一种地热工程自动监控系统设计方法.pdf

本发明公开了一种地热工程自动监控系统设计方法，地热工程自动监控系统设计方法，包括如下步骤：S1、被控地热工程系统运行的分析；S2、选取被控参数和控制参数；S3、选取测量变送单元和执行机构；S4、控制方案和控制规律的选取；S5、系统校正方法选择。本发明运行费用少，节能和环保效果好，从能耗参数看出，锅炉系统虽然耗电量小，但一次能消耗量大，所以能效低，且环保效益差。地热系统情况好得多，环境效应比锅炉系统将近少2／3。

权利要求书
1.  地热工程自动监控系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、被控地热工程系统运行的分析；
S2、选取被控参数和控制参数；
S3、选取测量变送单元和执行机构；
S4、控制方案和控制规律的选取；
S5、系统校正方法选择。

2.  根据权利要求1所述的地热工程自动监控系统设计方法，其特征在于，步骤S1、
S2、S3、S4和S5分配在五阶段里完成，这五个阶段分别是：
(1)设计任务书阶段：设计人员了解拟设计的被控工程系统各项工艺参数、技术指标和工艺流程特点及特殊要求，了解工程系统运行环境，明确系统设计目标；
(2)方案设计阶段：控制方案的设计是最重要的，它要求所设计的控制系统要能具有符合要求的动态和静态的特征；这要求系统在稳态时是稳定，动态特征上是要使得系统有合适的阻尼；系统对外部干扰和内部噪声具有一定抗干扰能力；当对象系统中参数变化时，对控制系统性能的影响要尽量小。该阶段提出可选的系统方案并进行选择，确定系统结构和主要设备选型，对系统性价比进行评价；
(3)详细设计阶段：工程设计是在方案设计正确的基础上进行的。包括仪表系列选型和计算机系统选型、传感器选型、执行器选型、各种零配件选型、控制室仪表盘及操作台设计、计算机控制软件及其组态设计、越限报警和连锁保护系统设计等；该阶段需要对系统功能进行划分并进行相应硬件和软件设计；同时需要对系统辅助系统进行设计，并对系统离线调试进行评价；
(4)现场安装调试：安装系统并现场调试，在线调试，对每个调节器的比例系数、积分时间、微分时间都要做出整步调整，到系统运行时，对这些调节器参数作进一步调整；
(5)资料归档：整理自动控制系统建设中所有资料，分类编码归档。

说明书一种地热工程自动监控系统设计方法
技术领域
本发明具体涉及一种地热工程自动监控系统设计方法。
背景技术
可持续利用是地热资源开发利用中的一个重要研究课题，通过对地热井的水温、流量、井口压力、水位等动态参数的监测，使资源的开采量与补给量保持平，”[65]因此，以往地热信息自动监测系统多着力于实现智能化管理，比如区域的采补平衡和信息和收费依据的提供。也正是由于上述原因，以往的地热工程的自动监测智能管理都集中监测地热井和回灌井的有关信息，用户信息基本不作为监测对象。其设计思路主要集中于地热资源生产的量、质及各项动态参数以及异常情况的及时报警方面。它是由下位机、上位机以及远程通讯系统构成。
本申请中所设计的地热工程的储能系统、提能系统和释能系统整体设计，一体化设计运行，并达到100％回灌率，其各个子系统可以各自独立地完成子功能，又可以有机配合提供完整且高效的总体功能。该工程地上地下一体化运行特点的实现是基于地上地下一体化控制系统
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种地热工程自动监控系统设计方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
地热工程自动监控系统设计方法，包括如下步骤：
S1、被控地热工程系统运行的分析；
S2、选取被控参数和控制参数；
S3、选取测量变送单元和执行机构；
S4、控制方案和控制规律的选取；
S5、系统校正方法选择。
所述步骤S1、S2、S3、S4和S5分配在五阶段里完成，这五个阶段分别是：
(1)设计任务书阶段：设计人员了解拟设计的被控工程系统各项工艺参数、技术指标和工艺流程特点及特殊要求，了解工程系统运行环境，明确系统设计目标；
(2)方案设计阶段：控制方案的设计是最重要的，它要求所设计的控制系统要能具有符合要求的动态和静态的特征；这要求系统在稳态时是稳定，动态特征上是要使得系统有合适的阻尼；系统对外部干扰和内部噪声具有一定抗干扰能力；当对象系统中参数变化时，对控制系统性能的影响要尽量小。该阶段提出可选的系统方案并进行选择，确定系统结构和主要设备选型，对系统性价比进行评价；
(3)详细设计阶段：工程设计是在方案设计正确的基础上进行的。包括仪表系列选型和计算机系统选型、传感器选型、执行器选型、各种零配件选型、控制室仪表盘及操作台设计、计算机控制软件及其组态设计、越限报警和连锁保护系统设计等；该阶段需要对系统功能进行划分并进行相应硬件和软件设计；同时需要对系统辅助系统进行设计，并对系统离线调试进行评价；
(4)现场安装调试：安装系统并现场调试，在线调试，对每个调节器的比例系数、积分时间、微分时间都要做出整步调整，到系统运行时，对这些调节器参数作进一步调整；
(5)资料归档：整理自动控制系统建设中所有资料，分类编码归档。
本发明运行费用少，节能和环保效果好，从能耗参数看出，锅炉系统虽然耗电量小，但一次能消耗量大，所以能效低，且环保效益差。地热系统情况好得多，环境效应比锅炉系统将近少2／3
附图说明
图1为本发明中地热储能系统的结构示意图；
图2为本具体实施中能耗的对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请中的地热工程系统由四个部分构成，分别是储能子系统、提能子系统、释能子系统和运行监控子系统。是一种在采、灌平衡条件下建立的可再生、可持续利用的能源系统。地热工程利用储能技术，实现了“冬能夏用、夏能冬用”，；一套设备，两种工况，冬季供热，夏季制冷；系统高效节能、经济实用，投资与运行都比常规水源热泵方案大为节省。
(1)储能系统：通过保存的经过能量提取和置换的水源水，以保存由地面带入地下的热量和冷量做为系统来年运行的冷热源。由储能层、储能井和水质处理设备构成。
(2)提能系统：利用水源热泵机组将水源中所包含的能量(热量和冷量)采集出来，送到释能系统加以利用。由热泵机组、水源水管道系统、循环水输水管道系统和热交换设备构成。
(3)释能系统：将提能系统提取的能量传递到需要的场合。它由空调水循环设备和末端能量释放设备构成。
(4)监控系统：由系统各个技术关键部位的温度、流量、压力传感器、微处理器和计算机中心系统构成，专门监测记录系统运行的有关数据，以供系统运行效果分析，为后期运行方案确立提供依据，为以后的优化设计提供基础数据。
地层储能系统构成
地层储能系统由储能井(储冷井和储热井)、储能层与水质处理设备构成。
1)储能井
储能井要兼作回灌和开采两用，要承受采、灌两个方向的压力，因此，储能井的结构需要满足以下几点要求：
a.井壁管采用抗压、抗剪、防腐、防渗和无毒的管材。井管之间的丝扣接头需事先用再生胶布或者麻丝白漆缠绕，以防止灌水过程中漏水。
b.滤水管选用缠有铜丝的钢管滤水管，即在打孔钢管外加焊垫筋缠绕的铜丝，再焊接压条和压箍，以增加滤水管的抗压强度。滤水管的缠丝间隙按照含水颗粒级配资料确定，一般细、中砂含水层为0.75～10mm。采用笼壮滤水管结构，可以增加井的单位回灌量和出水量，延长井的使用年限，对压力回灌尤为适用。
c.沉砂管底部设置在含水层底板处，以防止管井下沉。
d.填砾层对灌、采井的使用寿命有较大影响，增加填砾层高度和厚度，不仅有利于减小水力坡度，避免产生纹流，而且可以防止采、灌水过程中因填砾层压密而下沉产生“跑砂”现象。储能井宜采用“鼓形井”和补砂管结构。
2)储能层
储能层可以使用承压含水层和潜水含水层。
承压储能层借助于储能井的输送，将冷水或者热水储存于地下含水层，用于储能的承压含水层，应该具有以下特点：
a.含水层分布平缓，具有一定透水性，地下水流速度缓慢；
b.含水层厚度大，空间分布广；
c.含水层地温梯度无异常，温度变化小；
d.含水层上下隔水层分布稳定，隔水和保温性能良好；
e.含水层地下水不含腐蚀滤管的有害气体和化学成分；
f.含水层储能以后，不能引起区域性热污染和地面沉降等有害地质问题。
承压水回灌问题比较复杂，天津开展的研究项目中，一采一灌模式回灌效率往往不是太高，难以有100％的效率。
根据何满潮教授近期地热项目研究成果和工程实践表明，采用埋深比较大，温度相对稳定的潜水层作为储能层，在地层条件比较好(卵砾石、砂砾石)的地区，回灌率可以达到100％。由于储能层上部没有盖层，温度场和流场的变化不同于承压层的情况，但工程实践表明，潜水层作为储能层是可行的。
3)水质处理设备
回灌技术是储能技术的关键技术，地面水质处理工艺是回灌顺利的保证，地面水质处理工艺应根据储能层和水质情况设计，一般用于解决物理堵塞和气体堵塞的设备有过滤器、排气灌、氮气保护、加压泵、除砂器。
(2)地层储能系统分类
储能系统按照井的布局，分为单井储能系统、对井储能系统和多井储能系统。按照储能层与采能层的相对关系分为同层储能系统和异层储能系统。
1)单井储能系统
同一井既采又灌，采灌同时进行，这样的储能井系统称为单井储能系统。其储能层与采能层一般不在同一个含水层。
单井储能系统通过隔板把取热井分成两部分，一部分是低压(吸水)区，一部分是高压(回水)区。当潜水泵运行时，地下水从低压区被抽至井口换热器中，与热泵换热，再由同井返回到储能区，储存能量，待下一季，低压区与高压区互换。该储能系统抽水和储能在含水层同一径向位置不同深度处同时发生。相对于传统的多井储能系统，该系统称为单井储能系统。
恒温含水系统，绝大多数呈多层性，开采这类含水系统的地下水，除非邻层水质不符合要求，否则一般采用混合井开采地下水。目前，但对于混合井抽水回灌机理，模型及模拟方法的研究还很不够。
单井储能系统地上占用更少的场地，减少水井数量，节省初期投资。但是，由于同井采、灌冷热水隔离技术的问题，单井储能系统的运行中常常出现冷热水温度混合，使得运行效果不良，因此比较少用。
2)对井储能系统
根据地质条件布设两个钻井，一个井为储热井，一个井为储冷井，根据水文地质条件储热层与储冷层可以在同一个含水层(对井同层储能系统)，也可以不在同一个含水层(对井异层储能系统)。选择合适的井距，在适宜的含水层、盖层和底板条件下，对井储能效果是最为理想。因此，在设计储能系统的时候，要尽可能寻找合适的地质条件的含水层，以实现一采一灌的理想储能系统。实际工程多数境况下都是由于回灌效果不佳导致无法建立一采一灌的储能系统。
对于对井储能系统而言，储能井的井间距和储能层选择、井的施工、回灌效果都是影响储能效果的重要因素，每个工程中都需要专门论证。
3)多井储能系统
多井储能系统分为一采多灌储能系统和多采一灌储能系统。
一采多灌储能系统是由于回灌效果不佳，无法实现一采一灌，需要用更多的回灌井满足100％回灌的要求，出现这样的情况往往是由于地质条件或者回灌技术的制约。显然，一采多灌的方式对于储能利用是不利的，一个冬季的采储过后，夏季里，同样只能是一采多灌，能够提取的，只能是众多回灌井中的一个井中储存的冷能，其他井中储存的冷能则由于灌入夏季的热能而被消减，甚至完全中和了。随后的冬季采能效果也是一样的。而且，一采多灌储能系统中，由于只能确定两个井位储热井和储冷井，其他多数井都可能是既储热又储冷的，因此就其设计而言，也无法达到比较理想的状态。
这样看来，要尽可能避免使用一采多灌的不良储能系统。其关键就是回灌技术水平的提高。
多采一灌储能系统是由于采水效果不佳，无法满足工程需要，或者，找到了好的回灌层位，回灌效果非常好，可以保证多个采水井的尾水100％回灌。这样的情况回灌效果好，能够节约回灌井的数量，从而达到节约投资的效果，但是，储能层一般储水效果不是很理想，需要避免灌入的流体的流失。因此需要尽量寻找储水效果好的储能层。理想状态下，如果回灌井灌入的某种温度的 水在接下来的采能季节采出以后足够使用，则出现一采多灌的组合了。一般来说，应该对于具体工程的单井储能效果作详细地分析，比较对井储能节约的运行费用和打井投资费用，确定合适的采灌井比例。
4)群井储能系统
一个区域内多个开采井和多个回灌井同时运行的储能系统。这样的储能系统是地热规模开发的前提，也是地热利用工程广泛应用的基础。地热的广泛应用势必面临有限的区域内需要大量的集中供暖制冷的情况，这样就必须考虑储能井群采群灌的效应下，储能层的流场和温度场均处于动态的变化规律和动态平衡条件的，以保证储能系统的正常运行。这是地热工程应用的重要课题，这个问题对于地热的推广应用具有重要影响，需要充分论证和足够的实验来进行多井系地层储能系统运行机制的研究。
储能系统的运行效果直接受到采灌效果和回灌井布置方式的影响。回灌技术关键是要尽可能避免回灌堵塞，保证回灌效率。导致回灌堵塞的原因可以分为化学原因、物理原因、生物原因，其根本原因是由于含水层岩石的水流通道堵塞、井孔堵塞。目前有许多处理堵塞的方法，而不同地区的不同岩性需要采用不同的处理方法。因此，在一个地区首次开展地热工程建设的论证阶段，一定要对拟定的储能层进行开采和回灌试验，以取得可靠资料，保证工程建设效果。
水源热泵是地热工程提能系统的核心装置，也是整个系统的“心脏”。供暖时，它吸取地热能以供用户使用。此过程只消耗少量电能，可置换出3～5倍冷热能。制冷时，它吸取用户室内的热量向地下排放，同样也消耗少量电能，置换较多热能。
热泵通过消耗少量高品位能量，将地下水中的大量不可直接利用的低品位热能变成可直接利用的高品位热能。根据热力学第二定律，热量从低温传到大温差是不能自发进行的，必须消耗机械功，但热泵的供热量远大于消耗的机械功。热泵的供热量来自两部分，一部分是从低温热源吸取热量，一般占总供热 量的70-75％，另一部分热量则由机械功转变而来，一般占总供热量的25-30％。
机组运行过程：冬天热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压R22气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器；低温低压的液体从地下循环液中吸取低温热能，然后相变为低温低压的饱和蒸汽，再进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器，从而不断的向用户提供所需的热水。
夏天热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水提取热能，与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量，循环液中热量再向地下低温区排放，如此循环往复连续地向用户提供7～12℃的冷水。
水源热泵机组利用“卡诺”循环原理，将空气(或水)中的低品位热能转为高品位热能。在寒冷的冬季，当气温低于零下7℃时，空气源热泵机组效率过低，无法经济运行，而水源热泵却不受气温的限制，即使在零下20多度的严冬照样能高效运行。这是因为它将普通热泵机组所吸收空气热量改为吸收水的热量，可以提取8℃-17℃的水(随地域不同，水温不同)中能量，这些水连续不断地按规定流量送到水源热泵机组内的蒸发器中，迫使工质(HTR01、02)制冷剂蒸发，吸收水中的热量，使其温度降至4℃～7℃，再回灌到水体中，水在渗流过程中吸收地下土壤或水体的热量，温度又升至8℃～17℃，然后再被抽上来使用，如此不断循环。机组吸收的热量通过工质在冷凝器中冷凝而被释放出来，用以加热释能系统中的水，最高供水温度可达80℃，一般供回水温度为75℃／60℃。夏季制冷时，机组做逆向循环，利用水作为机组冷却水，从而达到制冷效果。
地热工程的释能系统采用机械循环释能水将提能系统提供的冷能或者热能输送到用户空间的末端能量释放设备以实现对用户空间的温度控制。释能系统由水循环设备和末端能量释放设备构成。冬季换热系统从低品位地层能源中 置换出的高品位热能由释能水携带，通过输水管道，输送到各用户端，通过末端能量释放设备，克服热负荷，提高室内温度。夏季，换能系统将循环水中的热能交换给储能系统的回灌水，不断地使得循环水温度降低，以克服冷负荷，降低建筑物中温度。
释能系统的作用压力主要由水泵的扬程决定，由于供水、回水密度差所产生的自然作用压力与水泵的扬程相比数值很小，一般不列入计算。
释能系统工作前先打开上水管上的阀门，给系统充满水，如果给水压力不足，可启动水泵向系统内充水，此时系统中的空与通过排气装置和膨胀水箱排出。系统充满水后开始工作，储能系统启动，释能系统启动，提能系统开始工作。循环水被热泵加热(或者降温)后，在循环水泵的作用下沿着室外供水管道进入热(冷)用户供暖(制冷)系统(室内供暖制冷系统)。热水通过室内供水管道进入末端释能设备(换能设备)，并通过释能(换能)设备将热量(冷量)散放给房间，热水温度降低(升高)后流出散热器，由室内回水管道输送到室外输送管道系统，再由室外回水管道送回提能系统。经过除污器除掉其中杂质(铁锈、污泥等)，由水泵加压后，再次回到热泵加热(降温)。冬季热水依此加热、散热、循环，实现地热供暖系统的运行。夏季冷水依此制冷、降温、循环，实现地热工程的制冷功能。
释能系统一般都应安装两台或两台以上水泵，在运行期间至少能保证有一台水泵备用。水泵入水口及出水口处均应安装闸阀，以便更换、检修。水泵的出水管上还应安装止回阀，其作用是控制水流单向流动，防止工作泵将水流压入备用泵，造成备用水泵倒转。在水泵前后的管道上还应安装压力表，以随时观测压力。
在用户系统入口处要设置循环管。当室内释能系统正常工作时，将入口处供回水管道上的阀门打开，循环管上的阀门关闭，循环水进入室内系统循环散能。若室内系统因维修等原因需要临时停止使用时时，将其入口处的阀门关闭，打开循环管上的阀门，循环水在室外供水管道、循环管、室外回水管道和锅炉 之间循环流动。
除污器安装时也应设置旁通管，以便检修时不影响系统运行。
在释能系统的供回水管道上还应安装压力表、温度计等测量仪表，以方便观测热泵运行情况。
在释能系统中，需安装膨胀水箱以防止循环人由于温度提高而膨胀外，还有指示系统水位和控制系统中静水压力的作用，因而它的连接位置应连在回水干管的末端。若采用开式膨胀水箱，其高度仍应保证为系统的最高点。
如图1所示，本申申请中的地热工程系统还B1-供水温度测点；B2-室内温度测点；B3-室外温度测点；B4-回水温度测点；B5-回灌水温度测点：B6-采能水温度测点；B7-1号井采能水温度测点；B8-2号井采能水温度测点；B9-3号井采能水温度测点；D1-回水压力；D2-1号井回灌压力；D3-2号井回灌压力；D4-3号井回灌压力；E1-提能水流量测点测点；E2-1号井采能水流量；E3-2号井采能水流量测点E4-3号井采能水测点。
实施例一
项目位于北京市海淀区北四环西路，建筑面积2.5万m2，建筑物为多层砖混结构，最高层数为4层。
(1)原供热系统
该单位原有2台4t常压热水燃煤锅炉，单台供热量为2.8×Mw，一用一备(两台常压锅炉服役时间较长，已接近淘汰)，2台循环泵(流量为100m3／h，扬程为32m，功率为15kw)，一用一备。
干休所原有的供热系统末端设备全部采用散热器(四柱813散热器)，原供热系统的供水温度最高为80℃，回水温度最高为60℃。供热系统形式为双管竖向并联、单管竖向串联、水平串联等三种系统末端设备为铸铁散热器。
(2)原有供热系统存在的问题
干休所始建于70年代末，随着建筑面积逐步增加，供暖管线仅做了局部改造，与整个系统不相匹配，存在如下问题：
1)现使用的2台无压锅炉为八十年代空军自产，该厂家现已停产，锅炉故障率较高，且无零配件来源，维修困难；
2)锅炉脱硫除尘效果较差，产生一定污染；
3)由于分批改建，供暖系统缺乏协调性，造成较大的热力失调；
4)室外供热管网保温层90％已经脱落，热损失严重；
5)锅炉房无软水设备，室内管道结垢严重，系统阻力大；
6)小型燃煤常压锅炉的热效率低(50％左右)。
(1)水文地质条件概况
根据海淀气象站1959～2004年观测资料，多年平均降水量为585mm，年最大降水量1406mm，(1959年)，年最小降水量261.8mm(1965年)。
工作区域位于永定河冲洪积扇古河床部位，早期沉积了较厚的颗粒粗大的卵石、漂石。其水文地质条件优越，富水性好。由于后期永定河多次改道西迁才远离本区域。
工作区域中部有京密引水渠自北向南，永定河引水渠自西向东在罗道庄汇合，注入玉渊潭然后进入城市供水系统。
(2)现状供用水情况及开发利用程度
空军指挥学院干休所位于永定河冲洪积扇中部，水文地质条件好。永定河冲洪积扇是北京市主要第四系地下水取水层，地下水的利用开发程度高。区域内主要分布有水源三厂水源井、工业和农业自备井。2004年水源三厂第四第开采量为9100万m3，工业自备井年开采量1200m3。
(3)水资源开发利用中存在的主要问题
1)由于本区域水文地质条件优越，各类取水井多，特别是水源三厂水井多，开采量大。1999年，北京地区遇到连续干旱年，地表水资源剧减，地下水补给资源减少，地下水资源出现连续亏损状态，导致本区域地下水位连续不断下降，目前地下水位埋深已达27m。
2)由于近年来本区域浅层地下水硬度逐年升高。目前本区域较大范围内 地下水硬度已超过国家《地下水质量标准》(GB／T14848-93)总硬度≤450mg／L标准。
(4)区域第四系水文地质条件
1)含水层的分布规律及其富水性
工作区域第四系广泛分布，其沉积厚度主要受古地形和新构造运动及河流堆积作用控制，各处不一。其大致规律如下：自西南向东北第四系含水层层次由单一层到多层，岩性由粗到细，富水性由大变小，地下水类型由潜水转变为承压水；含水层的厚度以空军指挥学院、中坞地区为中心，向外围减小。
根据含水层岩性及结构特征、富水性不同，本区域第四系含水层划分如下：
a田村八里庄以南地区，以单一巨厚含水层。第四系厚度80～110m左右，岩性以卵砾石含漂石、砂砾石为主，局部夹1～3m厚的粉质粘土层。含水层埋藏深度10～15m，累计厚度60～80m，富水性好，一般单井的涌水量大于5000m3／d。仅在田村、八宝山及玉渊潭北部局部区域受基地凸起影响，第四系厚度小，富水性弱，单井的单位涌水量小于5000m3／d。
b东冉至六郎庄地区，为2～3层至多层含水层。第四系厚度250～310m，中坞地区最大厚度为313m。岩性以卵砾石、砂砾石为主，间夹多层3～5m厚的粉质粘土层。100m以上含水层累计厚度为60m左右，富水性好，一般单井的涌水量大于5000m3／d。
c北京大学、中关村地区以东，第四系厚度80m左右，含水层由2～4层组成，单层厚度10～20m，累计厚度50m左右，埋藏深度一般在30余米，岩性主要为砂砾石，单井的单位涌水量3000～5000m3／d，各层之间均分布10～20m的粉质粘土层。
空军指挥学院干休所位于四季青乡世纪城地区。据钻探资料，第四系厚度270m左右。100m以上含水层岩性为卵砾石、砂砾石，间夹2～4层粘砂、粘土；富水性好，一般单井的单位涌水量大于5000m3／d，含水层渗透系数为300～450m／d左右。
2)地下水的补给、径流及排泄
本区域第四系地下水的补给方式主要有：大气降水入渗补给、河湖水入渗补给、农业灌溉回归入渗补给及上游地下水的侧向流入补给。
地下水径流：区域内地下水的径流方向为自西北向东南流动，水力梯度1～2％o。
地下水排泄：本区域地下水的排泄方式主要有人工开采、地下水向下游的侧向流出等，其中人工开采主要包括第三水厂水源井、农业井及工业自备井，而以第三水厂水源井的开采为主。
3)地下水动态
本次工作收集了中坞(187-1孔)和东冉村(98孔)两个第四系潜水长期动态监测资料。通过分析可知：
a本区域第四系地下水动态主要受区域内降水量和人工开采量动态变化控制。每年进入丰水期地下水位开始回升，丰水期末一般为年内最高水位；进入枯水期，地下水位又开始下降，枯水期末一般为年内最低水位。
b1981～1988年，由于第三水厂地区工业自备井、农灌井开采量逐渐增加，时逢1981～1984年连续枯水年，开采量急剧增大和降水量的减少，区域内地下水位开始持续下降，到1988年中期地下水位下降至历史最低水位。
c1989～1998年，由于连续平丰水年，同时，三家庄拦河闸不断放水补给西郊地下水，使得地下水位大幅度回升。
d1999年开始，北京地区开始出现连续干旱年，1999～2003年多年平均年降水量为358mm，不到区域内多年平均降水量的2／3。区域内地下水位连年下降，到2004年末，地下水位最大埋深达到26.5m，较1998年底下降了10～11m。2005得7月地下水位埋深达到27m。
4)地下水水化学特征
根据水源三厂水质监测资料，本区域地下水的水化学类型主要为HCO3--Ca2+·Mg2+型，100m以上含水层地下水水质除硬度超标外，其它指标均符合 国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-85)。60m以上含水层地下水硬度于1990年就超过国家《地下水质量标准》(GB／T14848-93)III类标准，至2004年地下水硬度达到480～575mg／L。
本区域地下水水温常年在14～15℃，因此作为水源换能机组供热系统的供水水源是可行的。
(5)建设工程项目地下水资源论证
1)第四系地下水资源评价
根据《北京市用水调研与需水预测研究报告》(2002年12月)，西郊、西北郊和西苑地区第四系地下水多年平均可采资源量为18363万m3，开采程度为104％。
最近几年由于连续干旱，地下水补给资源有较大地减少。但因水质等因素的影响，开采量衰减也较大。水源三厂地区因浅层第四系地下水硬度超标，目前新增井取水层位均在130m以下，已经不开采浅层地下水。
因本工程项目为封闭循环“抽灌”系统，仅是利用地下水作为热传导介质，整个系统不消耗水资源，因此它不会对本区域地下水资源量造成影响。
2)取水量及取水层位对周边水资源状况、环境地质的影响
由于水源换能机组系统工程为“抽灌式”封闭循环取水系统，通过抽水孔提取的地下水经过系统循环后从回灌孔又注入了地下，整个过程不消耗地下水资源，因此不会对周围含水层及环境造成影响。
取水井布设及可能受到的影响：
结合本区域水文地质条件，在110m处存在连续的隔水层，水源三厂目前第四系取水层主要在110m以下。为了避免建设工程项目取水井与水源三厂取水井间的相互干扰，本建设工程项目用水井设计井深约100m，单井设计出水量大于2000m3／h，水位降深1m。
此外，通过调查，建设工程项目周围5000m范围内目前没有水源换能机组工程项目，因此在本区域抽水受周围其它用水系统的影响很小。
目前本区域地下水位埋深27m。考虑到南水北调进京后，本区域地下水位将迅速回升。为了更好地利用浅层卵石层，增加单井回灌量，本次单井设计上部止水位置为0～21m，上部21～30m卵砾石层段下入滤水管，以备将来具备条件时使用。
地热工程设计需要综合考虑地层含水层水文地质和热力学条件、用户冷暖需求特点和建筑物节能效果、用户现有可利用条件以及系统拟用的大温差换热系统的技术指标和要求，同时对现有供暖系统中可利用部分要有充分了解，在此基础上，确定系统的运行方式并进行对策设计和工艺流程设计，把能够使系统运行达到最佳的各项对策有机结合，根据地上地下一体化的非线性设计理念，使用“双端设计技术”、“用户区划设计技术”、“三系统耦合设计技术”、“全过程多参数智能监控技术”、“节能调节与调峰技术”等5项技术开展工作，保证满足供暖需求、环境效应改善的需求，并实现设计的经济效益最优化。
系统运行和功能切换尽可能采用自动控制系统，并设置对相关参数的测试记录仪器仪表，以获取有参考价值的分析数据。
根据地热工程的设计流程和设计方法，本工程的设计包括以下几个步骤：
(1)建筑物热负荷的计算；
(2)根据建筑热负荷和工程地质水文地质条件，计算热源需求量，确定采灌井的数量、每小时流量；
(3)设计地热供热工程的地下工程，包括抽水井与回灌井的井深、井的布局、井身结构等；
(4)地上工程系统设计，包括运行和功能切换采用方式，换热系统、暖通管道改造、机房土建设计、终端建筑节热改造设计、散热系统改造设计；
(5)根据热负荷、采灌井水温，确定换热系统选型和安装设备数量、联结方式；
(6)根据环境温度、室内设计温度，确定系统运行规则；
(7)系统运行监测系统和自动数据采集系统的设计。
供暖系统的热负荷，即供暖系统应当向建筑物供给的热量。在不考虑建筑得热量的情况下，这个热量等于寒冷季节内把室温维持在一定数值时，建筑物的耗热量。如考虑建筑的得热量，则热负荷就是建筑物耗热量与得热量之差值。
对于一般民用建筑和产生热量很少的车间，在计算供暖热负荷时，不考虑得热量而仅计算建筑物的耗热量。
建筑物的耗热量由两部分组成：一部分是通过围护结构即墙、顶棚、地面、门和窗，由室内传到室外的热量；另一部分是加热通过门窗缝隙和外门开启进入到室内的室外冷空气所需要的热量。
建筑物耗热量值的某些因素例如室外空气温度、日照时间和照射强度以及风向、风速等都是随时间而变的，这就使经过建筑围护结构的传热过程成为复杂的不稳定传热过程。因为热流随时都在变化，因此要把建筑物的耗热量计算得十分准确是较为困难的。在工程计算上，常将各种不稳定因素加以简化，而用稳定传热过程的公式计算建筑物的耗热量。
(1)围护结构的基本耗热量和附加耗热量
1)围护结构的基本耗热量
当室内外存在温差时，围护结构将通过导热、对流和辐射三种传热方式将热量传至室外，围护结构的基本耗热量，应按下式计算：
Q=aFK(tn-twn)     (7-1)
式中：Q——围护结构的基本耗热量(W)(kcal／h)；
F——围护结构的面积(m2)；
K——围护结构的传热系数[W／(m2·℃)]；
twn——采暖室外计算温度(℃)；
tn——采暖室内计算温度。
2)室外计算温度
从传热公式可知，通过建筑物围护结构传出去的热量是与室内外空气的温度差成正比的。当室内温度保持一定时，室外空气温度越低，则耗热量越大。 任何一个理想的供暖系统，都供给建筑物足够的热量，以弥补建筑物的耗热量。然而室外气象条件(包括温度、风速、风向等)的变化幅度很大，因此如何确定室外计算温度，就成为计算建筑物的热损失十分重要的问题了。
若按历年来出现过的极端最低温度作为室外计算温度，计算出的耗热量显然是最大的。但极端最低温度几十年才出现一次，也就是说按它设计的供暖系统在几十年中才能有一次充分发挥作用的机会。这在技术上、经济上显然是不合理的。另外，室外温度是波动的，围护结构的传热事实上是不稳定传热，由于围护结构有热惰性，这就使得室外温度的波动传向围护结构内表面既在时间上有延迟又在温度波动的幅度上有衰减，对室内温度影响很小或不发生影响。还应指出，对于一般建筑物，在我国也允许室内温度和围护结构内表面温度在短时间内低于设计值。因此不能用极端最低温度作为室外供暖计算温度。
我国确定室外供暖计算温度的方法是采用历年平均每年不保证五天的日平均温度。用这种方法计算出的我国各地的室外供暖计算温度见表7.1。
表7.1我国主要城市室外计算温度及气象参数
Table7.1The meteorological parameter of some city in china

3)室内计算温度
室内计算温度是指室内离地面1.5～2.0m高处的空气温度，它取决于建筑 物的性质和用途。对于民用建筑，确定室内计算温度应考虑到房间的用途、生活习惯等因素。
(GBJ19-87)《采暖通风与空气调节设计规范》第2.1.1条设计集中采暖时，冬季室内计算温度，民用建筑的主要房间，宜采用16-20℃。
4)围护结构的传热阻
围护结构的传热阻，应按下式计算：
Ro=1／an+Rj+1／aw  (7-2)
或Ro=Rn+Rj+Rw     (7-3)
式中：Ro——围护结构的传热阻(m2·℃／W)；
an——围护结构内表面换热系数[W／(m2·℃)]；
Rn——围护结构内表面换热阻(m2·℃／W)；
aw——围护结构外表面换热系数[W／(m2·℃)；
Rw——围护结构外表面换热系数(m2·℃／W)；
Rj——围护结构本体(包括单层或多层结构材料层及封闭的空气间层)的热阻(m2·℃／W)。
5)围护结构的附加(修正)耗热量
围护结构的基本耗热量，是在稳定条件下，按公式3-1计算得出的。实际耗热量会受到气象条件以及建筑物情况等各种因素影响而有所增减。由于这些因素影响，需要对房间围护结构基本耗热量进行修正，这些修正耗热量称为围护结构附加(修正)耗热量。通常按基本耗热量的百分率进行修正。附加(修正)耗热量有朝向修正、风力附加和高度附加耗热量等。
a朝向修正耗热量
朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修正。当太阳照射建筑物时，阳光直接透过玻璃窗，使室内得到热量。同时由于向阳面的围护结构较干燥，外表面和附近气温升高，围护结构向外传递热量减少。采用的修正方法是按围护结构的不同朝向，采用不同的修正率。需要 修正的耗热量等于垂直的外围护结构(门、窗、外墙及屋顶的垂直部分)的基本耗热量乘以相应的朝向修正率。
《采暖通风与空气调节设计规范》规定：宜按下列规定的数值，根据表3.2选用不同的朝向修正率。
表7.2朝向修正率
Table3.2The change lead exposed to the sun

选用上面朝向修正率时，应考虑当地冬季日照率和建筑物被遮挡等情况。对于冬季日照率小于35％的地区，东南、西南和南向修正率，宜采用-10％～0％，其它朝向可不修正。
b风力附加耗热量
风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数是对应风速约为4m／s的计算值。我国大部分地区冬季平均风速为2～3m／s。因此，《采暖通风与空气调节设计规范》规定：在一般情况，不必考虑风力附加。只对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，才考虑垂直外围护结构附加5％～10％。
c高度附加耗热量
高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。《采暖通风与空气调节设计规范》规定：民用建筑和工业辅助建筑(楼梯间除外)的高度附加率，当房间高度大于4m时，每高出1m应附加2％，但总的附加率不应大于15％。应注意：高度附加率，应附加在房间各围护结构基本耗热量和朝向修正、风力附加耗热量的总和之上。
综合上述，建筑物或房间在室外供暖计算温度下，通过围护结构的总耗热 量Q1可用下式综合表示：
Q1=Q*(1+a+b+c)％(W)  (7-4)
式中：a---朝向修正率，％；
b---风力附加率，％，≥0；
c---高度附加率，％，15％≥≥0。
(2)冷风渗透耗热量及冷风侵入耗热量
1)冷风渗透耗热量
在风压和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门窗等缝隙渗入室内，把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量Q。冷风渗透耗热量，在设计热负荷中有不小的份额。
影响冷风渗透耗热量的因素很多，如门窗构造、门窗朝向、室外风向和风速、室内外空气温差、建筑物高低以及建筑物内部通道状况等。对于多层(六层及六层以下)的建筑物，由于房屋高度不高，在工程设计中，冷风渗透耗热量主要考虑风压的作用，可忽略热压的影响。计算冷风渗透耗热量的常用方法有缝隙法、换气次数法和百分数法。下面只介绍较常用的缝隙法计算冷风渗透耗热量。对不同类型的门窗，在不同风速下每米长缝隙渗入的空气量L，可采用表7.3验数据。
表7.3每米门窗缝隙渗入的空气量[m3／(m·h)]体积
Table7.3The air volume filtered from aperture

注：(1)每米外门缝隙渗入的空气量，为表中同类型外窗的两倍；(2)当有密封条时，表中数据可乘以0.5-0.6的系数。
用缝隙法计算冷风渗入耗热量时，以前方法是只计算朝冬季主导风向的门窗缝隙长度，朝主导风向背风面的门窗缝隙不必计入。实际上，冬季中的风向是变化的，不位于主导风向的门窗，在某一时间也会处于迎风面，必然会渗入冷空气。因此《暖通规范》明确规定：建筑物门窗缝隙的长度分别按各朝向所有可开启的外门、窗缝隙丈量，在计算不同朝向的冷风渗入空气量时，引进一个渗透空气量的朝向修正系数。
2)冷风侵入耗热量
在冬季由于受风压和热压的作用下，冷空气由开启的外门侵入室内。把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。根据经验总结，冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以表3.4中的附加率的简便方法进行计算。
(3)本工程建筑热负荷的计算参数及结果
1)根据规范和当地资料，本工程室外计算参数如下：
a年平均温度：11.4℃；冬季采暖室外计算温度：-9℃；
b极端最低温度：-27.4℃；最大冻土深度：85cm；
c冬季日照率：67％。
2)室内计算参数
冬季采暖住宅室内设计温度：20℃，+-2℃
3)热负荷计算结果
根据建筑物性质和环境，采暖热负荷指标取60w／m2，建筑面积为2.5万m2，冬季总热负荷初步估算为1500kw。
表7.4外门附加率值
Tahle7.4The Add-value of out door


(1)储能井的设计
1)区域水文地质条件
该工程设计两眼第四系抽灌井KGS-1、2，孔深约100m，单井出水量为3120m3／d，揭露地层主要岩性为：砂砾石、卵砾石含漂石、粘砂。根据地层情况，做出干休所浅部地层三维示意图，
2)计算机模型尺寸
平面：140×210m2。垂直埋深：-17～-109m。
3)计算机模型
初始条件：水头：-27m；水温：14.5℃。
水头：-27m；水温：14.5℃。
边界条件：水头：-27m；水温：14.5℃。
4)模拟时段与模拟工况：模拟时段：供热期150天。模拟工况如表4.5。
表7.5模拟工况

Table7.5The simulate work condition
5)模拟模型的水力及热力学参数
为了模拟的准确性，需要确定计算模型区域内的水文地质参数和相关岩土和水的热力学参数。但考虑到它们的特性及取样测定的困难(即难以保持原状土及原始水流状态)，根据有关文献确定含水层的相关热力参数，表7.5为模 拟模型的含水层水力学与热力学参数。
表7.6模拟模型的含水层水力学与热力学参数
Table7.6The hydrologic geology and thermodynamics parameters energy storage calculate model

6)模拟结果与分析
a供热期温度场剖面图分析
为全面分析供热工程中地层中温度场的分布。
为了分析储存于含水层的水体在供热一段时间后温度场的变化。将针对供热计算模型中KGS-1号井开采量130m3／h，KGS-2号井回灌量为130m3／h，回灌水温为10℃的工况，研究其在供热90天、134天、150天后含水层中温度场的变化。
供暖期内，回灌井中冷水体体积不断增加，但不会与抽水井之间产生热激穿，从而不会影响抽水井在供暖期内从地层中正常提取热能。
b供热期温度场等温面分析
供暖期内，回灌井中的各等温线所包围的冷水体的体积在不断增加，但从最外层的15℃的等温面影响范围可以看出，冷水体不会影响到抽水井，故不会与抽水井之间产生热激穿，从而不会影响抽水井在供暖期内从地层中正常提取热能。
(2)储能井设备
储能系统用到设备有水泵和软水设备。
提能系统包括热泵机组、配套管道和相应控制系统。是地热工程的核心，设备最多，功能最复杂。该系统设计包括机房土建设计和设备选型。
(1)机房土建
1)结构：利用用户锅炉房边狭小空间，建一个2层小楼，半地下室结构，室内外高差1.8m，建筑总高度为5.20m。一层半地下室层高4m为提能系统机房，地面一层层高3m为材料间和休息间。
楼的总建筑面积199.3m2；采用砖混结构，并按8烈度进行抗震设防，楼板和屋面板采用现浇钢筋混凝土板，基础采用砖基础。机房外墙表面贴瓷砖面，内墙刷内墙涂料，地面为中级地砖。建筑耐久等级为2级，主体结构合理使用年限为50年；建筑耐火等级为2级。
选用半地下室做机房，其结构紧凑，有效地利用了狭小的空间，同时不会对周围建筑物的地基基础造成任何影响。地下室内装修采用隔音效果较好的吸音板材料，机房内设备的运行不会对周围环境造成噪音污染。
机房分换能机组间、水泵间和配电间。
2)墙体结构：外墙为360mm厚砖墙，内墙为240mm厚砖墙，局部为轻钢龙骨隔墙。内墙面装修见表7.7。
表7.7室内外装修表
Tahle7.7Room fitment inside and outside

3)屋面：屋面防水等级为3级，1道设水设防。
(2)提能系统电力增容
本方案最大电力负荷为564.2kw，而干休所现有的变压器容量仅为315KVA，所以增设新变压器，其容量为630KVA。根据供电局要求，需将一台柱上变压器及相关线路进行切改，以满足供电负荷要求。
(3)机房设备
表7.8机房设备一览表
Table7.8Equipments in machine room

1)大温差水源热泵的特点和选型
a大温差水源热泵是一种利用地下水制取较高温度热水的空调热源设备。
b机组将制冷循环系统中的制冷压缩机、蒸发器、冷凝器、干燥过滤器、电子式膨胀阀、压力表、压力控制器、油压控制器、温度控制器、制冷管路及电控箱等全部零部件整体组装，整体性强，对工作环境要求简化，占地面积小、操作简便，为设计、安装、操作及维护提供了最大的方便性和经济性。
c采用先进的控制方法，具有全自动控制功能。其电控系统配备的西德西门子公司生产的6ES7-214(CPU214)为主机的可编程序控制器、TD200操作控制 显示器、热电阻输入模块，可用于自动控制系统的可靠装置。
可编程控制器具有故障自诊断、报警及保护功能。它用于水源热泵机组中，可以显示机组运行参数、报警参数，而且还能对机组的某些控制参数在现场设定。可以准确控制机组的出水温度和回水温度，根据回水温度自动控制压缩机上载和卸载，达到安全节能的目的。
d机组两大换热器采用壳管式换热器，换热管采用先进的高效换热管，换热效率高。
本工程热源为第四系含水层，出水温度14.5℃，供热面积2.5万m2，热负荷估为1500kw。设计室内温度20℃。
设计供水温度70℃，回水温度60℃，选择热泵型号(QYHP-880-GD)
2)水质处理设备、水泵及电力控制设备
本工程原有管道系统，为达到理想工程效果，分室外输能系统、室能输能系统和末端释能设备进行了改造设计。
具体设计内容：
(1)输能主干管网：对室外输能管网改造进行了清洗，并进行保温处理，提高输能效率；把办公楼和住宅原有串联形式的管网改造成并联形式的管网。可根据办公楼和住宅建筑物的使用情况，通过阀门的控制实现分时、分区供热。
(2)室内输能管网和末端释能系统：对室内管网和释能设备暂时不进行改造，只进行检查清洗，对室内热环境较差的北向、顶层等部位房间重点控制，部分房间增设散热器片数。
(1)设置目的
在地热工程中，设置自动化监测及数据采集系统的目的主要有以下几个方面：
1)为地热利用系统正常运行进行必要的检测、监视，即提供有关地热井、换能机组、暖通系统及散热运行状态的数据，如温度、流量等；
2)为生产成本核算提供必要的数据，如地下水用量、耗电量、补水量等；
3)为监视设备是否正常运行、操作人员是否正常在岗操作提供数据；
4)为科学研究以及有关地热开采规划管理部门决策提供数据，如地热井的动态水位、水温等；
5)通过对某些量的自动控制，减少地热水的采出，降低电耗，提高供热质量；
本工程自动化监测系统主要收集系统运行中的温度数据，以便检查工程效果，指导系统使用，同时积累工程经验，指导设计。
(2)数据采集点布置
本系统利用传感原理，在14处安装温度测试设置，经过运算转换成信号，以通讯线路传递至上位机(计算机)，在人机界面完成数据的保存及运算功能。表7.9温度测点编号

表7.7介绍了本工程自动测温和自动数据采集系统设置的14个测温点。采集到供回水温度、采灌水温度、室内外温度等温度信息14组，表7.6列出14个测点及测点编号，
(3)设备选型
西门子数据采集箱(800*600*250)一个；国产带变送的温度传感器14个；带变送的流量计2个；信号线配管若干；计算机一台。
安装传感器的管道为DN200，三个室内温度检测点距离分别为小于100m、小于80m、小于70m。
安装的数据测点型号见表7.10。
表7.10数据检测点列表

表7.14为空军指挥学院干休所采用地层储能中温水源热泵技术与热力厂集中供热、燃气锅炉供热等各种供热方案的综合投资比较。
从表7.14分析，采用地层储能中温水源热泵技术方案(本方案)工程初投资约为热力厂集中供热投资的1.17倍，是燃气锅炉供热投资的1.27倍。但是，地层储能中温水源热泵技术方案运行成本约为热力厂集中供热的60.3％，是燃气锅炉供热的50.7％；综合建设投资和运行成本，地层储能水源热泵技术方案的综合造价低，有着显著的经济效益。
表7.14综合费用一览表
Table7.14The integrate fare schedul

经济分析表明，浅部地层热能循环利用供暖系统技术造价适中，运行费用十分节省。与热力厂集中供热相比较，本方案的平衡点为1.8年(不包括建设期的1年)，并且5年节省费用70.97万元，10年节省费用180.74万元；与燃气锅炉供热相比较，本方案的平衡点为1.5年，并且5年节省费用128.44万元，10年节省费用313.24万元。其经济分析表明，地热工程造价适中，运行费用十分节省。与热力厂集中供热相比较，本方案的平衡点为1.8年(不包括建设期的1年)，并且5年节省费用70.97万元，10年节省费用180.74万元；与燃气锅炉供热相比较，本方案的平衡点为1.5年，并且5年节省费用128.44万元，10年节省费用313.24万元。
原锅炉每年采暖期平均消耗煤折合标准煤900吨，平均采暖期160天。耗电包括设备循环水泵15kW，鼓风机5kW，引风机15kW，上煤机1.5kW，除渣机1.5kW，平均每年耗电102240kW.h。以实测采暖期平均热负荷618kW估算，锅炉系统一次能消耗量：
900+[(102240kW.h*10256.4kJ／kW)／29307.6kJ／kg]／1000=935.78吨
锅炉与地热工程能耗比如下表7.15。
7.15燃煤锅炉与地热工程能耗参数比较
Tab.7.15Compare of energy consumption between boiler and thermal system

从能耗参数可以看出，虽然锅炉耗电量少，SEER值大，但其能源综合利用率低，所以PER值很小。虽然地热工程系统耗电量略高，但折合成一次能以后，可以看出其综合能源利用率远远高于锅炉。而且，其消耗一次能总量少，环境效益要比锅炉好将近三倍。
该工程利用潜水层作为储能层，以大温差水源热泵为提能设备，建成当年运行平稳，取得了良好的工程效果。其优势表现在(1)运行费用少。与热力厂集中供热相比较，本方案的平衡点为1.8年(不包括建设期的1年)，并且5年节省费用70.97万元，10年节省费用180.74万元；与燃气锅炉供热相比较，本方案的平衡点为1.5年，并且5年节省费用128.44万元，10年节省费用313.24万元。(2)节能和环保效果好。从能耗参数看出，锅炉系统虽然耗电量小，但一次能消耗量大，所以能效低，且环保效益差。地热系统情况好得多，环境效应比锅炉系统将近少2／3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。