深層地熱和淺層地熱的綜合開發(fā)利用實例
孟照前
(北京市地質礦產勘查開發(fā)總公司)
摘要:地熱能作為一種清潔、可再生、無污染的能源，在我國日益受到青睞。本文將通過實例講述深層地熱和淺層地熱的綜合開發(fā)利用，以最大程度發(fā)揮各自優(yōu)勢，以更好節(jié)約能源、節(jié)省系統(tǒng)運行費用。
關鍵詞：深層地熱，淺層地熱，綜合開發(fā)利用，梯級利用
作為一種環(huán)保、清潔、可循環(huán)利用的資源，地熱受到了社會的青睞。，深層地熱資源和淺層地熱資源以往過去這兩種資源往往常被單獨利用，近年才開始探索對這兩種資源實行綜合利用，本文將通過實例介紹如何實現(xiàn)這兩種資源的綜合利用，以達到更好的節(jié)能效果、更加節(jié)省系統(tǒng)運行費用的目的。
一、工程概述
1、建筑面積
某工程原有建筑面積為1.0萬㎡，新建建筑面積為1.8萬㎡，總建筑面積為2.8萬㎡。
2、室外地下水井情況
工程現(xiàn)有4000m深地熱井2眼，150m深水源井4眼（1抽3灌）。地熱井出水溫度為60℃，出水量為80m³/h。水源井出水量為80 m³/h。
3、建筑物負荷情況
建筑物總冷負荷:4500kw，建筑物總熱負荷: 3800kw；
游泳池負荷(水溫維持負荷): 375kw；生活熱水負荷：109kw。
二、系統(tǒng)概述
1、深層地熱資源—地熱井
（1）我們通常所講的地熱能其實是指深層地熱能，它主要賦存于中、新生代沉積盆地中的地下熱水中，其載體是水，屬于一種綜合性礦產資源。目前地熱井深度一般在1000m—4000m之間。
（2）深層地熱資源可以用于供暖、醫(yī)療保健、洗浴、農業(yè)、水產養(yǎng)殖等領域，且越來越受到歡迎。
（3）近年來地熱資源受到世界各國的重視，地熱不僅清潔，而且能反復利用，屬于可再生資源。
（4）深層地下水有其自身的循環(huán)系統(tǒng)，一部分熱水被抽上來之后，會從遠方不斷地得到補給，從這個意義上說，地熱資源是取之不盡、用之不竭的。
（5）在利用好地熱水的同時，必須進行回灌，用過的熱水經(jīng)處理后，重新注回到含水層中，可提高再生的性能，這樣才可使含水層不枯竭。
（6）地熱應進行“梯級”利用，這樣可使地熱資源“物盡其用”。
2、利用淺層地熱資源——地源熱泵
（1）可以用的淺層地熱能主要是地表以下200m范圍內巖土體和地下水中的低位熱能，其核心技術是地源熱泵技術。
（2）地源熱泵是一種利用淺層地熱資源（也稱地能，熱源包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調設備，是一種可再生能源利用技術。
（3）地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（電能），實現(xiàn)低溫熱能向高溫熱能的轉換。即冬季，把巖土體中的熱量取出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到巖土體中去。通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4kWh以上的熱量或冷量。
（4）地源熱泵機組運行時，無污染物排放，不需要鍋爐，不需要冷卻塔，也不需要堆放燃料廢物的場地，環(huán)保效益顯著。
3、系統(tǒng)設計
（1）系統(tǒng)配置目的
根據(jù)工程現(xiàn)狀，擬綜合開發(fā)利用深層地熱與淺層地熱進行供暖和制冷。以最優(yōu)的設計方案，達到最佳的能源使用效率且使系統(tǒng)的運行費用降低。
（2）系統(tǒng)配置
根據(jù)本工程冷熱負荷，需要配置PSRHH5704－D型帶部分熱回收功能的水源熱泵機組2臺，機組參數(shù)如表2-1所示：
（3）夏季系統(tǒng)運行方案
A.水源熱泵機組制冷量：2322.5×2＝4645kw﹥4500kw可滿足建筑物制冷需求。水源熱泵機組熱回收量為338.6×2＝677.2kw，泳池和生活熱水總負荷375＋109＝484kw，677.2kw﹥484kw即夏季利用水源熱泵機組制冷時回收的冷凝熱用于泳池加熱和生活熱水加熱。
B.夏季制冷時水源井計算：水源熱泵冷卻水(井水)進出水溫按15/30℃，單口水源井可吸收排熱量為80×（30－15）×1.163＝1396kw，夏季制冷系統(tǒng)總排熱量為（2322.5+366.0）×2=5377kw。故需要抽水井5377/1396=4眼，為了保證100%回灌，根據(jù)此工程區(qū)域水文地質情況，采用1:2的抽灌井比例，故需要回灌井為8眼，本工程需要配置4眼抽水井，8眼回灌井才能滿足系統(tǒng)要求。因本工程原有4眼水源井，故還需要鉆鑿8眼水源井。
（4）冬季系統(tǒng)運行方案
A.水源熱泵機組制熱量：2454.9×2＝4909.85kw，冬季總的熱負荷為3800+375+109=4284kw，4909.85﹥4284kw即冬季水源熱泵機組可滿足供熱需求。但此工程原有地熱井2眼，為了更好地利用地熱資源，使系統(tǒng)更加經(jīng)濟，所以優(yōu)先選擇地熱井供熱，采用合理的方案保證系統(tǒng)效果。
B.地熱井出水量為80m³/h，出水溫度60℃。首先利用地熱水加熱生活熱水，地熱水通過第一級板式換熱器由原溫度60℃降至58.5℃，此過程換熱量為：80×（60－58.5）×1.163＝139.56kw﹥109kw可滿足生活熱水負荷需求。
C.58.5℃的地熱水經(jīng)第二級板式換熱器換熱后供采暖，溫度降至45℃（采暖供回水溫度為45/40℃），此過程換熱量為：80×（58.5－45）×1.163＝1256.04kw﹤3800kw，建筑物采暖負荷仍需3800－1256.04＝2543.96kw，此部分負荷需要通過水源熱泵機組補充供熱滿足要求。
D.45℃的地熱水繼續(xù)經(jīng)第三級板式換熱器換熱加熱泳池熱水，溫度降至40℃，此過程換熱量為：80×（45－40）×1.163＝465.2kw﹥375kw，可滿足泳池負荷需求。
E.40℃的地熱尾水經(jīng)第四級板式換熱器換熱后溫度降至12℃，此過程是通過利用水源熱泵機組提取地熱尾水的低位熱能達到供暖所需溫度45℃，此過程換熱量為：80×（40－12）×1.163＝2605.12kw﹥2543.96kw，故可滿足剩余建筑物采暖需求。
F.由上面可見，冬季采暖時采用水源熱泵機組綜合利用地熱水，使地熱水利用率大大提高，供熱量大大增加，最終地熱尾水12℃回灌。冬季只需開啟1臺機組即可滿足補充供暖熱量的要求，這將大大節(jié)省系統(tǒng)的運行費用。
G.每年冬季運行時節(jié)省運行費用：節(jié)省1臺水源熱泵機組運行，運行輸入功率509.0kw；節(jié)省2臺水源井潛水泵運行，每臺運行輸入功率37kw；運行1臺地熱井地熱潛水泵，運行輸入功率75kw。節(jié)省運行輸入功率509.0+37×2-75=508kw。冬季可節(jié)省費用為395712元。冬季運行節(jié)省費用如表2-2所示：
閱讀全文：深層地熱和淺層地熱的綜合開發(fā)利用實例.pdf
責編：dhl
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