temperature distribution la ws can be as the basis to guide for rational development and utilization of shallow geother mal in Beijing plain area.Keywords shallow geothermal;quaternary system stratum;geological struc ture;groundwater runoff作者简介:王新娟(1973-),女,博士,主要从事地下水资源和水环境评价及浅层地温能资源开发利用研究。

北京市平原区地下水分层质量评价北京市平原区是中国北方的一片平原地区，地下水资源丰富，被广泛用于市民生活和工农业生产等领域。

地下水质量评价是对地下水资源进行合理开发和利用的重要基础，本文将从地下水分层质量评价的角度，探讨北京市平原区地下水资源的利用和保护问题。

北京市平原区地下水分层结构复杂，主要分为地表层、中等深层和深层三大类。

地表层浅层地下水多受人类活动影响，含有大量的有机和无机污染物。

中等深层地下水多受自然影响，水质较稳定，但对部分地区影响较大的污染物含量仍需掌握，如硝酸盐、氟盐等。

深层地下水相对稳定，但含盐量较大，不适用于大规模使用。

针对各层水质特点，地下水分层质量评价一般采用物化分析和生物毒性评价相结合的方法。

物化分析包括各种物理性质、化学成分和微量元素等重要数据，通过综合分析地下水水位、水压、梯度和流向等水文地质属性来评价同层地下水质量状况。

生物毒性评价则主要是以有机物污染为主，通过对地下水中有机物和微生物之间的生态关系研究，确定地下水生物毒性与有机物之间的关系。

根据北京市平原区的实际情况，地下水分层质量评价首先需要加强浅表层地下水的监测和分析，建立健全的地下水保护与监管机制，尤其是对于城市市区及工业园区周边的地下水监测需加强。

其次，需要对中等深层地下水进行综合评价，既要关注局部污染物的含量，也要重视重金属和硝酸盐等其它重要因素。

同时，深层地下水主要是作为防渗层使用，需要针对含垢、含盐等特点进行科学选取，确保水利工程和生态环境的安全。

总的来说，北京市平原区的地下水分层质量状况是复杂的，需要综合考虑多种因素，以便制定相应的针对性保护和开发政策。

未来，需要进一步加强地下水科学与管理能力，注重科学规划和保护，推动地下水资源的合理开发和利用。

基金项目作者简介江苏赣榆人博士高级工程师刘立才王理许北京师范大学水科学研究院北京北京市水利科学研究所北京摘要鉴于目前地下水热泵系统应用的无序性为了科学合理地评价含水层对热泵系统的能量承载力采用地下热评价结果表明能够充分发挥热泵系统节能环保的优点优于均衡法和热储法热泵系统承载能力与含水层的厚度呈显著的正相关山前地区含水而东南平原区承载力较大关键词地下水热泵系统能量承载力热传递热量储存法研究背景地下水热泵系统通过地下水抽灌循环实现建筑物冬季采暖和夏季制热泵系统利用部分系统因回灌井堵塞浪费了地热突破严重这就需要耗费大量的电能才能实现热量转移另外相邻热泵系统的抽灌井群间严重的相互干生过程缓慢的科学应用平原区水文地质条件及分区自山前向东南平原区第四系地层结构由山前粗颗粒的相应地浅层地下水北京地区热泵系统的抽灌井深度限制在以浅层地下水作为热泵系统的冷热源既达到了充分利用清洁能源的目由于山前含水层层为统一计算以内的含水层叠加等效按照单一含水层的等效渗透系数和厚度可将平原区分为各亚区含水层的渗透系数和厚度见表图北京平原浅层地下水水文地质亚区分布表水文地质亚区含水层及黏性土参数序号含水层代表岩性等效渗透系数平均厚度有效孔隙度体积比热容热导率纵向弥散度横向弥散度中砂中细砂中砂砂砾石中细砂中细砂中粗砂砂砾石粗砂砂卵砾石卵砾石卵砾石卵砾石卵砾石砂卵石砂砾石砂砾石砂砾石粗砂粗砂砾石砂卵砾石种方法因热泵应用实际过程中要根据建筑物能量需求设计以单位面积含水层对地下水热泵系统的能量负荷承载力作为本次评价目标数值法评价多应用于注入含水层的水的冷热丘变化计算和地源热泵应用过程中地温场的模拟评价原则以单个热泵系统可以长以保证多评价流程水位降以单井出水能力作抽递数学模型在北京地区年内冬季采暖期一般为季制冷期一般为北京地区地下水热泵系统抽灌井之间的能量转移温差一般为在抽灌平衡下允许一定程度热突破不低于通过不并开展相邻热各亚区单井出水能力估算及地下热传递模型求解定足够大的边界范围以抽水井参数选取及使用资料黏性土和砂层的热导率一般为在上述参数取值范能边界条件抽灌井形成的水动力场影响范围以外黏性土厚度为各亚区按照以内地下水黏性土参数见表将研究区域的侧面垂向上不同点具设定地下水天然状态水力坡度为个侧面的水压力值和北京平原区地下水初始温度根据测定结果设为学模型及定解条件如下式中为有效孔隙度为水的比热将偏微分方程进行离方向的三维网格剖分时间离散的步长取经数值法求解上述数学模型可计算出热泵系统运行过程中各结点的水北京地区地下水热泵系统的采暖期一般较制冷期多个月系统长期运行要消耗场地部分浅层地热于则可以保证夏季回灌水温度不高于在各水文地质亚区地下热传递模型的数值法计算过程直至满足温度约束条件根据各亚区地下热传递数值模型计算出的抽灌场地各结点水压力和温度的计算结果地下水流场的影响范围以场地外围地下水升降幅度为界温度场影响范围以温度场影响半径和地下水流场的影响半径计算结果见表从表中可以看出温度场的影响半径约为流场影响半径单位面积含水层可承载的能量负荷计算究竟应该采用水动力场影响范围还是应采用地下温度场影假定相邻热泵系统抽灌场地如图所示其中经地下热传递模型计算当而当为温度场影响半径时两热泵系统场地的地下温度场基本不相互干图所示的第水文地质亚区当为温度场影响半径时相邻热泵系统抽灌场地年采暖期末相邻热泵场地温度场分布而利用温度场影响范计算结果见表能量负荷与的比值能量均衡法和热量储存法评价能量均衡法评价条件北京地区因年内采暖期为仍以年为热泵运行年限设定场地初始温度为当抽灌场地的年平均温度不低于冬季采暖期回灌水的温度不低于如此抽灌场地每年温度平均下降幅度不应小于抽灌场地因温度下降年内损失的热量为式中为水的质量比热容为含水层的孔隙式中计算出的各水文地质亚区的单位面积含水层可支撑的能量负荷见表热量储存法评价热储法是一种浅层地热能资源量评价方法评价一定含水层体积内储存的热可引入该方法估算各水文地质亚区单位面积含水层对地下水热泵系统的能量负荷承载利用该方法评价单位面积含水层可承载的能量负荷北京市地下水热泵系统年内一次制冷或采暖的平均时间为假定夏季注入地下的热量可补偿冬季自地下提取的热量能量提取温差式中各亚区单位面积含水层可承载的能量负荷计算结果见表种评价方法分析对比据表能量均衡法估算的而热储法估算的根据热储法和能量均衡法的种方法计算结果的差异性有其深刻的内在原因而能量均衡法和热量储存法是静态计算方现单位面积含水层的承载力与厚度关系值与含这与均衡法和热储法推导出的与因各亚区含水层介质比热容相差不大图从图上可以直单位面积含水层能量负荷承载力分区及探讨根据各水文地质亚区单位面积含水层对地下水热泵系统能量负荷的承载力的计算结果可将平原区值可分为所浅层含水层单位面积承载能量负荷分级根据数值法层地下水含水层厚度较大单位面积含水层利用地下水热泵系统可承载的能量负荷较高而西部山前地对于管理部门而言最为关注的是地下水热泵系统运行期的地下水回灌率回灌率越高在基于此在山前地区均衡法和热储法是静态计算方法而数值法真实反映出抽灌场地与外界存在热量交换的开其评价结果优划分为北京平原区单位面积能量负荷与含水层厚度正相关与地下水回灌的难易程度相矛山前参考文献薛禹群等含水层热量输运中自然对流和水贝尔?河北省地质局水文地质四大队国土资源行业标准李。

地源热泵在中国的适宜性评价中国地源热泵在过去的10年里迅速发展，到2010年底已达到1.8亿建筑平方米的应用，几乎是每年近30%的发展速度，一年的总量基本上相当于发达国家的总和。

如此快的发展速度也带来了一些问题。

面对日益严峻的能耗环境，国家加大力度扶用关联技术研究与示范中的一部分。

参与完成该课题研究的有5家单位，中国建筑科学研究院、中国地质科学院水文地质环境研究所、哈尔滨工业大学、重庆大学和中国最早生产地源热泵的山东富尔达空调设备有限公司，还有将近20家系统经营商等开发公司企业共同参与，完成了中国地源热泵适宜性评价的标准。

适宜性研究按照中国目前的发展来讲，分为土壤源热泵、地表水源热泵、地下水源热泵、污水源热泵四大类。

徐伟院长以目前在中国应用较多的土壤源热泵为例，详细介绍了适宜性研究结果。

二、各类型热泵的适宜性研究区应用复合型的案例较多。

由于居住建筑的复合特征和公共建筑差别很大，适宜区是在黄河中下游一直到华北的寒冷地区，东北、西北、华北就不适宜了；夏热冬冷地区是适宜区，广东、广西、海南、福建是不适宜区。

根据这些研究结果来看政府推广地源热泵的政策是有重要意义的。

地下水热泵的适宜性最大的指标取决于水文地质，就是地下水资源条件。

中国地质科学院水文地质环境研究所在这方面做了非常深刻的研究，把他们的研究结果和热泵系统结合在一起，考虑复水性、水温、矿化度、地形地貌微观条件，以及人口密度、人均TTP、年降雨量等因素来共同分析。

根据这些条件，夏热冬冷地区水资源丰富是适宜区，北方地区水资源条件不充分不适合应用地下水热泵。

区，城市级或区域级的评价可以依据这个方法展开。

具体到某一个项目的适宜性要以区域性的评价分离为指导，同时也要考虑项目的具体特点。

一般情况下，区域性的不适宜是普遍性的，我们的研究成果不代表某一个项目是不是适宜，也许还有别的特点，这就是普遍性和特殊性的区别。

北京市国土资源局关于地源热泵(地埋管方式)项目需进行地质条件评估及加强地质环境监测的通知文章属性•【制定机关】北京市国土资源局•【公布日期】2008.10.15•【字号】京国土热[2008]531号•【施行日期】2009.01.01•【效力等级】地方规范性文件•【时效性】失效•【主题分类】国有资产监管正文北京市国土资源局关于地源热泵（地埋管方式）项目需进行地质条件评估及加强地质环境监测的通知（京国土热〔2008〕531号）各地源热泵项目建设单位、各地勘单位、各区县国土资源分局：为加强本市浅层地温资源有序开发和规范管理，做好浅层地温资源项目对地质环境影响的监测，引导浅层地温资源的科学利用，按照《关于发展热泵系统的指导意见》（京发改〔2006〕839号）的要求，现就本市地源热泵（指以地埋管方式利用浅层地温资源，下同）项目建设的有关问题通知如下：一、项目建设单位建设浅层地温资源地源热泵项目，需进行项目所在地区的地质条件评估，并取得国土资源部门的评估意见。

地源热泵项目供暖或制冷面积大于10000平方米（含）的项目，由市国土资源局出具评估意见；小于10000平方米的项目，由项目所在地国土资源分局出具评估意见。

二、建设单位申请地质条件评估意见时，应提交下列材料：（一）关于建设地源热泵项目地质条件的评估申请书。

（二）项目所在地区的浅层地温地质条件勘查评价报告。

1．规模为10000平方米以上（含）的项目，需提交地源热泵项目浅层地温地质条件勘查评价报告，并取得专家论证的意见。

2．规模为2000－10000平方米的项目，需提交项目浅层地温地质条件勘查评价报告，报告可不经专家论证。

3．规模为1000－2000平方米的项目，提交地源热泵项目浅层地温地质条件的简述资料。

4．规模为1000平方米以下（包括私人住宅项目），不提交浅层地温地质条件评价资料。

（三）项目所在地区的地理位置及占地范围图（1∶2000）。

（四）项目拟承担单位的资质证明。

收稿日期：2010-01-14作者简介：董殿伟（1978—），男，工程师。

受当地地质、水文地质条件中多种因素的影响，蕴藏于地下岩土体内的浅层地温资源的开发利用方式及适宜性存在较大差异。

北京市地区浅层地温能资源量巨大，据最新研究成果表明，北京市平原区浅层地温能静态储量为1.9×1015kJ ，折合6620×104t 标准煤，可供暖制冷面积为9.59×108m 2，不但能满足2020年北京市供暖需求，还可以减少烟尘排放量15.09×104t 和二氧化碳排放量9633.63×104t ，能有效缓解北京市石化燃料紧张和环境压力巨大的问题。

因此，选用科学合理的方法，以地质条件为基础，水文地质条件为依托，评价浅层地温能资源的不同开发利用方式，即地埋管式和地下水式地源热泵在北京市平原区的适宜性，用于指导浅层地热能资源开发利用和实际工程是非常必要的。

层次分析法是适合于浅层地温能开发利用适宜性评价的有效方法。

1北京平原区地源热泵系统适宜性分区评价1.1层次分析法概述层次分析法(Analytia1Hierarchy Process ，简称AHP)是美国匹兹堡大学教授A ．L ．Saaty 于20世纪70年代提出的一种系统分析方法。

AHP 是一种能将定性分析与定量分析相结合的系统分析方法，把要解决的问题分层系列化，即根据问题的性质和要达到的目标，将问题分解为不同的组成因素，按照因素之间的相互影响和隶属关系将其分层聚类组合，形成一个递阶的、有序的层次结构模型，然后对模型中每一层次因素的相对重要性，依据人们对客观现实的判断给予定量表示，利用数学方法确定每一层次全部因素相对重要性次序的权值，通过逐层比较各种关联因素的重要性来为分析、决策提供定量的依据。

这种层次权重分析方法在目标因素结构复杂且缺乏必要数据的情况下使用较为方便。

浅层地温能不同利用方式的适宜性受地质、水文地质条件、地下水动力场、水化学场、施工条件、岩土体热物性等条件影响，各因素的影响程度各不相同，需要首先根据各影响因素的重要性确定其权重值，再进行定量分析，以评价不同条件下利用浅层地温资源的适宜性，可由层次分析法实现。

地下水源热泵应用适宜性评价指标体系研究地下水源热泵是一种利用地下水的恒温性能进行供热、供冷和制热的热泵技术。

该技术具有环保、节能和可持续性的特点，能够在较长时间内提供稳定的热量和冷量，受到越来越多的关注和应用。

然而，在应用过程中需要考虑到多种因素，因此需要建立一套科学完备的评价指标体系，以评估地下水源热泵技术的应用适宜性。

1. 能源适宜性指标能源适宜性指标主要包括地下水源温度和水量满足度、地下水的水质和可持续利用度等。

地下水温度和水量是地下水源热泵技术运行的基础，需要评估地下水源是否满足热泵的运行需求。

此外，地下水的水质和可持续利用度也是评估指标的重要组成部分。

2. 经济适宜性指标经济适宜性指标主要包括项目总投资、运行费用、经济收益和维护费用等。

地下水源热泵技术需要消耗一定的能源和资源，建设投资和开发成本都是需要考虑的因素。

在经济适宜性指标的评估中，需将地下水资源的长期利用效益加以考虑，以保证经济效益和环境效益的平衡。

3. 社会适宜性指标社会适宜性指标主要包括技术可行性、环境影响和社区影响等。

地下水源热泵技术需要满足环保要求并且与社区环境相协调，以避免对社区造成影响。

此外，热泵技术的安装和维修都需要一定的专业技能和资质，因此应评估技术的可行性。

4. 行政适宜性指标行政适宜性指标主要包括法律政策支持、标准规范和城市规划等。

热泵技术需要符合国家的法律政策要求，建设过程需要严格遵守相关标准规范和城市规划。

此外，对于地下水源热泵技术的推广和应用，需要受到相关部门和政策支持。

总之，地下水源热泵技术具有较强的环保性和节能性，但其应用需要考虑多种因素，进行综合评估，以确定其适用性。

建立科学完备的评价指标体系，有助于全面评估地下水源热泵技术的应用适宜性，为其广泛应用提供一定的指导和保障。

北京地区地热流体质量评价路明【摘要】地热流体的质量决定了其使用方向,以往地热流体质量评价主要为单井评价或局部区域评价.本文首次利用140件地热水化学资料开展全区地热流体质量评价,主要包括医疗热矿水质量评价、渔业用水水质评价、农业浇灌用水水质评价及地热流体腐蚀(侵蚀)性及结垢趋势评价.评价结果显示,北京市地热水绝大部分地热水中含有氟且达到命名浓度,多数含有偏硅酸且达到医疗价值,有的达到命名浓度.北京市只有1/4左右到的地热井可进行渔业直接用水;根据钠吸附比进行评价,88.6%地热水不适于农业浇灌直接用水;北京地区的地热水中导致腐蚀的因素是比较弱的,结垢趋势也相对较弱.【期刊名称】《城市地质》【年(卷),期】2017(012)002【总页数】7页(P53-59)【关键词】地热;质量评价;腐蚀性评价;结垢性评价【作者】路明【作者单位】北京市水文地质工程地质大队,北京 100195【正文语种】中文【中图分类】P314地热资源是清洁能源，是独特的不可代替的可再生资源。

目前已广泛应用于地热采暖、保健、康复医疗、洗浴、娱乐等方面，取得了良好的社会和经济效益，具有很好的发展潜力和前景（申建梅等，2000；关凤峻等，2010；李安宁等，2001；宾德志等，2002；周训等，2006）。

北京地区地热资源主要分布于平原地区（含延庆盆地），属盆地传导型中低温地热资源，主要分布在相对独立又有一定联系的10个地热田中，地热资源温度范围为25℃～118.5℃。

平原区地热水的分布明显受断裂构造的控制（Zhou Xun et al，2008；柯柏林，2009；吕金波等，2001；林黎等，2007；国家技术监督局，1993）。

北京地区主要热储为蓟县系雾迷山组硅质白云岩，寒武系和奥陶系灰岩在盖层条件具备的情况下也是较好的热储，个别地区高于庄组白云岩和裂隙发育的侏罗系安山岩热水也较为丰富（刘凯等，2014；刘凯等，2015；Edwards et al，1987）。