地热梯级利用联合地源热泵地面辐射供暖系统.doc

地热梯级利用联合地源热泵地面辐射供暖系统山东宏力空调设备有限公司 赵海国摘要：通过对德州信誉新湖春天住宅小区地热梯级利用联合地源热泵系统在地面辐射供暖工程中的应用分析，阐述了地热梯级利用联合地源热泵技术在供暖工程中的应用方式、系统的优异性能和显著的节能减排效果，说明了在有条件的地区推广的可行性关键词：地热梯级利用；地源热泵；节能；减排；地面辐射供暖1. 工程概况本工程为可再生能源在建筑中应用示范项目，项目位于德州市中心，新湖风景区及中心广场南，北临东风路，西临新湖南路。建筑性质为商品住宅，主要功能满足业主居住生活的需要。住宅包括起居室、卧室、厨房、餐厅、工人房、卫生间、储藏室、阳台、电梯、楼梯等。该项目中还设有地下车库、游泳馆、会所、健身、休闲、娱乐、医疗、物业等设施。总用地面积为 25000m2 ，其中第一期用地11000 m2，第二期用地14000 m2。总建筑面积为136600 m2，其中第一期建筑面积63000m2，第二期建筑面积73600 m2。使用地热及地源热泵系统供暖的工程包括所有住宅和部分公共建筑，同时辅助制取一定温度的卫生热水，并为游泳池水保温提供热量。两期工程均含有高层建筑，高度为106m,供暖系统采用高、低分区，高区设计供暖面积为48955.6 m2，低区设计供暖面积为47845.4 m2。公建部分面积为2000m2。2. 负荷计算 2.1 建筑热负荷本工程按节能率65%设计：单位热负荷取30w/m2,另公建筑部分按90W/m2。则低区总热负荷为47845.4 m20.03kW/m2+2000m20.09kW/m2=1616kw，高区总热负荷为48955.6 m230w/m2=1469kw。 2.2游泳池热负荷游泳池面积为2517=425m2,水面蒸发损失的热量Qz= (0.0174 vf +0.0229)(Pb-Pq)F760/B=4.187*585*(0.0174*0.5+0.0229)*(18.7-9.3)*425*760/768=305996(Kj/h)=85kw式中：Qx-游泳池水表面蒸发损失的热量（kJ/h）； -热量换算系数，4.1868 kJ /kcal； -与游泳池水温相等的饱和蒸汽的蒸发汽化潜热（kcal/kg）； vf -游泳池水面上的风速（m/s），一般按下列规定采用：室内游泳池 vf 0.20.5 m/s；露天游泳池vf 23 m/s； Pb-与游泳池水温相等的饱和空气的水蒸汽分压力（mmHg）； Pq-游泳池的环境空气的水蒸汽压力（mmHg）； F-游泳池的水表面面积（m2）； B-当地的大气压力（mmHg）。其它热损失可按水面蒸发损失的热量20%计算，则总热损失为851.2=102kw2.3卫生热水热负荷因为本系统还设计了太阳能卫生热水系统，地热系统仅补充提供部分热负荷，其热量由现有地热资源满足建筑热负荷后剩余部分热量供应卫生热水3. 地热资源条件根据本地水利志记载，德州地区：市区每年12月、1月、2月、3月降水量仅为3.99.9mm/月，全年平均583.9mm。全年平均径流49.3mm，年最少时仅为0.27mm，属贫水干旱区。此外本工程周围均为多层建筑群，一旦超采或回灌不足，会造成建筑地面沉降，后果严重。而根据山东省德州市城区地热资源详查工作中，巳探明深层地热资源量为：1.062109m3，可采资源量8.322106m3/a，每年可提取热量1.4661017J，折合热能46.48MW。地热热储温度为56左右。达到中型地热田规模，具有良好的开发利用空间。4. 系统设计4.1主要设备配置4.1.1根据工程负荷及换热条件进行计算，低区采用两台板式换热器M10-BFM，高温井水出水总量100m3/h,温度为56，经一级板式换热器后一级尾水温度降至40；二次侧换出45的热水供地面辐射供暖，回水温度为35；总换热量为1860.8kw,高于低区供暖热负荷，剩余部分热量（245KW）将用于辅助制取卫生热水；4.1.2高区选用三台山东宏力SM-125Q（R）型地源热泵机组，提取二级板式换热器的热量，二级板式换热器的型号为M10-BFM，利用40的一级尾水作为二级板式换热器的一次侧进水，经换热二次尾水温度降为20后进行回灌，二级板式换热器二次侧换出19的水作为地源热泵的热源水，经地源热泵机组提取热量后降为10，然后再进入二级板式换热器循环取热，三台热泵机组制热量为607.5kw3=1822.5kw,两个系统均能完全满足负荷要求；4.1.3卫生热水采用两台板式换热器M10-BFM，S=8.16m2，直接利用56井水热量，换热量为365KW，采暖负荷有昼夜之别及受季节、天气的影响，据有关统计整个供暖季的平均负荷在设计总负荷的60%以下；采用温控阀进行水量控制，以达到采暖与卫生热水供应的负荷平衡。4.1.4游泳池设一台板式换热器，利用40井水一级尾水，分配出30m3/h作为两台游泳池板式换热器M10-BFM一次侧热源水，换热量为210KW。换出32的游泳池水，保证池内水温在26-28，根据计算游泳池所需热量为102KW，完全能够满足室内游泳池的温度要求。 4.1.5根据甲方要求：在二期工程尚未开工前，为节约能源，一期入住后，高区暂用原设计的一级板式换热器供暖，因此在设计中增设一级板式换热器供暖至高区的供暖管路旁通设计。4.2辅机配置4.2.1地下深井水系统设置一台防腐旋流式除砂器，对地下水进行除砂过滤，防止损坏采暖设备及水系统堵塞； 4.2.2两采暖水系统设一套自动软化水处理设备，对整个采暖水系统的水进行软化处理，防止水系统结垢及锈蚀。4.2.3循环水泵与板式换热器、热泵主机及室内供暖设备形成闭式循环。4.2.4低区设一台落地式膨胀水箱补水系统，高区采用高位水箱补水。表一 系统主要设备表序号名称型号单位数量1地源热泵机组SM-125Q(R)台32旋流除砂器HLCS-100台13一级板式换热器M10-BFM，S=23.28m2Q=1100KW, 1.6MPa台24二级板式换热器M10-BFM，S=17.52m2Q=1100KW, 1.0MPa台25卫生热水板式换热器M10-BFM，S=8.16m2Q=183KW, 1.6MPa台26低区空调循环泵FLG100-200B/2/15Q=80m3/h,H=38m,N=15KW台37高区空调循环泵FLG100-200B/2/15Q=80m3/h,H=38m,N=15KW台38二级板换循环泵FLG100-125A/2/7.5Q=88m3/h,H=16m台39低区补水泵32FL5-125Q=5m3/h,H=60m,N=2.2台210高区补水泵32FL5-1210Q=5m3/h,H=70m,N=4台211自动软水器LHC-,Q=4-8m3/h,台112低区落地式膨胀水箱NZGP-1600台113软化水箱21.52m3个114游泳池板式换热器M10-BFM，S=3.6m2Q=138KW台115低区分、集水器450台216 高区分、集水器450台217高位补水箱0.6M3套118电控柜台3图一 系统工艺流程图5. 与传统供暖比较节能减排量计算5.1计算相关参数1、 地热系统直接提供热量： 1861 kW2、 本工程地源热泵机组供热量为： 1823 kW3、 热泵机组输入功率： 122kW*3=366kW4、 供暖天数： 120天5、 负荷系数： 60%6、 标准煤热值： 7000kcal/kg7、 中国煤炭平均含硫量： 1.72%8、 供暖锅炉热效率： 77%9、 原煤热值： 5000 kcal/kg10、 潜水泵功率： 45Kw11、 原煤含碳元素量取 80%12、 原煤含氮元素量取 1%13、 灰分 10%5.2计算相关说明 循环水泵等耗能设备在两系统中取等值，在本计算中不作比较5.3年节能量计算年节能量：(1861+1823-366-45)/1.163*1000*24*120*0.6=4.863109kcal折合标准煤为：4.863109/7000/1000=694.73吨折合原煤为： 694.737000/5000/77%=1263.15吨5.4年减排量计算CO2减排量为：1263.1580%(44/12)=3705.25吨SO2减排量为：1263.151.72%(64/32)=43.45吨NO减排量为：1263.151.2%(30/14)=32.48吨灰分减排量为：1263.15126.32吨6. 总结1、 低温地热能及地源热泵与地面辐射供暖相结合，充分利用了低品位的地热能及地源热泵提供的低温热能，2、 节能建筑与可再生能源节能系统相结合，节能效果相当显著，综合效益明显。3、 与卫生热水、游泳池等系统结合，进一步提高可再生能源的利用率，提高节能率。4、 大量减少温室气体及有害气体的排放，可有效改善居民生活环境，环境效益显著。参考文献：1甲方提供的建筑图纸及当地水文地质资料2 GB5024320