水源热泵在北京地热供暖设计中的若干问题探讨.doc

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1、水源热泵在北京地热供暖设计中的若干问题探讨摘要：介绍了北京市某住宅小区利用地热－热泵供暖、温泉洗浴的工程概况，对方案设计过程中遇到的若干问题进行了深入地探讨与分析。关键词：地热热泵供暖1引言　　北京存在着丰富的地热资源，但长期以来，在北京市的一次能源结构中，煤炭一直占据着主导地位，以煤为主的能源结构，是造成大气严重污染的根源之一。目前北京是世界上大气污染最为严重的十大城市之一。根据中央和市政府对北京市环境目标的要求以及申奥报告中对环境质量的承诺，到2008年市区大气环境质量要达到世界卫生组织的指导值或发达国家大城市的平均水平。为了贯彻

2、“绿色奥运、科技奥运”的口号，在清洁能源建设项目中，北京市政府已将地热利用纳入规划。　　北京的地热利用已有数百年的历史，但主要利用在工业、种植、洗浴等方面，地热供暖应用较少。进入90年代后，一些单位开始采用地热供暖，但利用形式主要是直供直排，特点是系统简单、投资少，但尾水排放温度高，供暖面积小，地热资源利用率低。　　因此，如何提高地热资源的利用率，降低排放温度是地热利用中急需解决的问题。水源热泵的梯级利用技术可以有效的解决上述存在的问题。　　本文针对北京市某住宅小区采用的地热－热泵供暖系统，对水源热泵梯级利用技术及方案设计中遇到的若干

3、问题进行分析。2工程概况及设计方案概述2.1工程概况　　该住宅小区总建筑面积约40万m2，其中住宅34.6万m2，配套用房约5.5万m2，是国内利用地热供暖最大的小区。小区内计划打5口井，其中2口抽水井、2口回灌井、1口备用井。地热水的出水温度为68℃，产水量为150m3/h。　　另外，小区内地热水水质经鉴定，已初步确定为氟、偏硅酸盐型淡温泉水，具有医疗矿泉功能，可供住户洗浴用。　　在上述地热资源开采量的前提下，地热量还不能满足40万m2的供暖需求，还需另设辅助热源，满足峰值需要。小区内设有集中燃气锅炉房一座，可向小区提供110/65

4、℃的高温水。2.2地热－热泵供热系统的设计方案概述　　地热资源的利用原则是取热不取水，否则如果地热水长期不能回灌到地下，一是造成水资源缺乏、地面沉降；二是地热不能及时的得到补充，出水温度降低，供热质量下降。但是地热尾水的温度应该为多少，是一个值得争议的问题。尾水温度过高，造成地热资源不能充分的利用，温度过低，不利于地热资源的恢复。应地热资源管理处的要求，建议回灌温度为15～25℃。6　　在本设计中，地热利用的指导思想是：实现地热资源的梯级利用，最大限度地利用已有地热资源；利用热泵机组，充分利用45℃以下温度段的低品位热量，合理降低尾水

5、排放温度；尽量减少辅助调峰加热量；在确保系统稳定性的前提下，尽可能采用量调节，以降低输配电耗。　　采暖系统根据系统承压和供暖方式的不同分为三个系统，即住宅高区、低区热水地板辐射采暖系统及配套裙房的散热器采暖系统。其中，配套低层裙房散热器采暖系统直接利用一级地热和燃气锅炉房的辅助热能，住宅高区热水地板辐射采暖系统直接采用二级地热和燃气锅炉房的辅助热能，低区地板辐射采暖系统间接采用一级、二级地热的尾水，结合热泵，另外再采用燃气锅炉房的辅助热能。经过上述几级地热利用后，地热尾水和一部分原水经过水处理设备、板换加热后供用户洗浴。夏季，由于系统

6、没有供热负荷，地热水直接经过增压泵进入水处理设备，供用户洗浴。具体流程如图1：3方案设计中的若干问题3.1第一、二级参数的确定　　第一、二级参数的确定考虑到地热资源按相同比例分配的原则、板式换热器选型的可行性及地热-热泵系统的经济性。地热水一级温降对板换选型的影响表1地热水进水温度地热水出水温度对数平均温差板换面积台数参考价（℃）（℃）（℃）（米2）6（台）（元）686013.114.56175600686213.815.6179800686514.939.9611649006　　由表1可见，地热水出水温度为60℃与62℃对板换选型的

7、影响不大，但对下一级的地热利用来说，地热水出水温度为62℃的方案要优于60℃。地热水出水温度为65℃与62℃对板换选型的影响很大，换热面积和价格巨增。经综合考虑，本方案确定地热水一级出水温度为62℃。第二级参数的确定原则同上，地热水经过二级换热后，温度降为45℃。3.2地热水第三、四、五级参数的确定　　45℃的地热水只有升温后才能满足需要（设计工况下，末端地板辐射采暖系统要求供回水温度为50/40℃），根据热泵机组蒸发器侧出水温度不能高于20℃，供回水温降不宜大于10℃的要求。按同型号选用三级热泵，经热平衡计算，确定热泵蒸发器侧进出水

8、参数，进而确定每级地热水参数。地热水第三、四、五级温降分别为9.6℃，9.1℃，8.9℃。3.3系统的调节与控制　　地热是非常珍贵的自然资源，应充分加以利用，以实现资源量的合理分配。考虑到调节的要求，在设计时按照三个不同