利用深井地热水作为辅助热源的水源热泵系

1、利用深井地热水作为辅助热源的水源热泵系 .摘要本文介绍了北京工业大学进行深井地热供暖示范工程项目和地热 能梯级利用技术研究两个项目的中试工程综合情况。文中介绍了为本 校经管学院楼中 2000 平米办公区地热供暖（兼制冷）中试工程系统概 况，利用深井地热时热泵的选择及热泵的 COP值，系统设计时的考虑 因素，动态实验，地热利用开式系统的运行总效率 ，地热利用率 之 间的关系等。关键词深井地热梯级利用水源热泵建筑物采暖一、概述深井地热水在世界上的广泛应用有很长的历史。美国西部的深井地热 区，井深 300-400 米左右，即可开凿出 80-90的地热水，从地下环境 保护的角度来考虑，美国各州有不同的

2、政策，但总的不主张使用开式 系统，如果使用，严格要求同层回灌。法国的低焓能含水层热水热不 温在 50以上，井深由几百米至 1000-2000 米不等，其应用实现了梯 级利用，并且严格实行 对井制，即一个生产井，一个回灌井。巴黎盆 地的地下水位， 20 年来，基本上维持水位不降，是很了不起的成就。 波兰持下含水层热储的水温为 30-130之间，并采用了多种利用技术。 我国地热水供暖有较长历史的应必天津和塘沽地区，但其尾水温度较 高，近几年来，天津采用先进技术，严格实行 对井 制，使地下水位逐 渐回升。北京是世界上为数不多的，有深井地热水资源的首都之一。过去30 年来，共开凿了深井地热水井 200

3、 口左右，130 多口井在正常使用。 由于多数地热井水温在 40-60之间，限于合理利用的温泉别墅。很少的几 例用于地热直接供暖。 1999 年，在北京城南发现深度 3800米处的 88 的地热水。申办 2008年奥运会以来，北京有关部门进行了全面的物探， 发现了三大块地热田，水温达 70-80，井深达 3500 米左右。北京的 深井地热水位每年下降 2 米，从可持续发展的角度，考虑深井地热水 的利用技术和回灌技术至关重要。二、中试工程的建筑物及负荷特点 1建筑特点：该楼为原有建筑物。办公和实验室部分为 2000 平方米 的五层建筑，周围有与之相连的两层教室共 10000平米。中间有 20 米

4、 高的玻璃拱顶中厅，周围八个外门，供疏散用。由于 烟窗效应 ，冬季 室外的冷风通过常开的东大门大量灌入室内，致使大厅温度6左右，周围五层房间的内墙变成了散热的外墙。加上各办公室单层的大玻璃 窗有冷风渗透，还限于施工时的经济状况，外墙保温作了简化处理， 致使冬季室温在 13左右。2负荷特点：经计算冬季采暖设计负荷约为 120W/m2 。由于是办公楼， 每日工作时间为 8： 00-20：00。夜间及周末或节假日，室温只需维持 10。热负荷比冷热负荷小。三、中试工程系统设计方案考虑 1回灌水温度和回灌水量的考虑：本校地热回灌井井深 2000 米，比 生产井深 400 米。对于允许的回灌量，回灌温度，

5、对热储的影响，需 要相当长的时间实验认定。因此，一方面要尽量使用地热水的热能，维持到一定的尾水温度比如 20以下峰值负荷时，可以尝试短时间到10左右，观察其长期影响。另一方面，在非峰值负荷时，也要减少 抽取地下的热水量，不使大量热水在较高温度下回灌，比如：尽量避 免 25以上的水温回灌。2对地热水利用率 的考虑：回灌温度直接影响到地热能的利用率。 因为地热能的能量，目前是依地热水温度降至当地全年室外平均温度 作为基准计算的。深层地热水的抽出不仅消耗潜水泵的能量，蕴藏着 被污染的可能，还涉及未知的回灌井的工作状况。3对地热水直接利用级的考虑：本校共有地热生产井两口，生产井的 水温均在 52左右，

6、两口井的出水量均大于或等于 70m3/hr 。52左 右的地热水，经过板式换热器后，循环水可达 50左右，直接利用级 采用的是风机盘管机组，其消耗的功率，仅为循环水泵的功率。4对峰值负荷的考虑： 由于北京的多数建筑， 制冷负荷大于采暖负荷， 可以以部分热泵兼作为峰值热负荷。区域锅炉房提供的热源，也可以 做峰值热源用。5对使用热泵的考虑： 选择水源侧能耐受进口水温 （ ESWT）为 30-35 地热水的热泵， 使之具有较高的热力循环 COP值。按照 ARI-320标准， 水源热泵供热工况下，水源侧进口水温控为 21，按照 ARI-325 标准 为 10及 21。因此，一般厂家不提供能耐受 ESW

7、T为 30-35的热 泵。选择了美国 ClimateMasterInc的 GSW-120型水 -水热泵。厂家建议 使用中 ESWT不超过 35。后来运行证明性能良好，特性曲线由研究 提供见图 1， 2， 3，4。图 1 热泵 COP与水源侧出水温 LSWT（）图 2 热泵 COP与负荷侧出水温 LSWT（）图 3 深井地热水水源侧进水温与制热量关系（水源侧进水温 =32.2， 负荷侧流率 1.69L/S）图 4 热泵不源侧水量与水温降关系利用深井地热水作为辅助热源的水源热泵系统节能分析 :四、中试工程 使用的系统及仪表综合以上考虑，本中试系统如图 5 所示。测试使用的仪器的不确定度： 见表一1-生产井 2-回灌井 3-水处理设备 4-板式换热器5，6-地热直接利用极 7-地热作为辅助热源的间接利用级 8-终端采暖和 制冷设备T1，T2，T