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利用热泵技术提高地热利用率――北京城区地热一热泵供暖工程案例
作者:管理员    发布于:2015-10-14 14:52:33    文字:【】【】【

  二、项目方案本工程地处北京城区某住宅小区17号楼,建筑面积28000m2,原没有统一的供暖设施,冬季独户燃煤采暖。面积热指标取55W/m2,总负荷为55X28000Xld3=1540kW.采暖期126天,室外设计计算温度为-9°C,室内计算温度为18°C.室内系统设计供回水温度5040°C.热源部分:钻凿地热抽水井一口,设计井深2100m,出水温度55°C,出水量40m3/h.回灌井一口,设计井深2100m.(1)系统原理。

  地热井承担供暖基础负荷,热泵利用地热尾水二次供暖承担尖峰负荷,55°的一级地热水经一级板换换热,温度降为42°C,设计温降13°C.一级板换二次水作为供暖循环水,设计出水温度50°C,回水温度40°(:。421:的一级地热尾水经二级板换,换博山水泵热后温度降为15°C至回灌井,二次水作为热泵的低温热源,设计蒸发器进出水温度为151(TC.热泵冷凝器循环水作为供暖循环水,供回水温度为50~40°C(,虚线为控制线)。

  系统示意。地热抽水井;2.地热回灌井;3.除砂器;4.一级板换;5.二级板换;6.地热冷热水机组:7.集水器;8.分水器室内系统为变流量双管系统,供回水管设在公共楼梯间内。卧室及客厅采用双管对流800型铸铁散热器,卫生间采用GCB-1.2-10网串片对流散热器,挂墙安装。

  基础负荷由地热井承担,负荷量为605kW.基础负荷约占总负荷的40,其余由热泵承担,即当实际负荷大于22W/m2时,启动热泵。由于本工程基础负荷受地热井出水量出水温度的影响,基础负荷偏小。正常的基础负荷应为7050.当实际负荷小于22W/m2时,地热井变流量供热水,抽水泵为变频泵,随负荷的增加而增大流量。实际负荷大于22W/m2时地热井单独供热不能满足需要。利用地热尾水结合热泵进行二次供暖,可利用的地热尾水的热量为1256kW,以此作为热泵的低温热源,结合热泵共可供出热量为1675kW.本工程实际需要的热量小于此值,采用自控技术,由循环水回水温度控制热泵启动台数及压机台数,同时控制地热水流量。

  (4)热源主要设备。

  1台。

  4台。

  台。

  三、运行费用估算由于本工程地热尾水回灌,运行费用估算主要包括系统运行电费。冬季采暖按126天计算,住宅每天运行24小时,电费平均按0.5元/kW*h计,调峰热泵运行时间按80天计,调峰负荷按设计负荷的70计。则以下各项运行电费为:总计为19.89+5.59+4.23=29.71万元,单位供暖面积运行费用为10.6元/m2.比锅炉房采暖运行费用低。

  四、几个问题的分析以前地热供暖的大问题是热能利用率低,供暖面积小,极大地浪费了地热资源。本项目若无热泵调峰,单井供暖能力为605kW,可供暖面积为1.10万m2,加热泵调峰后供暖能力达4.15万m2,增加了近三倍。本工程实际供暖面积为2.8万m2.地热尾水降为15°C,大大提高了热能利用率,减少了热污染。另外,地热系统的初投资高,运行费低,适用于供暖的基本负荷,相反热泵调峰初投资比地热低,电消耗较高,用于尖峰负荷,累积消耗少。地热一热泵两相配合,可扬长避短。

  本工程通过采用二级排放阀和地热给水泵组成串级调节系统,经大气温度和室温差值补偿形成定温度流系统,气温降低,地热给水泵经变频调节增加流量,气温升高地热给水泵变频减少流量,维持排放阀出口温度在设计指标范围内。

  当实际负荷处于基础负荷时,根据系统循环回水温度控制抽水泵的流量(变频控制),这就在满足设计要求的情况下,节约了地热水,同时也节省了电力消耗。当实际负荷处于尖峰负荷时,通过控制地热尾水排放温度和室外温度补偿,控制抽水泵的流量,同时根据系统循环水的回水温度控制热泵的启动台数及压机台数。自动控制的实现不仅节约了大量的地热水,而且节省了运行费。

  3.用回灌措施,利于地热的可持续发展地热是在一定地质条件下的可再生资源,实施回灌技术将地热尾水回灌到地下,既节约资源,又避免污染,形成了地热的可持续发展。

  由于低温地热水与传统的供暖锅炉相比,供水温度低,如本项目室内供回水温度5040°C,而传统的锅炉设计供回水温度为9570°C,故要提高地热能利用率,就要尽可能降低尾水温度,为维持室内温度,就要以增加散热器的散热面积为代价。在室内散热量相同的情况下,低温供暖系统比传统的锅炉供暖散热器片数量增加2倍以上。但从示范工程和其他低温供暖的实际运行和测定分-252-析看,增加的散热器数量并不像理论计算的那样多,主要是因为地热供暖是连续的,而可靠的连续供暖不必考虑富裕量。

  五、体会和建议(1)本工程对地热水进行了梯级利用,同时运用了水源热泵技术及自动控制技术,集目前国内外地热供暖先进技术于一体,起到了较好的示范作用。

  (2)地热一热泵供暖初投资较高,但运行费用低于其它供暖方式,且其节能效益和环保效益是其他供暖方式无法比拟的。地热作为一种清洁能源将成为目前供暖方式的有益补充,是取代燃煤锅炉、治理大气污染的有利措施之一。

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