0 前言

浅层地温能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，据已有调查评价结果，我国336个地级以上城市浅层地温能年可开采资源量折合7亿吨标准煤，截至2015年底已实现供暖（制冷）面积3.92亿m2。浅层地温能开发利用主要有地下水地源热泵和地埋管地源热泵两种方式（杨俊伟等，2011），在浅层地温能开发利用初期，地下水地源热泵项目较多，近年来，地埋管地源热泵系统以其对浅层地温能资源更强的适宜性而迅速发展，应用规模、应用领域均不断扩大。

泉州竹编的造型一般可分为2大类：一类是几何成型，一类是模拟仿生成型。几何成型主要是指编成的竹编制品的形状为几何形状，如矩形、圆形、椭圆形以及三角形、六角形的篮、盘、罐、盒、包、箱、篓、瓶等。这类几何造形也不是单调无变化的，可以根据不同器皿的用途，再巧妙结合生产工艺与篾片、篾丝的弯曲特性，以及编织工艺手法等，结合合理的比例和尺度，设计出既合适又丰富多样的几何造型。模拟仿生成型则是以自然界中的动、植物形象为原型进行大胆的夸张与变形，并和竹编器皿巧妙地结合起来，既可以满足人们的欣赏美感，又可以实用，形式也很新颖。

由于地埋管地源热泵具有可持续发展性，国内外逐步加强对它的系统研究（徐伟等，2013）。为提高浅层地温能开发利用效率，我国众多科研工作者以提高钻孔换热效率为核心，对地温场分布、不同回填介质、不同埋管形式、岩土体热导率影响因素等关键技术进行了深入研究（栾英波等，2014）。考虑到影响地埋管换热性能的主要因素包括了地质与水文地质条件、地层热物性参数和施工条件（岳丽艳，2012），而以往研究中较多关注地层热物性参数和施工条件，缺少地质条件对换热效果的影响分析研究。因此，本文利用通过现场热响应测试获得的实测数据，分析地层初始温度以及地层结构对地埋管换热能力的影响，为地埋管地源热泵系统的应用提供数据参考。

1 现场热响应测试

图1 现场热响应测试原理 Fig.1 Field thermal response test principle

现场热响应测试，是采用浅层地温能测试仪和地埋管换热器连接组成闭合循环回路系统（图1）。测试条件下，热泵装置所产生或需要吸收的热量就会通过地埋管换热孔释放到岩土或从岩土中吸收热量。在此过程中，数据处理仪器采集并保存进、出仪器的温度、流量和产生的热量或吸收的热量数据，通过计算进而获取地层初始温度、单孔延米换热量、地层综合传热系数、平均导热系数等地埋管换热能力参数。

本文通过获取不同气候带现场热响应测试数据，分析了地层初始温度对地埋管换热能力的影响，同时在北京市不同地层结构区域开展了夏季工况现场热响应测试，分析了地层结构对地埋管换热能力的影响。

2 地层初始温度对地埋管换热能力影响

试验组生猪入舍头数为30头，发病数为4头，发病率为13.33%。对照组生猪入舍头数为30头，发病头数为7头，发病率为23.33%；试验组生猪的发病率比对照组降低10个百分点，降低了42.86%，差异极显著（P＜0.01）。

表1 不同地区浅层地温能需求和利用价值 Tab.1 Shallow geothermal energy demand and utilization value in different areas

热带）华北（暖温带）东北、西北（寒温带、中温带）季节特点夏热冬凉（夏季华东、华中（亚长）夏热冬冷夏较热冬寒（冬季长）利用需求制冷为主冷、热兼顾供暖为主换热特点向地下散热为主冷、热基本平衡从地下取热为主

从图2中可以看出，地埋管延米换热量与地层初始温度呈较好的线性相关性，图2(a)显示夏季地埋管延米换热量随地层初始温度的升高而减少，说明初始地温较低的地区有利于散热。冬季情况则相反，图2(b)显示地层初始温度高的区域有利于取热，地埋管冬季延米换热量数值较高，因此在温暖地区冬季地埋管的换热效果要优于寒冷地区。尽管各个地区的换热性能存在差异，并不意味着换热性能好的地方采用地埋管地源热泵就优于其它地区，地埋管换热系统的适宜性除了跟其换热性能有关外还与钻孔成井的地质条件等因素相关，由于地层颗粒度及含水层厚度等差别，经济性都有很大的差别，因此并不是换热最好的地区就最适宜建地源热泵。

在北京平原区各冲洪积扇的上、中、下游钻探8个换热孔（图3），开展夏季工况现场热响应测试，获得了各个换热孔的延米换热量数据。表3汇总了8个换热孔的测试结果，通过对比可以发现，位于北京市平原区冲洪积扇上部区域换热孔夏季的换热效果较好于冲洪积扇中下部，推测由于冲洪积扇上部地层颗粒粗，导热系数较大，同时富水性相对较好、地下水径流速度快，把岩层或松散层的热量带入或带出的速度也加快，增加了地埋管热交换能力，从而有利于提高地埋管换热能力。而冬季延米换热量是否呈现相同的规律，有待于通过试验获取数据进一步分析研究。

不同地区气候条件的差异主要影响了地层初始温度（唐凯等，2011），从而使地埋管换热性能有所不同。本文获取了北京、江苏、河北、山西、安徽、湖北等地的14个换热孔现场热响应测试结果（表2），绘制了地层初始温度与地埋管冬夏季延米换热量之间的变化关系（图2）。

表2 各地现场热响应测试结果一览表 Tab.2 The list of field thermal response test results

所在气候带天津滨海新区140m以浅第四系覆盖，地层颗粒较细，主要为粘土、细砂及粘砂，地层可钻性好18.5 140 59.86 48.36南温带河北省廊坊市地层100m以浅全部为第四系松散层，岩性整体较细，为粘砂、细砂互层13.82 100 77.48 34.92南温带河北省衡水市第四系126m以浅地层主要为粉质粘土、细纱、泥岩层16.13 120 66.98 39.47南温带测试地点地层岩性地层初温/℃下管深度/m夏季延米换热量/（W/m）冬季延米换热量/（W/m）河北省石家庄市第四系100m以上地层，上段30～50m，岩性以中粗砂及粗砂砾石为主，下段50～100m，岩性以中砂、砾石、卵石、巨砾为主，含水岩性层（段）厚度大，富水性好15.1 100 65.16 35.95南温带河北省唐山市第四系1m以浅为杂填土，1～43m为粉细砂，43～107m为砂砾石，颗粒较粗，可钻性较差13.4 100 84.44 35.4南温带山东省即墨市地层为基岩地层，且上部碎屑覆盖层较厚，岩石颗粒粗大，地下水水量丰富、埋深浅，地下水埋深5m左右16.6 100 75.36 51.87南温带山东省潍坊市-15.55 100 60 30.9南温带陕西省渭南市120m以浅地层为第四系松散层，上部地层岩性为粘土、砂层，含少量砾石层，下部颗粒较粗，为粘土、砂、砾石互层，粘土、粉砂层单层厚度8～9m，砾石层单层厚度4～6m，且卵砾石粒径随深度加深而加大18.4 120 61.77 49.81南温带江苏省苏州市170m以浅第四系岩性主要以砂质粘土、粉细砂、粉砂、细砂为主19.4 100 61.38 57.85北亚热带江苏省南京市40m深度范围内为粘土，下覆风化岩石17.95 100 69.6 51.2北亚热带安徽省淮南市100m以浅地层上部为松散第四系，以素填土和粘土为主，下部为基岩，包括粉质砂岩、粉质泥岩以及风化泥岩18.64 100 54.7 43.8北亚热带湖北省武汉市第四系厚度约40m，为河流相沉积地层，岩性为粘土、粉细砂互层，下伏基岩，地层可钻性一般20.34 120 57.98 58.89北亚热带江西省南昌市地层上部厚约27m为第四系，岩性主要为粘土及砂层，地层颗粒较细，第四系以下为强风化泥质粉砂岩22.8 100 41.9 55.03中亚热带四川省绵阳市18.9 70 67.2 55.1亚热带

图2 地层初始温度与延米换热量关系图 Fig.2 The relationship between the original temperature of stratum and the heat transfer per meter

3 地层结构对地埋管换热能力影响

地埋管换热性能同时也受到地层结构的影响，以北京地区为例，北京平原区是由永定河、潮白河、温榆河、拒马河等河流冲洪积扇组成（蔡向民等，2009）。冲洪积扇上部山前水动力条件比较强，沉积颗粒物粗大，形成单一砂卵砾石层结构，地下水可直接接受大气降水补给，含水层性质为潜水，地层渗透性好，富水性强。冲洪积扇中部地层结构为粘性土层、砂层与砂砾石互层，含水层性质为潜水—弱承压水，地层渗透性较好，富水性较强。冲洪积扇下部地层结构为粘性土层、砂层互层，粘性土层数多且稳定，累积厚度增大，含水层性质为承压水，含水层渗透性一般，富水性一般。从冲洪积扇上部至下部，地层颗粒由粗变细，含水层结构由单一层逐渐过渡到多层，地下水位埋深由深变浅。

我国国土辽阔，从南到北有热带、亚热带、暖温带、中温带、寒温带以及高原气候区几种不同的气候带，其中亚热带、暖温带、中温带约占70.5%。不同气候带供暖和制冷的需求有很大的不同（表1），需求的地域性决定了浅层地温能的利用价值和方向（卫万顺等，2010）。

图3 8个换热孔位置图 Fig.3 The position of 8 heat exchange holes

表3 地埋管换热量现场测试结果一览表 Tab.3 Basic information of test drillings

所在区县钻孔编号孔深/m夏季延米换热量W/m所属地质单元地层结构平谷PG-01 60 76.00蓟运河冲洪积扇上部地层岩性以粘土、粉土、砂等组成，含有少量的圆砾平谷PG-02 92 81.20蓟运河冲洪积扇上部地层岩性以粘土、粉土、砂等组成，含有少量的圆砾房山FS-01 100 77.70拒马河冲洪积扇上部地层岩性以粉土及卵石为主大兴DX-01 100 73.00永定河冲洪积扇中上部地层岩性以粉土、粘土、粉砂、细砂、中砂、圆砾及卵石为主顺义SY-01 100 69.27潮白河冲洪积扇中上部地层岩性以粘土、细砂、中砂、粗砂及卵石为主顺义SY-02 150 66.70潮白河冲洪积扇中上部地层岩性以泥砂、细砂、中砂及粗砂为主通州TZ-01 150 62.50潮白河冲洪积扇下部地层岩性以粘土、细砂、中砂及粗砂为主通州TZ-02 120 60.80永定河冲洪积扇下部地层岩性以粘土、细砂、中砂及粗砂为主

1901年后推行“新政”需要相应的新式人才，张之洞、刘坤一呼吁变革：“今国蹙患深，才乏文敝，若非改弦易辙，何以拯此艰危”。[8]1901年9月，清廷颁旨：

4 结论

不同地质条件下，地埋管换热器的换热能力有所不同，热能采集和扩散能力存在差异。本文通过获取不同气候带现场热响应测试数据，分析了地层初始温度对地埋管换热能力的影响，同时在北京市不同地层结构区域开展了夏季工况现场热响应测试，分析了地层结构对地埋管换热能力的影响，得出结论如下：

（1）不同地区气候条件的差异影响了地层初始温度，使地埋管换热性能有所不同。地埋管换热能力与地层初始温度呈较好的线性相关性，地埋管夏季延米换热量随地层初始温度的增加而减少，冬季延米换热量随地层初始温度的增加而增加。

（2）不同地层结构，地埋管换热能力存在差异，在富水性相对较好、岩性颗粒粗、地下水径流速度快的区域地埋管换热器的换热效果要优于富水性相对较差、岩性颗粒细、地下水径流速度慢的区域。

（一）培养学生良好的数学学习习惯。好的学习习惯不仅有助于巩固和发展数学学习能力，而且对将来的工作、学习和生活都大有裨益。小学低年级的学生，可以从认真听讲、独立思考、书写工整、准确计算、仔细观察、用心记忆来训练，到了高年级就要进行认真检查、仔细检验的习惯培养。此外，一题多解的习惯性思考也是培养的重点。只有在课堂上进行严格培养，负责指正，才能形成学生良好的数学学习行为习惯，这对未来缜密思维，严格要求等良好的性格形成也有很大帮助。

参考文献

蔡向民，郭高轩，栾英波，等，2009.北京山前平原区第四系三维地质结构调查方法研究[J].地质学报，83 (7) ：1047-1057.

栾英波，卫万顺，于湲，等，2014.北京平原区地源热泵换热能力现场测试研究[J].现代地质，28(5)：1046-1052.

唐凯，张旭，周翔，等，2011.不同地质气候条件对地埋管换热器的影响及其适宜性评价[C].中国制冷学会学术年会论文集，上海.

徐伟，刘志坚，2013.中国地源热泵技术发展与展望[J].建筑科学，29(10)：26-33.

杨俊伟，冉伟彦，佟红兵，2011.地埋管换热孔换热系数及其在工程设计中的应用研究[J].技术应用，6(2)：45-48.

岳丽艳，2012.垂直地埋管换热性能影响因素分析[D].

卫万顺，李宁波，冉伟彦，等，2010.中国浅层地温能资源[M].1版.北京：中国大地出版社.