水源热泵在北京地热供暖设计中的若干问题探讨

摘要： 介绍了北京市某住宅小区利用地热－热泵供暖、温泉洗浴的工程概况，对方案设计过程中遇到的若干问题进行了深入地探讨与分析。

关键词： 地热 热泵供暖

1 引言

北京存在着丰富的地热资源，但长期以来，在北京市的一次能源结构中，煤炭一直占据着主导地位，以煤为主的能源结构，是造成大气严重污染的根源之一。目前北京是世界上大气污染最为严重的十大城市之一。根据中央和市政府对北京市环境目标的要求以及申奥报告中对环境质量的承诺，到2008年市区大气环境质量要达到世界卫生组织的指导值或发达国家大城市的平均水平。为了贯彻“绿色奥运、科技奥运”的口号，在清洁能源建设项目中，北京市政府已将地热利用纳入规划。

北京的地热利用已有数百年的历史，但主要利用在工业、种植、洗浴等方面，地热供暖应用较少。进入90年代后，一些单位开始采用地热供暖，但利用形式主要是直供直排，特点是系统简单、投资少，但尾水排放温度高，供暖面积小，地热资源利用率低。

因此，如何提高地热资源的利用率，降低排放温度是地热利用中急需解决的问题。水源热泵的梯级利用技术可以有效的解决上述存在的问题。

本文针对北京市某住宅小区采用的地热－热泵供暖系统，对水源热泵梯级利用技术及方案设计中遇到的若干问题进行分析。

2 工程概况及设计方案概述 2.1 工程概况

该住宅小区总建筑面积约40万m2，其中住宅34.6万m2，配套用房约5.5万m2，是国内利用地热供暖最大的小区。小区内计划打5口井，其中2口抽水井、2口回灌井、1口备用井。地热水的出水温度为68℃，产水量为150m3/h。

另外，小区内地热水水质经鉴定，已初步确定为氟、偏硅酸盐型淡温泉水，具有医疗矿泉功能，可供住户洗浴用。

在上述地热资源开采量的前提下，地热量还不能满足40万m2的供暖需求，还需另设辅助热源，满足峰值需要。小区内设有集中燃气锅炉房一座，可向小区提供110/65℃的高温水。

2.2 地热－热泵供热系统的设计方案概述

地热资源的利用原则是取热不取水，否则如果地热水长期不能回灌到地下，一是造成水资源缺乏、地面沉降；二是地热不能及时的得到补充，出水温度降低，供热质量下降。但是地热尾水的温度应该为多少，是一个值得争议的问题。尾水温度过高，造成地热资源不能充分的利用，温度过低，不利于地热资源的恢复。应地热资源管理处的要求，建议回灌温度为15～25℃。

在本设计中，地热利用的指导思想是：实现地热资源的梯级利用，最大限度地利用已有地热资源；利用热泵机组，充分利用45℃以下温度段的低品位热量，合理降低尾水排放温度；尽量减少辅助调峰加热量；在确保系统稳定性的前提下，尽可能采用量调节，以降低输配电耗。

采暖系统根据系统承压和供暖方式的不同分为三个系统，即住宅高区、低区热水地板辐射采暖系统及配套裙房的散热器采暖系统。其中，配套低层裙房散热器采暖系统直接利用一级地热和燃气锅炉房的辅助热能，住宅高区热水地板辐射采暖系统直接采用二级地热和燃气锅炉房的辅助热能，低区地板辐射采暖系统间接采用一级、二级地热的尾水，结合热泵，另外再采用燃气锅炉房的辅助热能。经过上述几级地热利用后，地热尾水和一部分原水经过水处理设备、板换加热后供用户洗浴。夏季，由于系统没有供热负荷，地热水直接经过增压泵进入水处理设备，供用户洗浴。具体流程如图1：

.5KPa，不能满足压力平衡，必须要加平衡阀V3（阻力元件）来平衡管路的阻力。

3.3.2热泵机组蒸发器与冷凝器之间增设旁通管

热源的容量是在设计工况下配备的，其容量都大于实际运行工况下所需的，所以，在设计时，要考虑调节、节能的措施。

在室外温度升高的情况下，地板辐射采暖系统不需要采用50/40℃的供回水温度即能满足室内舒适度的要求，并且由于其它系统（低区散热器系统、高区地板辐射采暖系统）负荷的降低，地热水一次侧温度经过一、二级板换后，温度升高。此时不必启动一级热泵，即能满足室内舒适度的要求。同样，二级热泵也会存在上述情况。经过一、二级热泵后，热水温度已经降低到不能满足地板辐射供暖系统的设计要求，所以三级热泵的蒸发器与冷凝器之间不需再设旁通管。另外，为了保证进入热泵机组的水流量是恒定的，在总供、回水管之间设了旁通，并且在每个机组冷凝器侧的回路上设了动态定流量阀。

4结束语

（1）地热是宝贵的自然资源，必须珍惜利用。如何最大限度地利用已有地热资源是地热供暖设计的关键。

（2）设计中应对每一个环节，尤其是地热水一次侧参数、设备的选定及系统的控制，进行方案论证，选择最优。

（3）工艺设计要为系统控制提供基础资料，是控制成功的关键。

参考文献

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1993.

[2]陆耀庆.供暖通风设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1987.

[3]贺平等. 供热工程. 北京:中国建筑工业出版社,1993.