深層地熱水在集中供熱工程中的有效利用

于浩

摘要：以大慶林甸某工程梯級利用溫泉水供暖為例，詳細介紹了該換熱站房如何高效利用溫泉水作為集中供暖熱源的工作原理，并簡述了該熱泵機房內部等各方面設計情況。通過對該系統(tǒng)的設計及運行反饋，指出系統(tǒng)設計和運行中應該關注的環(huán)節(jié)和注意事項，希望對同類系統(tǒng)的設計提供參考與幫助。

關鍵詞：換熱器；水源熱泵機組；溫泉水；集中供熱；深層地熱水

1 工程概況

本項目位于大慶市林甸縣四合鎮(zhèn)，設計供暖能力30萬㎡，分兩年建成，其中2013年建成供暖能力約11萬㎡（其中龍泉新城小區(qū)約5萬㎡、鳳凰城小區(qū)約6萬㎡），2014年建成供暖能力約19萬㎡（龍泉新城8萬㎡、鳳凰城約2萬㎡，預留9萬㎡）。

新建建筑采用節(jié)能墻體、低溫地板輻射方式供暖。既有建筑采用散熱器方式供暖，計劃進行節(jié)能墻體改造。為了響應政府節(jié)能降耗，減少污染的有關政策規(guī)定，本方案采用地熱資源與水源熱泵相結合的方式為本項目提供采暖及生活熱水熱源。熱泵熱源取自當?shù)刎S富的深地熱田。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)梯級取熱方案

系統(tǒng)不同于普通水源熱泵項目之處：溫泉水的熱量不是全部由水源熱泵機組提取，而是利用溫泉水溫度高于供暖供水溫度的特點，梯級提取蘊含在溫泉水中的熱量，充分利用地熱水的熱能的同時減少地熱水用量。

一級取熱：井水進入板式換熱器，一次側水溫53/37℃，二次側水溫45/35℃。因用戶側水溫45/35℃，及總提水量255m3/h，決定了板換一次取熱負荷為4700KW。

二級取熱：由一級取熱板式換熱器出水進入二級取熱的板換，二級取熱板式換熱器一次側水溫37/27℃，二次側水溫34/20℃或34/24℃ 制熱量為3500kw。

三級取熱：由二級取熱板式換熱器出水進入三級取熱的板換，三級取熱板式換熱器一次側水溫27/17℃，二次側水溫24/10℃或24/14℃ 制熱量為3500kw。

系統(tǒng)圖如圖1 所示。

2.2 溫泉水系統(tǒng)取水方案

該項目采用本地豐富的地熱溫泉水作為機組熱源。溫泉水取水系統(tǒng)包括取水管頭部、管道、水處理裝置、泵房及水泵等。水源井由專業(yè)公司提供勘察、設計及施工，并滿足當?shù)叵嚓P部門審批要求。

本設計對地下水流量及溫度技術要求：三期供暖需總循環(huán)水量340m3/h，供水溫度53°C，本次設計為一、二期，地下水用量為255m3/h，供水溫度53°C。采用四口深井提水井，單井提水量為85m3/h，四口回水井，單井回水量為85 m3/h?；毓嗯c抽水在同一水層。采用安裝變頻器的潛水泵，根據(jù)負荷的變化控制水泵流量和開啟臺數(shù)。

2.3 熱力站房設計

機房設置于單獨建筑內。 熱泵機組、水處理設備、板式換熱器、循環(huán)水泵以及分集水器等均安置在機房內部。

采暖循環(huán)水系統(tǒng)采用末端分階段變流量一次泵系統(tǒng)，熱泵機組定流量運行。設全自動排污過濾器。采暖循環(huán)水系統(tǒng)最大工作壓力0.7Mpa，補水系統(tǒng)采用變頻補水泵與膨脹罐的補水定壓方式。補水經(jīng)軟化處理。

2.4外網(wǎng)管道系統(tǒng)

1）熱水供熱管網(wǎng)采用異程閉式雙管制，供水溫度48°C，回水溫度38°C.

2）本供熱管網(wǎng)接小區(qū)自建換熱站，靜壓值為0.10MPa.供熱管網(wǎng)的定壓及補水 均設在水源熱泵機房內。

3）熱網(wǎng)采用有補償無固定點直埋敷設方式埋敷.管頂距凍土層以下20CM. 上覆土不小于1.50M。

4）熱網(wǎng)管道≤200采用無縫鋼管，>200采用螺紋焊縫鋼管，彎頭選用壓制彎頭，彎頭的壁厚不應小于管道壁厚。

5）管道除與設備，閥門為法蘭連接外，其余均為焊接。

6）入戶井及檢查井均采用磚砌井室.內壁采用1：2.5水泥砂漿抹面.入戶井中 心線距建筑物外墻均為2.0M。

2.5 自動控制

實現(xiàn)熱泵機房的自控管理，提高機房管理水平，減少管理成本?，F(xiàn)場設專用自控機房。

同時，自控系統(tǒng)通過移動互聯(lián)網(wǎng)由運營公司進行遠程監(jiān)控。

自控系統(tǒng)實現(xiàn)以下節(jié)能運行控制要求：

1）熱泵、水泵啟停、定時、聯(lián)鎖控制；

2）室外氣溫補償控制；

3）末端供熱溫度控制；

4）水源水一次泵循環(huán)流量控制；

5）水源井流量、水位控制；

6）熱泵系統(tǒng)能耗監(jiān)測；

7）遠傳監(jiān)控；

3 系統(tǒng)實際運行效果分析及注意事項

3.1出水溫差對系統(tǒng)運行的影響

相同制熱量下對熱泵機組兩種運行工況分析如下：

采用10 ℃溫差時，cop為8.642，電機功率為405kw；

采用14 ℃溫差時，cop為7.936，電機功率為441kw 。

在相同負荷下，不同溫差水，循環(huán)泵流量及功率工況如下：

當 10 ℃時，流量為280m3/h，功率為30kw。

當 14 ℃時，流量為200m3/h，功率為18.5kw

選用小溫差在電機功率上，能節(jié)省用電量24.5kw。

由上可見，對系統(tǒng)正常的運行工況保證是實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟性優(yōu)勢的前提。

3.2 溫泉水回灌的重要性

本系統(tǒng)和所有水源熱泵系統(tǒng)一樣，必須保證地熱尾水的同層回灌?；毓嗍菍崿F(xiàn)地熱資源開發(fā)與保護的主要措施之一，地熱回灌對改善和恢復熱儲產(chǎn)能、維持和恢復熱儲的流體壓力，保證地熱田的持續(xù)開采具有重要的作用。

3.3 溫泉水處理方式及換熱器的選擇

地熱水作為一種取自地下的天然水體，其水質因各地差異對換熱設備的要求和水質的初步處理方式也應因地制宜，綜合考慮。本項目地處大慶地區(qū)，地下水質天然礦物油成分較大，考慮到換熱器長期運行后受油污堵塞嚴重，前期有針對性油污處理裝置。

4總結

本項目作為可再生能源利用途徑中的一種方式，安全、可靠、經(jīng)濟，運行、維護方便。在地熱資源豐富地區(qū)，這種集中供暖方式節(jié)能和環(huán)保效益非常顯著。但任何一種工程技術方式都應考慮其地域局限性，并須后期正確的科學運行管理方式貫徹始終。經(jīng)濟效益明顯，改善了大氣環(huán)境，兼顧地上地下整體的生態(tài)環(huán)境，才能真正符合今社會可持續(xù)發(fā)展的要求。

（作者單位：遼寧省建筑設計研究院有限責任公司）