地热水结合水源热泵供暖的工程实例_工程实践

摘要

摘要：结合工程实例，对某学校利用地热水结合水源热泵供暖、供洗浴热水的工程进行了探讨。计算了供暖系统热负荷、洗浴热水用水量，介绍了地热水供热系统流程，分析了该工程的经济性

摘要：结合工程实例，对某学校利用地热水结合水源热泵供暖、供洗浴热水的工程进行了探讨。计算了供暖系统热负荷、洗浴热水用水量，介绍了地热水供热系统流程，分析了该工程的经济性。

关键词：地热水；水源热泵；地板辐射供暖；洗浴热水

Project Case of Using Geothermal Water and Water Source Heat Pump for Heating

JIA Pei，ZHANG Ke，SHI Guang-wei

Abstract：Combined with a project case，the project of using geothermal water and water source heat pump for heating and supplying hot water for bath at a school is discussed. The heat load of heating system and the consumption of hot water for bath are calculated，the process of geothermal water heating system is introduced，and the economic efficiency of this project is analyzed.

Key words：geothermal water；water source heat pump；radiant floor heating；hot water for bath

到2009年10月，天津已建和在建的地热井共有346眼，形成了以地热供热为主体，集工农业生产、温泉理疗、旅游度假、生活洗浴、饮用矿泉水等多领域利用的格局，尤其在地热供热领域取得了很好的经济、社会和环境效益。目前，天津市地热供热面积达到1300×10⁴m²，约占天津市总集中供热面积的10%。地热资源以其较好的经济性、环保性在城市供热中发挥了重要作用^[1～7]。本文对地热水结合水源热泵供暖的工程实例进行分析。

1 工程概况

某学校位于天津市大港区官港森林公园内，每年担负着逾3000名干部培训、10×10⁴名大中小学学生军训、3000名高等职业全日制在校生教育。

该地区的环保要求高，严禁燃煤、燃油。为了解决在校师生的冬季供暖和日常洗浴，做好节能、节水、减少污染、降低能耗工作，并有利于满足今后发展的需要，学校决定采用地热资源作为供暖和洗浴热水热源。校内原有建筑采用散热器供暖方式，新建建筑均采用地板辐射供暖方式。

待建建筑分期建设，并逐步取代原有建筑。因此，整个供暖项目的设计既要考虑现有建筑和在建建筑又要兼顾远期待建建筑。将项目分为两期：一期工程供暖建筑为原有采用散热器供暖建筑和在建地板辐射供暖建筑；二期工程供暖建筑全部采用地板辐射供暖，待建建筑建成后将取代原有建筑。

2008年9月，在该校内开凿了一眼明化镇组地热井。根据水质分析报告，地热水化学类型为Cl·SO₄-Na型水，pH值为8.48，总矿化度为1655.7mg/L，总碱度(以CaCO₃计)为250.2mg/L，为中等腐蚀性水。根据抽水试验结果，该工程按地热井稳定出水温度为47℃、出水量为60m³/h进行设计。

2 地热利用方案

2.1 负荷计算

① 供暖热负荷

校内建筑的建筑面积、设计热负荷^[8]及供暖方式见表1，原有建筑的设计热指标为80W/m²，在建及待建建筑的设计热指标为60W/m²。经计算可得，一、二期工程的设计热负荷分别为960、4020kW。

② 洗浴用水量

根据GB 50015—2003《建筑给水排水设计规范》和地热水供应洗浴用水的特点，对洗浴用水供水系统设计计算以及水温、水量、水质进行确定。确定洗浴用水的供水温度为45℃，最高日用水定额为40L/(人·d)。全日制供水系统的年洗浴热水用量q的计算式为：

式中q——年洗浴热水用量，m³/a

q_max——最高日用水定额，L/(人·d)

n——用水人数

t——年用水时间，d/a

k——年变化系数，取2

各类人员年用水时间分别为：干部培训人员10d/a，军训人员15d/a，全日制在校生300d/a。由式(1)计算得，年洗浴热水用量为4.86×10⁴m³/a。

③ 地热井产热量计算

地热井产热量函的计算式为：

Φ=1.163q_w(θ_o-θ_i) (2)

式中Φ——地热井产热量，kW

q_w——地热井出水量，m³/h

θ_o——地热井稳定出水温度，℃

θ_i——地热尾水温度，℃，取13℃

经计算得，地热井的产热量为2372kW。在一期工程中采用1台热泵机组，制热量为216kW。在二期工程中采用2台热泵机组，制热量为432kW，但只能满足二期工程的4.7×10⁴m²建筑供暖需求，对于不足部分，考虑远期增设地热井，并采用地热尾水回灌技术。该项目的洗浴热水平均小时需求量为5.5m³/h，且干部培训、军训集中在全日制学生放假期间，地热水可储存在水箱中避开每天的供暖高峰期。因此，供暖设计时可不考虑生活热水流量。

2.2 工程设计方案

① 一期工程

一期工程设计方案的系统流程见图1。地热水由潜水泵抽出，经过除砂器进入板式换热器，将22℃热泵蒸发器出水加热至40℃供给地板辐射供暖系统。经热泵加热的热水，供给散热器供暖系统。地热尾水温度为30℃。地热水中Fe²⁺的质量浓度为0.04mg/L、Fe³⁺的质量浓度为0.16mg/L，可直接用于生活热水供应。地热水由潜水泵抽出，经过除砂器进入储水罐，再由洗浴热水泵供应到各个用水建筑。

② 二期工程

二期工程设计方案的系统流程见图2。地热水抽出后，经过除砂器进入板式换热器1，将30℃地板辐射供暖系统回水加热至40℃。经过板式换热器1的35℃地热水经板式换热器2由热泵提取热量，作为热泵的低温热源。地热尾水温度为13℃。

3 经济性分析

① 工程造价

室外管网与地热站内部管道的造价依照天津市2004年安装、建筑等预算基价参考编制。设备、材料价格按2008年9月天津市场价计算。工程概算未包括开凿地热井费用及电力增容费用。该项工程造价见表2。

表2 该项工程造价 元

项目	一期工程	二期工程
主要设备费及安装费	118.84×10⁴	170.18×10⁴
电气与仪表费及安装费	61.00×10⁴	20.00×10⁴
管道与阀门费及安装费	22.18×10⁴	10.00×10⁴
设计费	15.47×10⁴	—
合计	417.67×10⁴

② 年运行费用

运行时间：冬季按运行120d、每日运行24h计算，放假期间(30d)按设计热负荷50%运行，年维修费按设备费的1.5%折算。电价为0.49元/(kW·h)，自来水价格为3.4元/t，未采用回灌工艺的地热水价格为1.0元/t，采用回灌工艺的地热水价格为0.3元/t。该项工程年运行费用见表3，一期工程的单位建筑面积年运行费用为17.5元/(m²·a)，二期工程为9.92元/(m²·a)。通过对系统造价及年运行费用的估算，可以看出该工程具有良好的经济性，而且利用地热水可避免环境污染。

表3 该项工程年运行费用 元/a

项目	一期工程	二期工程
地热水费(未回灌)	7.81×10⁴	1.49×10⁴
地热水费(回灌)	—	7.45×10⁴
电费	14.32×10⁴	30.72×10⁴
自来水费	0.82×10⁴	3.18×10⁴
维修费	1.55×10⁴	3.77×10⁴
合计	24.50×10⁴	46.61×10⁴

4 结论

利用地热作为热源，解决了项目附近没有可利用能源的问题，避免环境污染。地热站的建设具有一定的灵活性，可兼顾近远期工程，有效地利用了站内设备。

参考文献：

[1] 李悦.天津地区地热利用工程实例分析[J].煤气与热力，2009，29(3)：A01-A02.

[2] 刘静，陈军.采用地热水制备生活热水的供应方案[J].煤气与热力，2008，28(8)：A29-A30.

[3] 曹凤兰，林建旺，王连成，等.地热水直接供热工程实例[J].煤气与热力，2008，28(5)：A17-A20.

[4] 胡晓微.以地热能及天然气作为冷热源能源的探讨[J].煤气与热力，2007，27(7)：66-68.

[5] 赵丹，张春，徐海梅.地热水与调峰锅炉联合供热在天津的应用[J].煤气与热力，2007，27(2)：54-56.

[6] 郑晓菲，贺明健.水源热泵在低温地热生活热水系统的应用[J].煤气与热力，2006，26(4)：39-42.

[7] 尹航，朱能.地热水水源热泵在校园建筑的应用[J].煤气与热力，2006，26(1)：56-60.

[8] GB 50019—2003，供暖通风与空气调节设计规范[S].

(本文作者：贾佩张珂时光伟天津地热勘查开发设计院天津 300250)