中深层地热能供暖系统设计应用.docx

中深层地热能供暖系统设计应用1、工程概况该项目为咸阳市住宅小区，项目分三期建成，一期已投入运行，本设计方案针对二期、三期建筑进行供热方案设计，供暖方式为地辐射供暖（45/35）。二三期总供暖面积为184353m2,总热负荷为7437.8kWo本项目原设计为市政供热，在建设后期，提出响应双碳政策，利用可再生能源的方案，进行热源改造。是在经济、节能、环保前提下满足项目复杂要求的典型案例，合理的设计方案可为该类工程热源解决提供技术思路。1）原设计的市政热源无法接至本项目，且没有设置天然气锅炉作为热源的条件，其它热源条件匮乏。2）建设方资金有限，成本现值控制严格，要求总体规划热源、分期建设，需结合前期小区入住率不足的复杂情况，供热系统分步实施。3）项目现场地下设备用房土建施工已完成，本次改造项目中新增机房，只能利用原设备用房、库房等，现场踏勘测量后，层高不满足本设计要求，部分可利用的机房位于住宅投影区下，噪声影响严重。4）建设方提出精细化设计要求。2、地热能热泵应用分析为了确保地源热泵技术适合该项目，设计团队对项目所在区域地质地层构造特征及热储条件资料分析。项目地热井位于两条断裂带的南部下降盘，处于深部热源向上传导而形成地热异常的有利区带之中，且具有较丰富的地热水资源。预测地热水水温水量，确认本热源方案的适宜性。热源改造方案确定为中深层地热源供暖，利用深度在3km、岩层温度70-10(TC的中深层地热能，高温水进行一级换热，低温地热尾水通过热泵进行梯级利用，将地热水温利用至15后经过回灌设备处理由回灌井同层回灌，使地热资源得到最大限度利用。相对于浅层地热能技术，中深层地源换热是把换热井深度从50-120米提升到1500-3500米，这就能够大大减少地埋管换热井的占地面积,恰当的解决了该项目面积紧张问题。中深层地埋管换热器由于可以拉大钻孔埋管的间距，能够解决减轻冷热负荷不均衡对换热效率的影响,尤其适用于北方寒冷地区的供暖项目。3、地热水直接换热+梯级利用技术为了解决地热尾水排放温度高、资源利用率低与环境热污染问题，设计采用了地热资源梯级利用技术。一次换热后37地热尾水利用热泵来进行梯级利用，地热梯级利用工艺充分发挥了地板辐射供暖、热泵的优势,结合项目土建工程分期建设规模、热负荷及高低分区情况，将供热系统划分为几个区域，并且要结合各区域热负荷、建设进度、入住率等因素来确定各系统的设计参数，同时使各区域系统参数与热负荷之间相互藕合，优化配置，在满足各部分热负荷要求的同时，使整个系统供热能力实现最大化。热泵机组排出的地热水由另一眼地热井回灌到地下，完成了一个循环过程。4、地热采水井与回灌井互换互倒技术本项目分析地热井周边已成地热井分布及开采状况，避免与邻近已成地热井发生干扰。设计2套回灌系统，采用跨层混采，一采一灌，同层回灌的方式，回灌系统采用两级过滤方式，一级过滤精度25m,二级过滤精度2m,地热尾水经过滤加压泵加压后进入过滤系统，处理后经回灌加压泵加压至回灌井（自然回灌可满足回灌效果时可不开启加压回灌泵）。通过井房内采暖管道阀门切换，实现2个地热井采灌互换，地热井泵、加压回灌泵均为变频泵，控制依据为对应出口处的压力和流量。5、换热站方案设计结合项目土建施工分期建设规模，以及前期小区入住率情况，合理分配各个换热系统分级使用地热水的比例，提出供热系统分期实施、节约资金现值的措施。一期设一座换热站房，一次施工实施，采用地热原水直接换热。二三期共设一座换热站房，根据小区入住户数，分两次施工实施，采用地热原水直接换热和尾水梯级利用结合的方式。热负荷较低时优先采用地热原水直接换热，在地热原水直接换热不满足供热需求时，两个换热站的地热低温尾水，通过二级板换机组，制取21°C13°C热水，作为热泵蒸发侧热媒，热泵冷凝侧出水45°C35°C,满足用户地辐射系统供热需求。按照热泵COP取值4.5来计算，尾水通过梯级利用可产生600OkW热量，其中50%作为规划地块的预留热源。6、BIM技术应用由于本工程为利用现有地下房间作为换热站房的改造工程，换热站房内层高、空间有限，应用BIM技术，对设备布置与管道敷设根据现有条件反复优化，将优化后的BIM模型应用于现场可视化交底、将机房管道与设备之间的连接节点，管道上下交错的复杂施工节点全部立体化呈现给施工人员，有利于缩短工期并提高工程质量。7、设计总结中深层地热作为一种无污染、可再生的清洁能源，与煤炭、石油和天然气等传统的化石能源相比，具备数量巨大、可再生、低碳、环保、不受气候条件影响、就地取用等优势。将水热型地热能运用于居民建筑冬季用户采暖，通过科学选定地热井井位、热泵梯级利用后低温地热水经过回灌设备进行回灌工艺处理后输送至回灌井进回灌，实现真正意义上的“取热不耗水”，用户获得高品质清洁热源，实现地热能资源的综合利用。