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簡介

所謂地熱能，顧名思義，就是地下以熱量形式存在的能源。因為目前對地熱能的稱呼不統一，比較混亂，那今天為了便于理解，我們結合國家的相關規范以及傳統的一些稱呼，對地熱能的概念及其分類進行總結闡述。  地熱能即地下熱能，分為淺層地熱能和深層地熱能，我們方便區別，我們可以簡稱它們為：地溫能和地熱能。從名字上可以看出地溫能和地熱能的區別，即溫度的區別：‘溫’和‘熱’。

溫度。那么，首先從溫度及其利用上介紹二者的區別：     

1） 地熱能，這種能量來自地球內部的熔巖，并以熱力形式存在。地球內部的溫度高達7000℃，而在80至100公里的深度處，溫度會降至650至1200℃，透過地下水的流動和熔巖涌至離地面1至5公里的地殼，熱力得以被轉送至較接近地面的地方，高溫的熔巖將附近的地下水加熱，這些被加熱了的水就形成了地熱能。       

從地熱能的利用與轉換角度出發，地熱能資源為高溫、中溫、和低溫三部分。  

高溫：t≥150℃；中溫：90≤t＜150℃；低溫：25≤t＜90℃； 也就是說溫度大于等于25攝氏度的地下熱能，都可稱作地熱能。 地熱能的利用可分為地熱發電和直接利用兩大類，

而對于不同溫度的地熱流體可能利用的范圍如下：  

1、200～400℃直接發電及綜合利用；  

2、150～200℃雙循環發電，制冷，工業干燥，工業熱加工；  

3、100～150℃雙循環發電，供暖，制冷，工業干燥，脫水加工，回收鹽類，罐頭食品；  

4、50～100℃供暖，溫室，家庭用熱水，工業干燥；  

5、20～50℃沐浴，水產養殖，飼養牲畜，土壤加溫，脫水加工。 現在許多國家為了提高地熱利用率，而采用梯級開發和綜合利用的辦法，如熱電聯產聯供，熱電冷三聯產，先供暖后養殖等。  

2）地溫能：溫度：t＜25℃。為什么它的溫度較低，這取決于地溫能的形成地熱取暖、制冷系統原理及優勢

地熱即地球熱能。地球土壤可以儲存太陽熱能且不會揮發。這種熱能在霜線以下不會受到季節性溫度變化的影響。通過在霜線下方掩埋地熱轉換器，地熱能設備可以有效利用所有儲存在土壤中的熱能。具體運作方發是：將注入生態防凍水溶液的管道埋入房屋的周圍。這些管道由耐受性很強的聚乙烯材料制成。只要安裝適當，它們不易損壞，很難受干腐病、極度潮濕等惡劣環境的影響。地熱能轉換器可以被水平、垂直放置。該系統機變靈活，可適應特殊地況

因為地熱能系統不受外界空氣溫度的影響，在寒冷天氣里，地下管道中的熱轉換液體就能利用溫暖的土壤溫度為地熱泵進行加熱或冷卻。地熱泵通過地下管道吸入控溫溶液，經傳統氣壓輸送管或聚乙烯輸送管把它輸送到需要的地方。

需要制冷時，地熱系統就利用土壤的低溫工作。系統吸入可產生冷空氣的控溫溶液，冷空氣調整到所需溫度后通過輸送管被釋放到屋內。

地熱能取暖、制冷系統優于氣源熱泵、燃氣爐等傳統系統。這是因為傳統系統依賴于隨氣候不同而劇烈變化的外界溫度。它們效能的差距在溫度條件下尤為明顯。在冬天極冷、夏天極熱的條件下，取暖、制冷設備需高強度運轉才能保證室內有舒適的溫度，由此而產生高額費用也是顯而易見的。地熱能系統通過一套深埋入霜線下方土壤中的高密度聚乙烯材料制成的管道吸入外部空氣，直接節約取暖費用的作用不言而喻

地熱發電是地熱利用的zui重要方式。高溫地熱流體應首先應用于發電。 地熱發電和火力發電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能，然后帶動發電機發電。所不同的是，地熱發電不象火力發電那樣要裝備龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。地熱發電的過程，就是把地下熱能首先轉變為機械能，然后再把機械能轉變為電能的過程。要利用地下熱能，首先需要有“載熱體”把地下的熱能帶到地面上來。能夠被地熱電站利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。按照載熱體類型、溫度、壓力和其它特性的不同，可把地熱發電的方式劃分為蒸汽型地熱發電和熱水型地熱發電兩大類

（1）蒸汽型地熱發電

蒸汽型地熱發電是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽輪發電機組發電，但在引入發電機組前應把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發電方式zui為簡單，但干蒸汽地熱資源十分有限，且多存于較深的地層，開采技術難度大，故發展受到限制（參考《資源》欄目有關文章）。主要有背壓式和凝汽式兩種發電系統 [4]  。

（2）熱水型地熱發電

熱水型地熱發電是地熱發電的主要方式。

熱水型地熱電站有兩種循環系統：

（a）閃蒸系統

閃蒸系統如圖1所示。當高壓熱水從熱水井中抽至地面，由于壓力降低部分熱水會沸

騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機做功；而分離后的熱水可繼續利用后排出，當然是再回注人地層。

（b）雙循環系統

雙循環系統的流程如圖2所示。地熱水首先流經熱交換器，將地熱能傳給另一種低沸點的工作流體，使之沸騰而產生蒸汽。蒸汽進入汽輪機做功后進入凝汽器，再通過熱交換器而完成發電循環。地熱水則從熱交換器回注入地層

地熱供暖

將地熱能直接用于采暖、供熱和供熱水是僅次于地熱發電的地熱利用方式。因為這種利用方式簡單、經濟性好，備受各國重視，特別是位于高寒地區的西方國家，其中冰島開發利用得。該國早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上*個地熱供熱系統，現今這一供熱系統已發展得非常完善，每小時可從地下抽取7740t80℃的熱水，供全市11萬居民使用。由于沒有高聳的煙囪，冰島首都已被譽為“世界上zui清潔無煙的城市”。此外利用地熱給工廠供熱，如用作干燥谷物和食品的熱源， 用作硅藻土生產、木材、造紙、制革、紡織、釀酒、制糖等生產過程的熱源也是大有前途的。目前世界上zui大兩家地熱應用工廠就是冰島的硅藻土廠和新西蘭的紙槳加工廠。我國利用地熱供暖和供熱水發展也非常迅速，在京津地區已成為地熱利用中zui普遍的方式

地熱務農

地熱在農業中的應用范圍十分廣闊。如利用溫度適宜的地熱水灌溉農田，可使農作物早熟增產；利用地熱水養魚，在28℃水溫下可加速魚的育肥，提高魚的出產率；利用地熱建造溫室，育秧、種菜和養花；利用地熱給沼氣池加溫，提高沼氣的產量 等。 將地熱能直接用于農業在我國日益廣泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面積大小不等的地熱溫室。各地還利用地熱大力發展養殖業，如培養菌種、養殖非洲鯽魚、鰻魚、羅非魚、羅氏沼蝦等 [1]  。

地熱行醫

地熱在醫療領域的應用有誘人的前景，熱礦水就被視為一種寶貴的資源，世界各國都很珍惜。由于地熱水從很深的地下提取到地面，除溫度較高外，常含有一些特殊的化學元素，從而使它具有一定的醫療效果。如含碳酸的礦泉水供飲用，可調節胃酸、平衡人體酸堿度；含鐵礦泉水飲用后，可治療缺鐵貧血癥； 氫泉、硫水氫泉洗浴可治療神經衰弱和關節炎、皮膚病等。 由于溫泉的醫療作用及伴隨溫泉出現的特殊的地質、地貌條 件，使溫泉常常成為旅游勝地，吸引大批療養者和旅游者。在日本就有1500多個溫泉療養院，每年吸引1億人到這些療養院休養。我國利用地熱治療疾病的歷史悠久，含有各種礦物元素的溫泉眾多，因此充分發揮地熱的醫療作用，發展溫泉療養行業是大有可為的。

未來隨著與地熱利用相關的高新技術的發展，將使人們能更地查明更多的地熱資源；鉆更深的鉆井將地熱從地層深處取出，因此地熱利用也必將進入一個飛速發展的階段。

地熱能在應用中要注意地表的熱應力承受能力，不能形成過大的覆蓋率，這會對地表溫度和環境產生不利的影響 打井施工方案

打井施工工藝及注意要點：

1、根據水井出水量要求，井孔結構設計井深、井徑，結合地層情況選好鉆探機型以及相應的輔助設備。

2、鉆孔之前應做好機臺調平，設備布置，器材堆存，塔架豎立，鉆機安放等工作。

3、在松散地層中鉆探成孔，采用沖擊式鉆機清水水壓逐級擴孔法施工工藝。

4、在基巖含水層中鉆孔成孔，采用回轉式巖心鉆進，在鉆進過程中，應進行地下水水位和循環液孔內消失量等水文地質觀測。

5、鉆探成孔的過程中，應根據技術要求進行描述、分層取土樣、取水樣、測溫等。還要保證取樣質量和數量。

成井工藝：

1、下井管前，應對鉆孔孔壁，孔徑、孔深進行校核，查明孔壁是否規則圓滑，發現有縮徑等不規則孔壁時必須及時修整，以保證后續工序的順利實施，并實測孔深。

2、換漿。用稀漿或清水壓入孔底，自下而上將原成孔時的濃漿換出孔。當井內返上泥漿與壓入的稀漿水的濃度基本相同時，換漿即已完成。

3、下管。下管必須按技術要求進行。要安裝井管找中器，焊工作業，并加焊2-4塊拉板，必要時管內須加浮板，管底必須用鋼板焊封。

4、填礫料。將選好的礫料投入井管過濾器及孔壁之間的環狀空間內。根據地質技術要求和地層情況選用靜止投礫法，管外返水投礫法，抽水填礫法等工藝。

5、止水。常用方法為粘土球止水法。必須保證粘土球質量，并保證分層填入，逐層填滿，填實。

6、洗井。洗井的目的是*清除鉆井過程中孔內巖屑等對含水層的封堵，同時抽出濾水管周圍含水層中泥漿、粉、細砂等沉淀，以保證含水層出水通暢。

7、井孔在驗收前，必須進行簡易抽水試驗，測定井的實際可開采水量，在開泵后30min取水樣測量含沙量和進行水質分析采樣。而后編寫鑿井工程報告。

8、井孔驗收

井孔驗收時必須具有的資料和技術標準

井孔驗交單（包括井結構、施工工藝、及水量、含沙量等資料）

井孔尺寸與驗交單一致并符合設計要求

井的出水量100T/H

井水中的含沙量，少于達1/20萬（體積比）

9、回灌井的施工工藝與抽水井基本相似，對過濾器、水的回灌試驗有相應的要求，

3、水井系統（供水、回水）

取水井

（1）成井設計

根據此次空調用水要求，本次開鑿井的目的，就是要達到每小時100T（單井），含砂量按國家標準，深井孔垂直度在1度之內，井深50米左右（見基巖）。井徑600mm，一徑到底，管徑300mm,按此要求設計井壁后6mm，實管暫設30m，濾管暫設20m，濾水管設置在含水層部位（詳見鉆是設計圖（1）），井材料選用鋼板卷管而成，管與管之間均打成坡口，焊后并用4-6塊200×800×6mm拉板焊固以達到每節管頭電焊牢固。濾水管采用穿孔墊筋纏絲包網，其穿孔方法是在井管上呈梅花形圓孔，孔徑18mm，濾水管孔隙率為30%（詳見圖2-1，2-2）井管底部用6mm厚的鋼板封底。濾料直徑記錄位置，保證將井孔的各部位填密實后，用直徑40-60mm 粘土球從井下20m封至地面，使成井不受地面及外界水源的污染。成井后用活塞洗井。

（2）施工方法

A、深井井孔采用清水沖擊法施工，用直徑219mm抽筒鉆井一徑到底，以后每1.5mm為一加助型護孔器鉆井，達到設計孔徑600mm，深度50m左右（具體深度鉆探后確定）。

B、鉆機到位后，鉆機安裝穩定，鉆孔開鑿圓，正直，鉆孔下管時采用于扶正器下管，使井管位于所鉆鑿孔中心，鉆鑿孔施工是嚴格按照豐收250型沖擊鉆機安全操作規程進行施工的。

C、深井施工嚴格按甲方要求和合同施工。井管焊接接頭焊接牢固，井上至地面標高0.5米。

D、下管前我方做好了一切下管準備，盡量縮短下管成井時間，并嚴格檢查濾水管的完好，投放濾料時應沿井管外側連續均勻填入，將井的部位填密后，投放直徑40-60mm粘土球在施工下管前進入了施工現場。