山西新利通MALL地熱綜合利用工程
山東黃金集團煙臺設(shè)計研究工程有限公司 趙承偉
煙臺大正地熱空調(diào)設(shè)備工程有限公司
山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院 劉 惠
[摘 要]本文主要介紹了通過水源熱泵充分利用地熱能量，將其應用于建筑空調(diào)及熱水供應系統(tǒng)，以實現(xiàn)地熱水的梯級利用從而達到節(jié)能、省錢、環(huán)保的目的。
[關(guān)鍵詞]熱泵 地熱能梯級利用 地熱水處理
Multi-purpose project of geothermy terrestrial heat in Shanxi xinlitong MALL
Zhou Chengwei1 Liu Hui2
（Yantai design-research engineering Co.Ltd of Shandong gold group,
Yantai Dazheng geothermal air-conditiong equipment engineering Co.Ltd
Hydraulic engineering institute of Shandong agriculture university)
[Abstract] The article dwells on sufficient utilization of heat-pump in association with geothermic energy and applied to heat-water supply system to realize graded use of geothamic energy, achieving the target of saving energy&money and environmental protection
[Keywords]Heat-pump Graded use of geothamic energy Terrestrical heat manage
一、概述
地熱資源是指能夠為人類開發(fā)利用的地熱能、地熱流體及其有用組分。地熱是一種清潔能源，隨著石油、煤炭等傳統(tǒng)能源逐漸枯竭，地熱資源將成為未來能源的一個重要組成部分，因而也備受世界各國的重視，同時它又是集熱、礦、水于一體的資源，具十分寶貴的醫(yī)療價值。
我國大陸屬歐亞板塊的一部分，它的東側(cè)為島弧型洋-陸匯聚邊緣，西南側(cè)為陸-陸碰撞造山帶，是由許多不同時期的古板塊經(jīng)碰撞增生和拼接而成，因此地熱資源非常豐富，分布也較廣，主要有沉積盆地傳導型和隆起山地對流型地熱資源，其中沉積盆地傳導型地熱資源分布于華北平原、汾渭盆地、松遼平原、淮河盆地、蘇北盆地、漢江盆地、四川盆地、銀川平原、河套平原等地區(qū)，主要熱儲層為厚度數(shù)百米至數(shù)千米的第三系砂巖、砂礫巖。山西省位于汾渭盆地，地熱資源主要分布在汾渭地塹及忻州斷陷盆地，在部分邊山斷裂帶及山前傾斜平原部位也有分布，山西熱礦水分布的盆地按基底巖性結(jié)構(gòu)分兩種類型：一類是基底巖性為碎屑巖加碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)的太原、臨汾、侯馬、運城盆地，另一類是基底為古老變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)的大同、忻州盆地。
二、工程介紹
筆者介紹的該地熱綜合利用工程位于山西省運城， 山西新利通MALL位于運城市黃金地段，東臨南風廣場，南接河東路，北通禹都大道，西側(cè)為火車站和長途汽車站。它博采古今中外商貿(mào)建筑設(shè)計之長，為運城市2002年2211重點工程，河東大地的標志性建筑，總投資 5.8億元人民幣，建筑面積21萬平方米，是以美國加州主街MALL為模型，集購物、娛樂、休閑、餐飲、信息、金融、旅游、居家為一體的超級商業(yè)組群，具體的建筑功能和空調(diào)冷熱負荷見表1，用水量見表2
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建筑 名稱 |
結(jié)構(gòu) |
層 高 m |
建筑面積m2 |
功能 |
夏季冷負荷(KW) |
冬季熱負荷(KW) |
工作 壓力(MPa) |
所需資用壓力(MPa) |
|
|
東部一 |
地下一層 |
4.8 |
7522 |
超市 |
2700 |
2800 |
≤1.0 |
0.3 |
|
|
地上部分三層 |
5.0 |
8800 |
商店 |
||||||
|
地上部分四層 |
5.0 |
11694 |
餐飲 |
||||||
|
東部二 |
地下一層 |
4.8 |
6240 |
超市 |
2950 |
3000 |
≤1.0 |
0.3 |
|
|
地上部分三層 |
5.0 |
9400 |
商店 |
||||||
|
地上部分四層 |
5.0 |
12424 |
餐飲 洗浴 |
||||||
|
東部三 |
地下一層 |
5.0 |
2450 |
設(shè)備間 |
低區(qū)1829 高區(qū)3300 |
低區(qū)2194 高區(qū)4100 住宅 1670 |
低區(qū)≤1.0 高區(qū)1.45 住宅 ≤0.8 |
低區(qū)0.3 高區(qū)0.35 住宅 0.15 |
|
|
地上寫字樓、酒店、裙房三層 |
5.0 |
7350 |
|
||||||
|
地上寫字樓26層 |
2.8 |
40925 |
|
||||||
|
東部四 |
地下一層 |
5.8 |
2400 |
游泳池 |
|||||
|
地上三層 |
5.0 |
5190 |
商店 |
||||||
|
住宅四幢 |
地下一層 |
2.8 |
1600 |
設(shè)備間 |
|||||
|
地上十八層 |
3.0 |
23200 |
|
||||||
|
西部一 |
地下一層 |
4.8 |
8300 |
地下停車場 |
2423 |
1992 |
≤1.0 |
0.3 |
|
|
地上三層 |
5.0 |
22760 |
商場 |
||||||
|
西部二 |
地下一層 |
4.8 |
10583 |
地下停車場、設(shè)備間 |
3460 |
2850 |
≤1.0 |
0.3 |
|
|
地上五層 |
5.0 |
30743 |
商場 |
||||||
|
合計 |
211761 |
|
16662 |
18606 |
|
|
|||
空調(diào)夏季供回水溫度為7-12℃，冬季供回水溫度為40-45℃，生活用熱水為60-50℃，住宅采暖為50-40℃，地熱水洗浴供水溫度為50℃
1.日常用熱水
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項目 |
數(shù)量（床） |
用水標準 |
用水水溫 |
日用水量（m3/d） |
壓力要求 |
|
客床（東三、四） |
580 |
180L/床d |
60℃ |
104.4 |
115m |
|
淋?。|三、四）（游泳館） |
50個 (淋浴器) |
250L/h |
37～40℃ |
150(按照12小時計) |
10m |
|
住宅 |
609人 |
60L/人d |
60℃ |
36.5 |
80m |
|
東二洗浴中心 |
40個 (淋浴器) |
250L/h |
37～40℃ |
120(按照12小時計) |
30m |
客床部分分3區(qū)（標高22.2m～92.7m）
住宅部分分2區(qū)（住宅部分標高15.0m～58.7m）
2.地熱溫泉用水
1.游泳館：補水量為60m3/d，壓力10m（游泳池體積約600m3，池體水溫27℃；
2.洗浴中心：補水量為60m3/d，壓力30m
建設(shè)單位在運城南風廣場打兩口地熱井，地熱井的成井參數(shù)見表3
|
項目
井號 |
水溫 (℃) |
水量 (m3/h) |
Cl- (mg/l) |
SO42- (mg/l) |
礦化度 (mg/l) |
可溶性 固體 (mg/l) |
井深 (m) |
靜水位 (m) |
動水位 (m) |
|
南風廣場1#井 |
70 |
160 |
7466.5 |
3770.4 |
18311.2 |
18212 |
3080 |
28 |
56 |
|
南風廣場2#井 |
58 |
120 |
6070.8 |
4896.8 |
17043.9 |
16956 |
2036 |
36 |
61 |
根據(jù)表1表2我們可以看出，該工程可以分為用于生活熱水、住宅采暖、商場空調(diào)和洗浴水處理和及供應供水四部分，具體設(shè)計工程流程工藝詳見地熱綜合利用流程圖，以下為工程中需要著重考慮的問題：
1、住宅采暖僅為有冬季采暖運行的需求，而且運行所需的資用壓力較小，供暖方式采用一次泵系統(tǒng)一泵到頂?shù)墓┡绞?，采用使用鈦板換熱器換熱供暖方式；2、商場既要空調(diào)既要滿足冬季供暖還要還要滿足夏季制冷的需要，因此采用水源熱泵系統(tǒng)，在冬季利用地熱水尾水供暖，將地熱尾水降溫至15℃排放，實現(xiàn)地熱水的梯級利用，；夏季和使用冷卻塔聯(lián)合制冷，。此外由于商場空調(diào)分高低兩區(qū)，也就是水源熱泵在冬季冷凝器分區(qū)，蒸發(fā)器共用；在夏季蒸發(fā)器分區(qū)，冷凝器共用；
3、由于生活用水的最大小時用水量較大，因此設(shè)置生活洗浴用熱水箱，采用開式變頻供水方式供水，在生活洗浴用熱水箱和換熱器之間設(shè)置中間循環(huán)泵19，該泵的啟停由設(shè)置在水箱供水口處的溫度變送器的信號控制，供水溫度高于60℃時，中間循環(huán)泵停止工作，供水溫度低于45℃，中間循環(huán)泵開始工作；
4、由于熱源為兩口地熱井，均采用變頻控制，由于用水量的變化，對兩口井采用編程控制，南風廣場1#井為主井，南風廣場2#井為附井，根據(jù)用水量的變化，采用編程變頻技術(shù)對兩口井進行控制。在用水量較小時，采用對1#井進行變頻控制，用水量大時，1#井工頻工作，2#井變頻控制，。地熱尾水排水的排放溫度溫度為15℃，在排水管處設(shè)置溫度變送器調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度，為減少流量變化對鈦板換熱器產(chǎn)生的壓力沖擊，降將電動調(diào)節(jié)閥安裝于鈦板換熱器之前，并加以自鎖壓力調(diào)節(jié)閥的旁通連接；
5、根據(jù)表1可以看出系統(tǒng)的冷負荷為16662KW，熱負荷16936KW（除去住宅采暖），由于空調(diào)系統(tǒng)功能分區(qū)較多，既有商業(yè)步行街及商店，也有餐飲和超市，綜合以上條件，確定計算后空調(diào)系統(tǒng)的同時使用最大同時使用負荷為冷負荷14300KW，熱負荷14574KW；
6、地熱尾水的處理：由于運城地熱井主要是位于第三系的砂巖層中的孔隙性熱儲中，熱儲的孔隙率、滲透系數(shù)、彈性釋水系數(shù)較低，增加了回灌的難度，；且地熱水中含有的鹽分較高，直接排放會造成環(huán)境污染，。但運城卻有其特定的條件，：在古老的地質(zhì)時期，由于地殼運動，運城南北兩側(cè)山脈隆起，形成北面的峨嵋?guī)X、南面的中條山，而運城鹽池一帶則地層下陷，形成一個狹長的陷落地帶，鹽池就位于這一陷落帶的最低處。后來，黃河流域的氣候變得高溫多雨，導致山洪頻繁暴發(fā)，大水直瀉而下，在運城形成一個廣袤的湖泊，同時也把湖泊南北兩側(cè)山脈的鉀、鈉、鈣、鎂等化學成分沖入湖里，并使其在漫長的歲月里積累了豐富的鹽分。后來黃河流域氣候變得炎熱干燥，淡水一點點被蒸發(fā)，鹽水濃度越來越高，最終形成了運城的鹽池，也正是這個原因在運城南風廣場打的兩口地熱井中的Cl-含量都比較高，但?？紤]到直接排放不會對地表造成大的環(huán)境影響，因此采用把低溫地熱水低溫直接排放到鹽池的處理方式。
注:閥門1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12為高低區(qū)設(shè)備分區(qū)用,冬季開2、3、7、8、10、11；關(guān)1、4、5、6、9、12;夏季開1、4、5、6、9、12；關(guān)2、3、7、8、10、11
|
序號 |
設(shè)備名稱 |
技術(shù)性能 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
|
1 |
熱潛水泵 300QJR240-88/4 |
Q=240m3/h H=88mH2O N=100KW |
臺 |
1 |
|
|
2 |
熱潛水泵 250QJR125-80/5 |
Q=125m3/h H=80mH2O N=50KW |
臺 |
1 |
|
|
3 |
井口裝置 |
|
套 |
2 |
|
|
4 |
干式熱水表 |
DN150 |
塊 |
1 |
|
|
5 |
干式熱水表 |
DN150 |
塊 |
1 |
|
|
6 |
除砂器 |
DZS-350/60 Q=60m3/h |
臺 |
4 |
|
|
7 |
氧化反應器 |
YPS-550/DZ Φ2200 Q=60-80m3/h |
臺 |
1 |
|
|
8 |
水處理過濾器 |
DZ-2000/40 Φ2000 Q=30-40m3/h |
臺 |
2 |
|
|
9 |
提升泵 SLW80-160A |
Q=61m3/h H=24mH2O N=7.5KW n=2950rpm |
臺 |
2 |
耐腐蝕泵 一用一備 |
|
10 |
恒壓輸水泵 SLW80-160（I） |
Q=100m3/h H=32mH2O N=15KW n=2950rpm |
臺 |
2 |
耐腐蝕泵 一用一備 |
|
11 |
玻璃鋼離心風機 |
Q=1120m3/h P=310mH2O N=1.1KW |
臺 |
1 |
|
|
12 |
空壓機 |
W-1.0/7 Q=1.0m3/h P=0.7MPa N=7.5KW |
臺 |
1 |
|
|
13 |
地熱水水箱 |
V=100m3Φ6000×3600 (m×m) |
臺 |
1 |
|
|
14 |
分水器 |
Φ500 L=2210mm |
臺 |
1 |
|
|
15 |
板式換熱器 |
M10-BMFL F=15m2 |
臺 |
1 |
|
|
16 |
板式換熱器 |
M10-BMFL F=20m2 |
臺 |
1 |
|
|
17 |
板式換熱器 |
M15-BMFL F=75m2 |
臺 |
3 |
|
|
18 |
集水器 |
Φ500 L=2770mm |
臺 |
2 |
|
|
19 |
洗浴水輸水泵 SLW80-125 |
Q=50m3/h H=20mH2O N=5.5KW n=1480rpm |
臺 |
2 |
一用一備 |
|
20 |
住宅供暖循環(huán)泵 SLW125-160B |
Q=138m3/h H=24mH2O N=15KW n=2950rpm |
臺 |
2 |
一用一備 |
|
21 |
洗浴水供水泵(高區(qū)) SLW65-315 |
Q=25m3/h H=125mH2O N=30KW n=2950rpm |
臺 |
2 |
一用一備 |
|
22 |
洗浴水供水泵(中區(qū)) SLW65-250（I） |
Q=35m3/h H=83mH2O N=22KW n=2950rpm |
臺 |
2 |
一用一備 |
|
23 |
洗浴水供水泵(低區(qū)) SLW80-160 |
Q=50m3/h H=32mH2O N=7.5KW n=2950rpm |
臺 |
2 |
一用一備 |
|
24 |
洗浴水水箱 |
V=100m3 Φ6000×3600 (mm×mm) |
臺 |
1 |
|
|
25 |
全自動軟化水裝置（雙罐） |
Q=30-60m3/h |
套 |
1 |
|
|
26 |
軟化水箱 |
V=60m3 （L×W×H）（mm×mm×mm） 4500×4000×3400 |
臺 |
1 |
|
|
27 |
恒壓變頻補水泵 SLS80-315(I) |
Q=100m3/h H=125mH2O N=75KW n=2950rpm |
臺 |
2 |
一用一備 |
|
28 |
水源熱泵機組 |
QL=1430KW NL=285.4KW QR=1646KW NR=380.6KW |
臺 |
10 |
兩臺承壓1.6MPa 八臺承壓1.2MPa |
|
29 |
集分水器 |
Φ600 L=4810mm |
臺 |
2 |
|
|
30 |
冷凍水循環(huán)泵(高區(qū)) SLW200-400（I）A |
Q=374m3/h H=44mH2O N=75KW n=1480rpm |
臺 |
3 |
兩用一備 |
|
31 |
冷凍水循環(huán)泵(低區(qū)) SLW250-400A |
Q=470m3/h H=44mH2O N=90KW n=1480rpm |
臺 |
4 |
無備用泵 |
|
32 |
熱泵循環(huán)泵 SLS300-315A |
Q=650m3/h H=28mH2O N=75KW n=1480rpm |
臺 |
5 |
無備用泵 夏季兼作冷卻水循環(huán)泵 |
|
33 |
彈簧式安全閥 |
A41H-16C DN100 0-1.4MPa |
臺 |
1 |
|
|
34 |
角式橫流冷卻塔(低噪音) |
Q=320m3/h N=5.5×2KW |
臺 |
10 |
|
|
35 |
快速除污過濾器 |
KC450 |
臺 |
1 |
|
|
36 |
快速除污過濾器 |
KC300 |
臺 |
1 |
|
|
37 |
電子除垢儀 |
SHN-18 |
臺 |
1 |
|
|
38 |
電子除垢儀 |
SHN-6 |
臺 |
2 |
|
|
39 |
電子除垢儀 |
SHN-4 |
臺 |
2 |
|
|
40 |
水錘消除器 |
DN100 |
臺 |
1 |
|
四、問題與建議
該工程2005年竣工已運行三年，筆者曾回訪地熱站的運行情況，通過與運行管理人員的交流，得知整個系統(tǒng)運行正常，但也出現(xiàn)了一些問題，具體問題如下：
1.由于目前新利通MALL的酒店沒有投入使用，水源熱泵沒有完全啟動，由于住宅供暖和生活洗浴用水正常使用，地熱水排水溫度高于設(shè)計排水溫度，造成地熱資源的浪費，這一問。題在系統(tǒng)設(shè)計時沒有考慮部分供暖負荷時的系統(tǒng)調(diào)節(jié)問題，不過該問題可以在建筑的全面投入使用后得以解決；
2、夏季空調(diào)系統(tǒng)制冷時，冷卻水系統(tǒng)的冷卻溫度回水溫度較高，。經(jīng)過現(xiàn)場研究發(fā)現(xiàn)，問題出于兩方面，一是工程安裝時將快速除污器方向裝反，造成過濾網(wǎng)堵塞，系統(tǒng)流量小的原因，；另一方面是建設(shè)單位在設(shè)備招投標時，投標單位提供的冷卻塔的流量僅為300m3/h，造成冷卻量不夠能力不足；。
五、結(jié)束語
通過山西新利通MALL工程可以看出，水源熱泵系統(tǒng)與地熱水的充分結(jié)合，在中央空調(diào)和地板采暖系統(tǒng)中不但可以減少地熱水的水量還能充分利用地熱水的熱量，實現(xiàn)地熱水的梯級利用，而且可以實現(xiàn)地熱水的低溫排放，還能體現(xiàn)水源熱泵的節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，在我國地熱資源的應用中水源熱泵的特點越來越明顯，對于地熱資源的可持續(xù)利用是一種推動和促進。
參考文獻：
1、陸耀慶主編著 《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》 中國建筑工業(yè)出版社
2、錢以明編著 《高層建筑空調(diào)與節(jié)能》 同濟大學出版社
3、韓再生著《我國地熱資源及其開發(fā)利用現(xiàn)狀》城市地熱資源開發(fā)保護與經(jīng)濟評價論壇，2006年11月，P83-P98
作者簡介：
趙承偉 2001年畢業(yè)于山東建筑工程學院城建系，學士學位，畢業(yè)后一直從事地熱綜合利用以及水源熱泵開發(fā)利用工作。
通訊地址：煙臺市開發(fā)區(qū)泰山路118號，郵編264006 聯(lián)系電話：0535-6936073 13562535031
劉惠 畢業(yè)于畢業(yè)于山東建筑工程學院碩士學位，現(xiàn)在山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院，主要從事水源熱泵技術(shù)相關(guān)的研究。
通訊地址：泰安市岱宗大街61# 聯(lián)系電話：13455732557
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