文 摘:結合某工程可行性研究,分析了低溫地熱運用熱泵供暖、供生活熱水的技術經濟性,并與傳統(tǒng)鍋爐供熱方式進行比較,討論了地熱熱泵應用的可行性。關鍵詞:地熱熱泵,技術經濟性,供暖,生活熱水

 

  0 引言 地熱作為一種清潔能源,應用于采暖和供應生活熱水的優(yōu)勢十分明顯,在我國北方得到迅速發(fā)展。國內地熱供熱應用主要集中在天津、北京、河北、西安等地。天津地熱供熱應用較為普 遍,目前地熱供暖面積已達500萬平方米,按替代燃煤鍋爐供暖計算,每個供暖季替代了11萬噸以上的煤,取得了良好的環(huán)境保護效益。

 

  地熱供暖中一個突出的問題是供暖后排水的地熱水溫度比較高,一般在45℃以上,有的甚至達60℃,造成了資源的浪費和環(huán)境熱污染。另外,有少數地熱田溫度低(低于55℃)。這兩類低溫熱源用于供暖時需進一步升溫,如采用傳統(tǒng)的鍋爐加熱方式,供暖后的排放水溫度仍將在40℃以上。如采用熱泵技術供暖,不僅可進一步回收地熱的排放水熱量,使排放水溫度達到環(huán)保要求,同時還加大了地熱的供暖能力,可使一口井相當于一口半至兩口井。

 

  1 地熱熱泵供熱方案

 

  以往計算分析說明[:地熱熱泵供暖系統(tǒng),以地熱加熱泵調峰供暖方式的供暖成本和投 圖1地熱熱泵調峰供暖與生活熱水供應系統(tǒng)示意圖資低于熱泵單獨作熱源的供暖方式。

 

  本文選取地熱熱泵調峰供暖作為基本系統(tǒng),對三種地熱熱泵供熱方案進行技術經濟性分析。

 

  111 地熱熱泵調峰供暖系統(tǒng)

 

  地熱熱泵調峰供暖方案的原理系統(tǒng)如圖1所示。地熱為供暖基本熱源,滿足采暖系統(tǒng)的基本熱負荷要求。到了嚴寒期,地熱熱量不能滿足采暖熱負荷要求,啟用熱泵調峰以提高采暖循環(huán)供水溫度,達到調峰供暖的要求。 該系統(tǒng)中,地熱供暖后的尾水作為熱泵蒸發(fā) 器的熱源,因此地熱的排放溫度將會進一步降低。

 

  112 地熱熱泵調峰供暖與生活熱水供應

 

  該系統(tǒng)在滿足方案1供暖要求同時還兼顧生活熱水的供應,即利用地熱供暖后的尾水作為生活熱水供應。與單一地熱供暖相比較,地熱供暖與生活熱水供應不僅利用了地熱的“熱”,而且利用了地熱的“水”。

 

  由于地熱供暖后的尾水溫度低于45℃,需要有將尾水加熱升溫的系統(tǒng)。這里設計以一定量55℃地熱供水與一定量地熱尾水相混合,達到供應45℃的生活熱方案,如圖1中的儲熱水箱部分。這種方案涉及到要降低地熱供暖的供水流量,即降低地熱的供熱量,因此相應地要加大熱泵的調峰量。

 

  113 地熱熱泵調峰供暖與生活熱水供應兼顧夏季空調

 

  在滿足上述方案2地熱熱泵供熱的基礎上,考慮兼顧夏季空調。熱泵的工作原理與制冷機相同,二者具有相同的主要部件,只是運行的溫度、壓力范圍不同。熱泵機組一機兩用,提高了設備的利用率,相應減少了采暖、空調系統(tǒng)的設備初投資,同時電力初裝費只一次性計入,投資的經濟性得以提高。

 

  熱泵空調機一機兩用,并且機組在夏季空調的運行時間要比冬季調峰供暖的運行時間長,因此可以把熱泵初投資的50%甚至60%以上計入空調系統(tǒng)。

 

  2地熱熱泵供熱系統(tǒng)技術經濟分析

 

  按上面提出的三種地熱熱泵供熱方案和兩類地熱資源——地熱利用后的尾水或新鉆地熱井,作供暖基本熱源加熱泵調峰進行供熱。進行方案技術經濟參數計算和分析的依據是北京某工程的實際參數:地熱供水溫度55℃,流量80th;采暖回水溫度按35℃計算;采暖面積5萬 平方米,按建筑節(jié)能要求,采暖熱指標為50W平方米;當地能源價格為:電價0136元kWh,地熱水費013元噸,自來水水費017元噸,煤價230元噸,天然氣價格118元立方米。 由于采暖供回水溫度偏低,終端散熱器應合理選擇。計算發(fā)現(xiàn),對55℃以下的低溫采暖,如采用常規(guī)暖氣散熱器,所需要的散熱器面積至少要增加50%,相應投資也將增加50%。目前一種新興的地板輻射散熱器正在興起和使用,地板輻射散熱器埋在房間地板下,散熱方式是由下向上輻射散熱,適合人的身體和生活需要。這一特點,即使是降低它的供回水溫度,如采用50℃35℃,對它的散熱效果也沒有太大影響。這使得地板輻射散熱器在低溫采暖中有很強的競爭力。因此,可結合建筑實際情況,終端可采用暖氣散熱器,或采用地板輻射散熱器。 根據上面所提到的條件和參數,對三種地熱熱泵供熱方案進行具體的計算,結果見表1、表2。

 

  表1列出了不同采暖終端,新鉆地熱井系統(tǒng)的投資和單位運行成本的計算結果。從三種地熱供熱方案看,方案1的投資低,供暖成本也低,但沒有生活熱水供應。綜合比較,方案3既有供暖,又有生活熱水供應,同時還兼顧夏季空調,運行成本最低,投資費用處在方案1和方案2之間,可作為優(yōu)選方案。

 

  表2列出了計入和不計地熱井時的經濟參數計算結果。不計入地熱井時,系統(tǒng)只有熱泵、管網和采暖終端,沒有地熱井的投資和運行費用,其供暖成本只有計入地熱井系統(tǒng)的55%左右。

 

  3 地熱熱泵供熱與鍋爐供熱的比較 通常用戶比較關心的是,地熱熱泵供熱能否與傳統(tǒng)鍋爐供熱相競爭,為此計算了燃煤、燃 氣鍋爐供暖及生活熱水供應的初投資和單位成本,見表2,并將地熱熱泵供熱方案(有無地熱井費用兩種情況)與鍋爐供熱二者進行投資和成本比較。 由表2可見,燃煤鍋爐的供暖單位成本的13165元m2 ,地熱熱泵調峰供暖方案3的供暖單位成本為15141元m2,比鍋爐高13%,不計地熱井時供暖成本為7170元m2 ,約只有鍋爐的56%。但燃氣鍋爐的供暖成本已超過了供暖收費標準20元m2。 比較生活熱水供應成本,地熱只有1135元噸,低于燃煤鍋爐4150元噸,低于燃氣鍋爐11132元噸。 應當說明,當地熱與鍋爐供熱方案進行對比時,占地面積引起的經濟效益差別不能忽視。鍋爐房要包括煤、灰場和運輸通道,通常地熱井方案占地可能只及鍋爐房方案的15左右。

 

  4 地熱熱泵供熱的節(jié)能環(huán)保效益 與傳統(tǒng)鍋爐供熱相比,采用地熱熱泵供熱可以取得節(jié)水和節(jié)煤效益。如按生活熱水供應量200噸日計算,年供水量為73000噸,采用地熱供應生活熱水取代鍋爐加熱自來水方式,則年節(jié)水量為73000噸,這不僅節(jié)約水費約5萬元,更主要的是節(jié)省了清潔水,這對缺水地區(qū)是非常有意義的。 按5萬m2的建筑采暖,年單位耗煤量21153kg/m2 計算,采用地熱熱泵供暖替代鍋爐供暖,每個采暖季可節(jié)省耗煤量1077噸。另外按生活熱水供應量73000噸年,如采用鍋爐加熱,計算出年耗煤量為817噸年。

 

  這樣可以計算出采用地熱供熱替代鍋爐供熱,每年可節(jié)煤1894噸,按煤價230元噸計算,相當于節(jié)省4315萬元。 替代燃煤鍋爐供熱,年節(jié)煤1894噸所減少的對空氣污染量,可計算出相應治理污染量所需的費用約1417萬元。 按上述所計算的替代燃煤鍋爐供熱所達到的節(jié)水、節(jié)煤和環(huán)保效益,可以得出一個總的效益值: 5  萬元(節(jié)水)+4315萬元(節(jié)煤)+1417萬元(環(huán)保)=6312萬元年 這是地熱熱泵供熱替代燃煤鍋爐供熱所取得的間接效益。

 

  5 結 論

 

  根據技術經濟評價結果,認為地熱熱泵供熱方案3(供暖、生活熱水、空調)為優(yōu)選方案。 地熱熱泵供熱系統(tǒng),當計入地熱井時供暖單位成本為15141元m2,與燃煤鍋爐相當,不 計地熱井時僅為7170元/平方米 ,約只有鍋爐的60%,表明回收地熱尾水的地熱熱泵調峰供暖成  本是很低的。 地熱熱泵調峰供暖提高了地熱利用率,同時降低了地熱排水溫度,  達到環(huán)保排放標準。地熱熱泵供熱替代燃煤鍋爐供熱具有節(jié)水、節(jié)煤和環(huán)保效益。