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
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
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
北京地区地源热泵系统地质条件评估工作浅谈
度看 ， 浅层地热资源属于地热资源的一部分 ， 对地 质条
件评估工作的要求当然也应遵从 “ 矿产 资源法 ” 的管理
文件 明确以从政府基本建设资金拨 付补 贴的方式来推
要 求的有 关规 定 （ 从勘查 、 规划 、开发 、管理 、 地质资
作者简介 ：姜再新 ，男，４ 岁 ， 工环地质高级工程师 ，国家注册监理工程 师 ，国家注 册咨询工程师 （ ９ 水 投资 ） ，北京市地热协会副秘书长 ，《 地源
借鉴意 义。
阶段 。 对我们 国家来说 ， 政府 管理层面上这样 的流程与
１ 相关背景和工作 目标
１１相 关 背 景 ．
北京地 区关于地 源热泵方面的工作开展 ， 系统 从
种类 、功能、规模 再到系统室 内外冷热源所对应 的建
相应的接 口关 系是 源于国家经济建设运行的体制 （ 或 轨道 ） 从计划经济转型到市场经济 ， 特别是加入 ＷＴ Ｏ 以后 ， 融入国际经济 大循环 的需要 ， 国家在投资项 目的 立项 程序上必须与 国际通 行的规 则接轨 。 为此 ， 国家计
是 ８ ９号文 件就规定 了备案前 须开展地 质条件评估 、 ３ 水资 源评估 、环境评估 、规 划评 估的前置要求 。
８９ ３ 号文件 强调 “ 强前 期工作 ” 加 ，前期所指 即立
项前 的决 策咨询阶段 ，也就是通常所说 的可行性研 究
同 ） ，笔者认为此 问题 的讨 论对开式系统仍然有技 术
０ 引言
本文所讨论的问题是地源热泵系统地质条件评估 工作有关的 内容 ，这个题材就技术 内容看 ，主要是进
行 热 交 换 的 ２ 冷 热 源 所 在 的 系 统 条 件 之 间 的 匹配 问 个
广此项技术 的应 用。 由于备 案 、申请补贴的过程事实
北京平原区浅层地温能分布规律研究
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。
北京平原区浅层地下水热泵系统承载能力评价
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。
地源热泵系统检测和评估方法
❖ 系统设置
四、工程实例
四、工程实例
测试项目
➢ 地下源热泵系统
室内外环境参数的测试 （1）室内温度 （2）室外温度
热泵机组的性能测试 （1）热泵机组热源侧的进出口水温 （2）热泵机组热源侧的流量 （3）热泵机组用户侧的进出口水温 （4）热泵机组用户侧的流量 （5）热泵机组的输入功率
热泵系统供热/冷的效果评估 热泵机组的性能评估 热泵系统的性能评估 节能效益的评估 环境效益的评估 经济效益的评估
三、测试评估方法
测试条件
➢地源热泵系统的测评应在工程竣工验收合格、投入正常使用后进行。 ➢地源热泵系统制热性能的测评应在典型制热季进行，制冷性能的测评应 在典型制冷季进行。对于冬、夏季均使用的地源热泵系统，应分别对其制 热、制冷性能进行测评。 ➢热泵机组制热/制冷性能系数的测定工况应尽量接近机组的额定工况，机 组的负荷率宜达到机组额定值的80%以上；系统能效比的测定工况应尽量 接近系统的设计工况，系统的最大负荷率宜达到设计值的60%以上；室内 温湿度检测应在建筑物达到热稳定后进行。 ➢应同时对测试期间的室外温度进行监测，记录测试期间室外温度的变化 情况。
四、工程实例
测评结果
➢ 热泵机组性能
✓ 地源侧性能测试：当地的水文、地质情况和地源侧换热系统的性能， 测试结果反应了地源热泵方案的可行性和适用性。
✓ 应用效果测试：地源热泵系统的实际性能，测试结果反映了设备、设 计、安装和运行管理的综合能力和水平。
二、目前的现状
不同测试方法的区别
➢ 测试目的
✓ 试验室测试：对不同热泵机组的性能进行分析和评价，为热泵 机组的设计和选型提供依据。
三、测试评估方法
评估方法
➢ 节能效益评估
北京市浅层地温能资源评价及开发利用前景分析
评价分区结果
根据浅层地温能适宜性区划结果，北京平原区地下水 式地源热泵适宜区和较适宜区主要位于永定河冲洪积扇、 潮白河冲洪积扇和拒马河冲洪积扇的中上部，第四系颗粒 较粗，岩性以砂砾石或砂卵砾石为主，含水层赋水性好， 单井出水能力较大，地层回灌能里也好，适宜和较适宜区 面积为1345km2。地埋管适宜区和较适宜区则位于各冲 洪积扇中下部，地层颗粒细，含水层回灌能力差，而地层 可钻性强，适宜和较适宜区面积3496 km2。
北京市冲洪积平原蕴藏了巨大的浅层地温能资源，在各冲洪积扇的 中上部，含水层富水性极好，回灌条件较好，适宜建设地下水式地源 热泵系统；在各冲洪积扇的中下部，地层岩性以细颗粒为主，钻进条 件好，适宜建设地埋管式地源热泵系统。
作为我国首都的北京，人口密度大，经济发达，对供暖制冷的巨大 需求尤为突出，根据北京市总体规划目标，到2020年北京市供暖总面 积达到10亿 m2。
评价分区结果
因此，对于 北京平原区，在冲 洪积扇中上部适合 用地下水式地源热 泵系统开发利用浅 层地温能资源，在 冲洪积扇下部及冲、 洪积平原区适合用 地埋管方式开发利 用浅层地温能。
浅层地温能开发利用现状
据不完全统计，截止 到2007年9月底，北京市地 源热泵项目数量已达到479 个，服务面积已达近1000万。 其中，地下水式地源热泵项 目数量为415个，服务面积 800多万 m2，占81%，地埋 管式地源热泵项目64个，服 务面积200多万 m2，占19%。
为促进浅层地温能的合理开发、科学利用，市发改委、水务局和国土 资源局还组织编制了《北京市平原区浅层温资源评价及利用规划》。
结论
北京市受气候条件影响具有巨大的制 冷和供暖需求，具备利用地源技术的优越 水文地质条件和资源储量，地源热泵在北 京得到了快速发展，截至2007年9月底， 项目数量已达到479个，服务面积已超过 1000万m2。目前在相对成熟的理论研究 成果的指导下和政府部门的政策支持下， 北京市开发利用浅层地温能有了更广阔的 前景。
地源热泵系统检测和评估方法
❖ 系统设置
四、工程实例
四、工程实例
测试项目
➢ 地下源热泵系统
室内外环境参数的测试 （1）室内温度 （2）室外温度
热泵机组的性能测试 （1）热泵机组热源侧的进出口水温 （2）热泵机组热源侧的流量 （3）热泵机组用户侧的进出口水温 （4）热泵机组用户侧的流量 （5）热泵机组的输入功率
测试方法
三、测试评估方法
➢ 室内外环境参数的测试
测试参数:室内外温湿度 测试方法:根据建筑的平面布置情况，选取部分典型区域和房间，在典型区域和室
外分别布置温湿度测量仪表，对测试期间室内外温湿度的变化情况进行监测。 ❖ 测试周期：测试时间室内温、湿度检测应在建筑物达到热稳定后进行，测试时间为
6小时。
➢ 热泵机组的性能测试
热泵机组制热/制冷性能系数是指热泵机组的制冷/制热量与输入功率之比。 测试参数:热泵机组用户侧的进出口水温、流量
热泵机组热源侧的进出口水温、流量 机组输入功率 测试方法:参照GB/T 19409-2003 《水源热泵机组》中规定的试验方法进行测试。
测试周期：机组运行工况稳定后进行，测试周期为1小时。
一、测试评估的必要性
地源热泵技术发展的需要
工程应用面积（万/m2）
我国地源热泵增长曲线
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
0
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 年份
一、测试评估的必要性
地质情况和换热系统的性能所进行勘察和检测。
➢ 应用效果测试：在现场条件下，对地源热泵系统实际运行性能进 行的检测。
二、目前的现状
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.1 层次分析法概述 层 次 分 析 法 (Analytia1 Hierarchy 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。 1.2 北京平原区浅层地温能资源开发适宜性评价 1.2.1 地下水式地源热泵系统适宜性区划
表 3 各要素指标对总目标有效权重
备选 方案
地下 水位 埋深
第四系 厚度
分层 水质 状况
地下水 径流 条件
钻进 条件
城市 覆盖率
综合 热传导
系数
平均 比热熔
权重 0.1060 0.0869 0.1062 0.0869 0.3925 0.0792 0.0710 0.0710
采用综合指数法， 将每个网格点上的 8 项属性赋值 与其相对应的权重值相乘， 然后求和， 即可得出每个点 上的初步分值。 根据此分值的分布情况， 制定地埋管式 地源热泵各个适宜区的分数范围值， 将分值 0～5 为地埋 管式地源热泵不适宜区， 5～6 为地埋管较适宜区， 6～9 为地埋管适宜区 （表 4）， 应用 GIS 叠加出图， 见图 4。
地埋管式地源热泵在北京平原区的应用， 需考虑施 工工艺和技术经济合理性等确定其适宜区。 从节约土地 的角度考虑， 本次评价工作只考虑垂直埋管方式。
影响地埋管式地源热泵适宜性的因素主要有地质 与水文地质条件、 地层热物性参数和施工条件。 地质、 水文地质条件主要考虑地下含水层的分布、 地下水位、
· 13 ·
顺义
平谷
地质，水文地质条件
水动力场
水化学场
含 含有 含
水 水效 水
层 层合 层
出 结水 回
水 构层 灌
能
厚能
力
度力
地地补 同
下层给 期
水渗模 水
埋透数 位
深系
对
数
比
水硬 质度 分分 区区 图图
北京市区 通州 良乡 大兴 房山
适宜区 较适宜区 不适宜区
榆垡 0 10 km 20 km 30 km
图 2 北京平原区地下水式地源热泵适宜区划分图
同时需要注意的问题是， 由于北京地区已连续经 历 9 个枯水年， 导致地下水位持续下降， 部分含水层 已近疏干， 出现了无水可取的局面， 影响到地下水式 水源热泵的建设。 另外地源热泵的建设还受地质环境 条件的影响， 在有地面沉降、 地裂缝等地质灾害发育 的地区也不适宜建设地源热泵。
参考文献
[1] 卫万 顺 ，郑 桂 森 ，王 立 发 ，等. 北 京 平 原 区 浅 层 地 温 能 资 源 地质勘查报告[R]. 北京：北京市地质矿产勘查开发局，2008.
综合各影响因素， 选择地质、 水文地质条件， 地 下水动力场， 水化学场这 3 个指标构建评价体系。 评 价体系由 3 层构成， 从顶层至底层分别由系统目标层 （O， Object） 、 属 性 层 （A， Attribute） 和 要 素 指 标 层 （F， Factor） 组成。 O 层是系统的总目标， 即水源热泵 适宜性划分。 A 层是属性层， 由地质水文地质条件、 地下水动力场和水化学场 3 部分构成。 F 层是要素指 标层， 由含水层出水能力、 含水层结构、 有效含水层 厚度， 含水层回灌能力， 地下水埋深， 地层渗透系数， 补给模数、 同期水位对比、 水质分区图和硬度分区图 共 10 个指标构成 （图 1）。
·水 资 源·
北 京 水 务 2010 年第 2 期
地下水流动条件及地下水水质状况等情况； 地下埋管 处岩土的热物性参数对埋管换热性能有着重要影响， 钻孔地点的岩土物性参数对埋管单位井深换热量的影 响非常大。 施工条件主要指场地条件及地层岩性影响 下的成井费用和初投资等。
评价体系由 3 层构成， 从顶层至底层分别由系统目 标层 （O， Object）、 属性层 （A， Attribute）） 和要素指标 层 （F， Factor） 组成。 O 层是系统的总目标， 即地埋管 热泵系统适宜区划分。 A 层是属性指标层， 由地质水文 地质条件、 施工条件及热物性 3 个指标构成。 F 层是要素 指标层， 由选择第四系厚度、 地下水埋深、 地下水径流 条件、 分层水质状况、 钻进条件、 城市覆盖率、 综合热 传导系数和平均比热容共 8 个指标。 由此建立层次结构 模型 （图 3）。
水源热泵适宜性区划分
地 下 水 式 地 源 热 泵 适 宜 区 ， （表 2）。 应 用 GIS 空 间 分 析将各图层相互叠加， 得出综合评价图 （图 2）。
表 1 要素层中各个要素的有效权重
备选方案 有效含水层厚度 含水层回灌能力
含水层结构 地层渗透系数
地下水埋深 补给模数
同期水位对比 地层渗透系数
影响地下水式地源热泵适宜性的因素主要有地质
收稿日期： 2010 - 01 - 14 作者简介： 董殿伟 （1978—）， 男， 工程师。
· 12 ·
·水 资 源·
北 京 水 务 2010 年第 2 期
与水文地质条件、 地下水动力场、 水化学场。 地质、 水文地质条件决定着浅层地热能的赋存环境， 含水层 出水能力和回灌能力决定场地是否能使用地下水式地 源热泵及抽回灌井比例等； 地下水动力场分析主要有 地下含水层厚度、 地下水流动状况、 地下水超采状况 等， 确定地下水式地源热泵工程适宜性； 水化学场分 析主要针对城市地下水源地分布区及地下水资源的保 护区划， 结合不同层位地下水水质资料， 提出地下水 式地源热泵工程适宜区域， 确定防止地下水含水层污 染的适宜开采回灌层位。
图 1 水源热泵层次分析法模型结构图
按照层次分析法 （AHP）， 在评价体系的层次隶属 关系的基础上， 采用 1～9 标度法， 分别比较属性层和 要素层中各因素的相对重要性 （其中， 对适宜区划分 影响较大的因素重要性就越大）， 构建比较矩阵。 通过 计算， 检验比较矩阵的一致性， 必要时对比较矩阵进 行修改， 以达到可以接受的一致性， 最后确定出要素 层中各个要素在目标层中所占的权重 （表 1）。
2 结论
层次分析法是一种适用于浅层地温能适宜性评价 的方法。 根据区划结果， 北京平原区地下水式地源热 泵适宜区和较适宜区主要位于永定河冲洪积扇、 潮白 河冲洪积扇和拒马河冲洪积扇的中上部， 第四系颗粒 较粗， 岩性以砂砾石或砂卵砾石为主， 含水层赋水性 好， 单井出水能力较大， 地层回灌能力也好， 适宜和 较适宜区面积约为 1 350 km2。 地埋管适宜区和较适宜 区则位于各冲洪积扇中下部， 地层颗粒细， 含水层回 灌能力差， 地层可钻性好， 适宜和较适宜区面积约为 3 500 km2。 因 此 ， 对 于 北 京 平 原 区 ， 在 冲 洪 积 扇 中 上 部适合用地下水式地源热泵系统开发利用浅层地温能 资源， 在冲洪积扇下部及冲、 洪积平原区适合用地埋 管方式开发利用浅层地温能。
[2] 陈建 平 ，贾 洪 刚. 北 京 市 浅 层 地 温 （热 ）资 源 利 用 情 况 与 相 关规定 介 绍[M]. 地温 资 源 与地 源 热 泵技 术 应 用论 文 集 （第 二集）. 北京：地质出版社.
地埋管适宜性区划分
地质、水文地质条件
施工条件
热物性
第 地地 分 四 下下 层 系 水水 水 厚 埋径 质 度 深流 状
条况 件
钻城 进市 条覆 件盖
率
综平 合均 热比 传热 导容 系 数
图 3 地埋管适宜性区划模型结构图
同样按照层次分析法 （AHP）， 在评价体系的层次 隶属关系的基础上， 构建比较矩阵， 通过计算， 检验 比较矩阵的一致性， 确定要素层中各个要素在目标层 中所占的权重 （表 3）。
表 4 地埋管适宜性区划指标值
指标
0～5
5～6
6～9
适宜类型
不适宜区
较适宜区
适宜区
南口 昌平 沙河
密云 怀柔
顺义
平谷
北京市区 通州 良乡 大兴 房山
适宜区 较适宜区 不适宜区
榆垡 0 10km 20km 30km
图 4 北京平原区地埋管式地源热泵适宜区划分图
根据评价结果， 地埋管式地源热泵适宜区大多分 布在岩性为多层砂层和地下水径流条件较好的地区， 而冲洪积扇的顶部地区， 地层结构大都是单一的砂卵 砾石， 十分不利于地埋管的施工。
cess， 简记 AHP） 基本原理及其在浅层地温能资源开发适宜性评价中的应用， 并对北京平原区利用地
埋管式和地下水式两种地源热泵的适宜性进行分区评价。
关键词 层次分析法 地源热泵 开发适宜性 北京平原区
中图分类号 S273.4
文献标识码 B
文章编号 1673-4637（2010）-0012-03
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1.9×1015 kJ， 折合 6 620×104 t 标准煤， 可供暖 制冷面积为 9.59×108 m2， 不但能满足 2020 年北京市供 暖需求， 还可以减少烟尘排放量 15.09×104 t 和 二 氧 化 碳排放量 9 633.63×104 t， 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。