地?zé)崴Y(jié)合水源熱泵供暖的工程實(shí)例

摘 要

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對某學(xué)校利用地?zé)崴Y(jié)合水源熱泵供暖、供洗浴熱水的工程進(jìn)行了探討。計(jì)算了供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷、洗浴熱水用水量，介紹了地?zé)崴嵯到y(tǒng)流程，分析了該工程的經(jīng)濟(jì)性
摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對某學(xué)校利用地?zé)崴Y(jié)合水源熱泵供暖、供洗浴熱水的工程進(jìn)行了探討。計(jì)算了供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷、洗浴熱水用水量，介紹了地?zé)崴嵯到y(tǒng)流程，分析了該工程的經(jīng)濟(jì)性。
關(guān)鍵詞：地?zé)崴凰礋岜?；地板輻射供暖；洗浴熱?/span>
Project Case of Using Geothermal Water and Water Source Heat Pump for Heating
JIA Pei，ZHANG Ke，SHI Guang-wei
Abstract：Combined with a project case，the project of using geothermal water and water source heat pump for heating and supplying hot water for bath at a school is discussed. The heat load of heating system and the consumption of hot water for bath are calculated，the process of geothermal water heating system is introduced，and the economic efficiency of this project is analyzed.
Key words：geothermal water；water source heat pump；radiant floor heating；hot water for bath
    到2009年10月，天津已建和在建的地?zé)峋灿?46眼，形成了以地?zé)峁釣橹黧w，集工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、溫泉理療、旅游度假、生活洗浴、飲用礦泉水等多領(lǐng)域利用的格局，尤其在地?zé)峁犷I(lǐng)域取得了很好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。目前，天津市地?zé)峁崦娣e達(dá)到1300×104m2，約占天津市總集中供熱面積的10%。地?zé)豳Y源以其較好的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性在城市供熱中發(fā)揮了重要作用[1～7]。本文對地?zé)崴Y(jié)合水源熱泵供暖的工程實(shí)例進(jìn)行分析。
1 工程概況
    某學(xué)校位于天津市大港區(qū)官港森林公園內(nèi)，每年擔(dān)負(fù)著逾3000名干部培訓(xùn)、10×104名大中小學(xué)學(xué)生軍訓(xùn)、3000名高等職業(yè)全日制在校生教育。
    該地區(qū)的環(huán)保要求高，嚴(yán)禁燃煤、燃油。為了解決在校師生的冬季供暖和日常洗浴，做好節(jié)能、節(jié)水、減少污染、降低能耗工作，并有利于滿足今后發(fā)展的需要，學(xué)校決定采用地?zé)豳Y源作為供暖和洗浴熱水熱源。校內(nèi)原有建筑采用散熱器供暖方式，新建建筑均采用地板輻射供暖方式。
    待建建筑分期建設(shè)，并逐步取代原有建筑。因此，整個(gè)供暖項(xiàng)目的設(shè)計(jì)既要考慮現(xiàn)有建筑和在建建筑又要兼顧遠(yuǎn)期待建建筑。將項(xiàng)目分為兩期：一期工程供暖建筑為原有采用散熱器供暖建筑和在建地板輻射供暖建筑；二期工程供暖建筑全部采用地板輻射供暖，待建建筑建成后將取代原有建筑。
    2008年9月，在該校內(nèi)開鑿了一眼明化鎮(zhèn)組地?zé)峋?。根?jù)水質(zhì)分析報(bào)告，地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl·SO4-Na型水，pH值為8.48，總礦化度為1655.7mg/L，總堿度(以CaCO3計(jì))為250.2mg/L，為中等腐蝕性水。根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，該工程按地?zé)峋€(wěn)定出水溫度為47℃、出水量為60m3/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2 地?zé)崂梅桨?/span>
2.1 負(fù)荷計(jì)算
   ① 供暖熱負(fù)荷
   校內(nèi)建筑的建筑面積、設(shè)計(jì)熱負(fù)荷[8]及供暖方式見表1，原有建筑的設(shè)計(jì)熱指標(biāo)為80W/m2，在建及待建建筑的設(shè)計(jì)熱指標(biāo)為60W/m2。經(jīng)計(jì)算可得，一、二期工程的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷分別為960、4020kW。
   ② 洗浴用水量
   根據(jù)GB 50015—2003《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》和地?zé)崴?yīng)洗浴用水的特點(diǎn)，對洗浴用水供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算以及水溫、水量、水質(zhì)進(jìn)行確定。確定洗浴用水的供水溫度為45℃，最高日用水定額為40L/(人·d)。全日制供水系統(tǒng)的年洗浴熱水用量q的計(jì)算式為：
   
式中q——年洗浴熱水用量，m3/a
    qmax——最高日用水定額，L/(人·d)
    n——用水人數(shù)
    t——年用水時(shí)間，d/a
    k——年變化系數(shù)，取2
   各類人員年用水時(shí)間分別為：干部培訓(xùn)人員10d/a，軍訓(xùn)人員15d/a，全日制在校生300d/a。由式(1)計(jì)算得，年洗浴熱水用量為4.86×104m3/a。
③ 地?zé)峋a(chǎn)熱量計(jì)算
   地?zé)峋a(chǎn)熱量函的計(jì)算式為：
    Φ=1.163qw(θo-θi)    (2)
式中Φ——地?zé)峋a(chǎn)熱量，kW
qw——地?zé)峋鏊?，m3/h
θo——地?zé)峋€(wěn)定出水溫度，℃
    θi——地?zé)嵛菜疁囟?，℃，?3℃
    經(jīng)計(jì)算得，地?zé)峋漠a(chǎn)熱量為2372kW。在一期工程中采用1臺熱泵機(jī)組，制熱量為216kW。在二期工程中采用2臺熱泵機(jī)組，制熱量為432kW，但只能滿足二期工程的4.7×104m2建筑供暖需求，對于不足部分，考慮遠(yuǎn)期增設(shè)地?zé)峋⒉捎玫責(zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)。該項(xiàng)目的洗浴熱水平均小時(shí)需求量為5.5m3/h，且干部培訓(xùn)、軍訓(xùn)集中在全日制學(xué)生放假期間，地?zé)崴蓛Υ嬖谒渲斜荛_每天的供暖高峰期。因此，供暖設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮生活熱水流量。
2.2 工程設(shè)計(jì)方案
    ① 一期工程
    一期工程設(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)流程見圖1。地?zé)崴蓾撍贸槌?，?jīng)過除砂器進(jìn)入板式換熱器，將22℃熱泵蒸發(fā)器出水加熱至40℃供給地板輻射供暖系統(tǒng)。經(jīng)熱泵加熱的熱水，供給散熱器供暖系統(tǒng)。地?zé)嵛菜疁囟葹?0℃。地?zé)崴蠪e2+的質(zhì)量濃度為0.04mg/L、Fe3+的質(zhì)量濃度為0.16mg/L，可直接用于生活熱水供應(yīng)。地?zé)崴蓾撍贸槌?，?jīng)過除砂器進(jìn)入儲水罐，再由洗浴熱水泵供應(yīng)到各個(gè)用水建筑。
 
   ② 二期工程
   二期工程設(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)流程見圖2。地?zé)崴槌龊?，?jīng)過除砂器進(jìn)入板式換熱器1，將30℃地板輻射供暖系統(tǒng)回水加熱至40℃。經(jīng)過板式換熱器1的35℃地?zé)崴?jīng)板式換熱器2由熱泵提取熱量，作為熱泵的低溫?zé)嵩础５責(zé)嵛菜疁囟葹?3℃。
 
3 經(jīng)濟(jì)性分析
   ① 工程造價(jià)
    室外管網(wǎng)與地?zé)嵴緝?nèi)部管道的造價(jià)依照天津市2004年安裝、建筑等預(yù)算基價(jià)參考編制。設(shè)備、材料價(jià)格按2008年9月天津市場價(jià)計(jì)算。工程概算未包括開鑿地?zé)峋M(fèi)用及電力增容費(fèi)用。該項(xiàng)工程造價(jià)見表2。
表2 該項(xiàng)工程造價(jià)    元
項(xiàng) 目
一期工程
二期工程
主要設(shè)備費(fèi)及安裝費(fèi)
118.84×104
170.18×104
電氣與儀表費(fèi)及安裝費(fèi)
61.00×104
20.00×104
管道與閥門費(fèi)及安裝費(fèi)
22.18×104
10.00×104
設(shè)計(jì)費(fèi)
15.47×104
—
合計(jì)
417.67×104
   ② 年運(yùn)行費(fèi)用
   運(yùn)行時(shí)間：冬季按運(yùn)行120d、每日運(yùn)行24h計(jì)算，放假期間(30d)按設(shè)計(jì)熱負(fù)荷50%運(yùn)行，年維修費(fèi)按設(shè)備費(fèi)的1.5%折算。電價(jià)為0.49元/(kW·h)，自來水價(jià)格為3.4元/t，未采用回灌工藝的地?zé)崴畠r(jià)格為1.0元/t，采用回灌工藝的地?zé)崴畠r(jià)格為0.3元/t。該項(xiàng)工程年運(yùn)行費(fèi)用見表3，一期工程的單位建筑面積年運(yùn)行費(fèi)用為17.5元/(m2·a)，二期工程為9.92元/(m2·a)。通過對系統(tǒng)造價(jià)及年運(yùn)行費(fèi)用的估算，可以看出該工程具有良好的經(jīng)濟(jì)性，而且利用地?zé)崴杀苊猸h(huán)境污染。
表3 該項(xiàng)工程年運(yùn)行費(fèi)用    元/a
項(xiàng) 目
一期工程
二期工程
地?zé)崴M(fèi)(未回灌)
7.81×104
1.49×104
地?zé)崴M(fèi)(回灌)
—
7.45×104
電費(fèi)
14.32×104
30.72×104
自來水費(fèi)
0.82×104
3.18×104
維修費(fèi)
1.55×104
3.77×104
合計(jì)
24.50×104
46.61×104
4 結(jié)論
    利用地?zé)嶙鳛闊嵩?，解決了項(xiàng)目附近沒有可利用能源的問題，避免環(huán)境污染。地?zé)嵴镜慕ㄔO(shè)具有一定的靈活性，可兼顧近遠(yuǎn)期工程，有效地利用了站內(nèi)設(shè)備。
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(本文作者：賈佩 張珂 時(shí)光偉 天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院 天津 300250)