第一章地热热泵供暖技术
目录
1技术介绍 (1)
2供暖系统介绍 (2)
2.1工程概况 (2)
2.2资源条件简述 (2)
2.3设计方案简述 (3)
2.3.1地热井情况 (3)
2.3.2地热热泵供暖能力 (3)
2.3.3燃气锅炉调峰 (3)
3可行性分析 (4)
3.1技术可行性 (4)
3.2经济可行性 (4)
3.2.1能耗情况* (4)
3.2.2基本假设 (4)
3.2.3节能量* (4)
3.2.4投资费用* (5)
3.2.5投资回收期 (5)
4社会环境效益分析 (6)
4.1社会效益 (6)
4.2环境效益 (6)
5参考资料 (6)
技术介绍
地热热泵供暖是集地热井的钻凿、地热水回灌、热能梯级利用、热泵对地热尾水进行热能回收等为一体的综合系统。利用水源，通过少量的电能输入，采用热泵原理，实现低位热能向高位热能转移的技术。
地热是人类的宝贵资源，只有最大限度利用地热，才能取得较高的经济效益。为此，一般地热供热系统中，地热水除了直接或间接换热应用外，其低温尾水中的热量还可通过水源热泵将水温提高后再加以利用，实现地热水的梯级利用。梯级利用的合理性直接影响到地热供热的经济性。
地热供热系统原理：地热水经抽水泵提升后，经板式换热器换热，直接提供采暖用户，其低温尾水经水源热泵升温后再供给采暖用户；地热水经水处理后可直接提供用户洗浴。
1供暖系统介绍
1.1工程概况
本章调研的供暖系统为北苑家园地热热泵供暖系统。如表1所示为该供暖系统基本情况。
表1.供热系统基本情况调研*
1.2资源条件简述
北苑地区由于有黄庄-高丽营断裂穿过，断裂两盘的热储层及其深度有较大差异。经计算，该区热储层地热水总储量为3.7亿立方米，蕴涵热量8.75×1013kJ，年可开采地热水量为259万立方米，年可利用热量为5.29×1011kJ。
断裂北西盘：沙井6眼，井深2418米，每天出水量3000多吨，出水温度为70℃；
断裂南东盘：京热94井，井深3610米，每天出水2000多吨，出水温度72℃。
1.3设计方案简述
北苑家园包括六区，建筑面积48万平方米，公建区32万平方米，均采用地热结合热泵负担基础负荷，燃气锅炉负担尖峰负荷。生活热水由地热尾水，经处理后供给。公建区夏季空调利用热泵结合冷却塔实现。
1.3.1地热井情况
北苑地区拟钻凿热井10眼，其中6眼为抽水井，出水量为2000m3/d，出水温度为70℃。地热水采用梯级利用，一级地热水67℃，经一级板换换热，一级地热尾水温度为45℃，二次水为供暖用循环水。二级地热尾水一部分经水处理后作为生活热水，另一部分经二级板换，二次水为水源热泵的低温热源。地热供热原理见图1所示。
图1 地热供热原理图
1.3.2地热热泵供暖能力
经计算，选用水源热泵情况如表2所示。
表2.热泵基本情况调研*
1.3.3燃气锅炉调峰
燃气锅炉承担尖峰负荷为13.02MW，调峰范围为住宅及配套建筑，在原小区锅炉房增设一台15MW的天然气锅炉即可。
调峰方式：一级、二级板换的二次水及热泵冷凝器循环水混合后作为采暖循环水，温度为55℃，当基础负荷不能满足实际负荷时，由原燃气锅炉承担，通过板式换热器加热循环水不小于60℃。
2可行性分析
2.1技术可行性
热泵技术已经是一项成熟技术，在使用中无问题。
2.2经济可行性
2.2.1能耗情况*
2004年9月1日~2005年3月21日，总计试运行采暖面积为171745.8平方米。
具体能耗情况如附表2所示。表3所示为能耗汇总表。
表3.能耗汇总表
注：电价0.68元/kWh，燃气费用1.95RMB/m3自来水价6元/m3。
2.2.2基本假设
表4.计算中假设数据
2.2.3节能量*
如果同样的供暖面积使用燃气锅炉供暖，则能耗计算如表4所示。表中单方能耗按照北京市统计的平均值计算。
表5.能耗比较表
(1) 燃气量比较
Q sav = Q aver– Q gas =2747932.8-253757.6=2494175.2 m3
式中：Q sav - 节约燃气耗量，m3；
Q gas - 系统总耗气量，m3；
Q aver - 平均耗气量，m3。
(2) 耗水量比较
W sav= W wat–W aver =15266.3-3082=12184.3 t
式中：W sav - 节约水量，t；
W wat - 系统总耗水量，t；
W aver：平均耗水量，t。
(3) 耗电量比较：
E sav= E ele–E aver =837468-580119.1=257348.9 kWh
式中：E sav - 节约电量，kWh；
E ele - 系统总耗电量，kWh；
E aver - 平均耗电量，kWh。
(4) 节约费用
A= Q sav×1.95+ W sav×6- E sav ×0.68
=2494175.2×1.95+12184.3×6-257348.9×0.68=4761750.2 元
2.2.4投资费用*
投资费用6000万，不包括二次管网建设、高压电力建设、末端建设等。
2.2.5投资回收期
回收期的含义应用该系统后，多支付的费用可在这个期限内，从少支付的费用中得到补偿。
回收期：PB = Q/A 年
=60000000 /4761750.2 =12.6 年
3社会环境效益分析
3.1社会效益
该技术没有任何负面社会影响。它不但可以减少设备和管道散热损失，节省一次能源，而且能减小污染，改善供热质量。
3.2环境效益
北苑家园项目采取地热热泵供暖后，每个采暖季可替代燃煤5300吨，替代天然气250万立方米。
(1) 对于一个供热面积为17万m2的燃煤锅炉供暖系统，如使用地源热泵，其环境效益主要结果如下：
CO2减排量：ΔCO2,coal=ΔQ coal×H coal×CO2,coal
= 5300000×0.022×0.095×10-3 =11tons/年
SO2减排量：ΔS O2,coal=ΔQ coal×H coal×SO2,coal
= 5300000×0.022×0.909×10-3 =105.9tons /年
(2) 对于一个供热面积为17万m2的燃气锅炉供暖系统，如使用地源热泵，其环境效益主要结果如下：
CO2减排量：ΔCO2gas=ΔQ gas×H gas×CO2,gas
=2500000×0.035×0.055×10-3 =4.8tons/年
4参考资料
《地源热泵工程技术指南》
注：本文中所有带*号的数据为被调研单位提供的数据。
附表1 北苑家园地源热泵技术调研相应部分数码照片
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