地下水水源熱泵機(jī)組在集中供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉河江 黃玉景

(三門(mén)峽市水利局，河南 三門(mén)峽 472000)

一 概述

1.項(xiàng)目概況

某住宅區(qū)共有建筑面積6萬(wàn)平方米，為滿足冬季供熱及生活熱水的需求，建設(shè)方擬采用地下水水源熱泵技術(shù)聯(lián)合供暖方式為住宅小區(qū)冬季采暖提供熱源，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)及有關(guān)技術(shù)資料，現(xiàn)計(jì)劃打井1口(井深3800米)，單井出水量55T/h，溫度73℃。綜合考慮初投資及運(yùn)行費(fèi)用，并本著最大限度利用地?zé)崴Y源的原則，擬定采暖方式為：用地?zé)崴o小區(qū)一次供暖，供熱后的尾水由地下水水源熱泵進(jìn)行能量提升為采暖系統(tǒng)再次供熱，從而降低尾水排放溫度適合生活用熱水要求，最大限度的利用水資源。從長(zhǎng)期運(yùn)行的角度出發(fā)，對(duì)該方案的節(jié)能效益進(jìn)行以下技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

2.熱泵技術(shù)原理

熱泵是一種能從自然界的空氣、水或者土壤中獲取低品位熱量，經(jīng)過(guò)電力做功，輸出可用的高品位熱能的設(shè)備。熱泵可以把消耗的高品位電能轉(zhuǎn)換為3倍甚至3倍以上的熱能，是一種高效供能技術(shù)。本文所要敘述的熱泵系統(tǒng)是利用地下水水源熱泵機(jī)組從中低溫水中吸收熱量供采暖用熱，可以實(shí)現(xiàn)能源的二次利用，大大提高能源利用率，節(jié)約地?zé)崴挠昧?，是一條變廢為寶的節(jié)能途徑。在我國(guó)熱泵技術(shù)是國(guó)家重點(diǎn)推廣的能源技術(shù)之一，當(dāng)前在國(guó)內(nèi)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。

二 技術(shù)方案

小區(qū)建筑冬季采暖熱負(fù)荷為3000KW，生活熱水負(fù)荷為1200KW。采暖末端使用地幅熱，因此要求供水溫度為55℃，回水溫度為45℃。本系統(tǒng)中，地?zé)峋鰜?lái)的73℃、55T/h的地?zé)崴沙捌魈幚砗螅?jīng)過(guò)供暖一級(jí)板式換熱器和生活熱水換熱器換熱后的水溫降為46℃;再經(jīng)過(guò)采暖二級(jí)板式換熱器換熱后出水溫度降為20℃排出?；钊降叵滤礋岜脵C(jī)組水源側(cè)進(jìn)水溫度為16℃，出水溫度為9℃，機(jī)組用戶側(cè)供回水溫度為55℃/45℃。為了提高本供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，盡可能多的利用地?zé)崴臏囟?，降低尾水的排放溫度是充分利用地?zé)崴Y源的關(guān)鍵。通過(guò)地下水水源熱泵系統(tǒng)能量提升，達(dá)到充分利用廢熱為本采暖系統(tǒng)提供補(bǔ)充熱量的目的。地下水水源熱泵系統(tǒng)可提供的生活熱水溫度為55℃，接至保溫水箱中，通過(guò)管路送到各用戶。

地?zé)崴拔菜商峁┑臒崃繛椋?1)冬季保證生活熱水需用地?zé)崴繛?5t/h，1.163x(73-46)x25=785Kw。地?zé)峁┧?3℃，尾水46℃;(2)剩余采暖用地?zé)崴繛?0t/h，地?zé)崴患?jí)全部用采暖可提供的熱量為：Q1=1.163×(73-46)×30=942Kw。地?zé)峁┧?3℃，尾水46℃。(3)生活熱水用熱尾水和采暖一級(jí)板式換熱器尾水溫度均為46℃，水量共為55t/h。這些水供二級(jí)地下水水源熱泵系統(tǒng)，可從尾水中吸收的熱量為：Q2=1.163×55×(46-20)=1663KW。進(jìn)水46℃，排水20℃。(4)熱泵驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)電能轉(zhuǎn)換為熱能約為(COP≈3.75)：N=Q2÷(3.75-1)=604.7KW。(5)地?zé)崽菁?jí)利用總制熱量：Q3=Q2+N=1663+604.7=2267.7KW。(6)地?zé)崴膳患?jí)利用可提熱量為942KW，尾水+地下水水源熱泵可提供采暖熱量為2267.7KW，可提供的總采暖熱量為：3209.7KW。

根據(jù)以上參數(shù)分析，本系統(tǒng)可完全滿足小區(qū)冬季采暖及生活熱水的需求。采用地下水水源熱泵系統(tǒng)，可將尾水降至20℃，利用地?zé)崴疁囟?3℃。由于冬季各時(shí)間段室外氣象溫度不同，地下水水源熱泵系統(tǒng)主機(jī)可根據(jù)回水溫度高低自動(dòng)啟停。

三 經(jīng)濟(jì)性比較

地下水水源熱泵除具有環(huán)保的特點(diǎn)外，更具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，下面將利用余熱資源采用地下水水源熱泵的供暖方式同現(xiàn)行的各種供暖方式就運(yùn)行成本、一次性投資依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作定性分析如下：

1.電價(jià)0.56/(KW.h)、低谷電價(jià)0.2元/(KW.h)，每日低谷電價(jià)運(yùn)行8小時(shí)、天然氣價(jià)1.98元/m3、煤價(jià)600元/t、自來(lái)水3.2元/t、燃油7.0元/L。

2.單位建筑面積熱負(fù)荷：設(shè)備選型按60W/m2，實(shí)際運(yùn)行按31.82W/m2計(jì)取(系統(tǒng)24小時(shí)不間斷運(yùn)行的全年平均值)，采暖系統(tǒng)運(yùn)行按120天/年。

3.燃料燃燒值按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)取，燃煤鍋爐效率η取0.75，燃?xì)忮仩t效率η取0.90，燃油鍋爐效率η取0.90，電鍋爐效率η取0.95，地下水水源熱泵機(jī)組COP=3.75。

4.運(yùn)行費(fèi)只計(jì)主要設(shè)備的燃料費(fèi)，未計(jì)入管理費(fèi)、燃煤鍋爐大修費(fèi)等。

5.在一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用中各種供暖方式相同的部分不做比較。

四 方案特點(diǎn)

1.余熱利用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能。采用高溫地下水水源熱泵機(jī)組可直接回收利用尾水中低品位余熱資源，從根本上解決了尾水余熱資源不能被熱泵機(jī)組直接回收利用的現(xiàn)狀。機(jī)組制熱工況出水溫度可根據(jù)用戶需求調(diào)節(jié)，可滿足不同冬季不同階段供暖及制備生活熱水的需求，低溫地?zé)崴?高溫地下水水源熱泵取代燃煤、燃?xì)忮仩t進(jìn)行冬季供暖無(wú)須改造供暖末端及現(xiàn)有供暖管網(wǎng)，從而使現(xiàn)有資源得到了最合理的利用。

2.綠色環(huán)保、效益顯著。采用地?zé)崴痈邷氐叵滤礋岜萌〈济哄仩t可取得很好的環(huán)保效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，避免了燃煤鍋爐的廢氣廢渣對(duì)周圍環(huán)境的污染，省掉了燃煤的運(yùn)輸費(fèi)用、貯煤場(chǎng)地費(fèi)用、除塵費(fèi)用、灰渣的運(yùn)輸處理費(fèi)用等。同時(shí)解決了低溫地?zé)崴蛭菜欧藕髮?duì)環(huán)境造成的熱污染的問(wèn)題，經(jīng)此方案后，地?zé)崴臏囟戎挥?0℃左右遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的小于30℃的標(biāo)準(zhǔn)。

3.性能穩(wěn)定、安全可靠。地下水水源熱泵運(yùn)行自動(dòng)化程度高，運(yùn)行人員少，機(jī)組噪音很小，安全性高。地下水溫度穩(wěn)定，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、平穩(wěn)，供熱為連續(xù)供熱，溫度恒定，人體的舒適感好。

四 結(jié)語(yǔ)

在不使用熱泵的情況下，采暖需用地?zé)崴畬⑦_(dá)到60t/h，使用熱泵后節(jié)省地?zé)崴?0%，并增加熱量20%，可保證冬季出現(xiàn)當(dāng)?shù)貥O端低溫下的采暖負(fù)荷。上述參數(shù)計(jì)算均取的設(shè)計(jì)用熱負(fù)荷最大值，采暖期如果采取合理有效的調(diào)節(jié)措施，地下水取用量還將減少。這樣就在保證用熱的同時(shí)盡量減少了地下水的取用，更經(jīng)濟(jì)環(huán)保。在后期的使用過(guò)程中如果能采取有效的尾水回灌技術(shù)，那么本系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)環(huán)保性及長(zhǎng)期穩(wěn)定實(shí)用性的優(yōu)點(diǎn)將尤為明顯。