新建住宅利用地熱及水源熱泵技術供暖淺析

黃祖剛（勝利油田熱電聯供中心）

新建住宅利用地熱及水源熱泵技術供暖淺析

黃祖剛（勝利油田熱電聯供中心）

東營地區地熱資源豐富。利用地熱和水源熱泵技術為東營地區新建住宅供熱存在諸多優勢：①供暖占地少，施工方便；②換熱后底水采用熱泵提取熱量的運行方式，供熱面積可增加1倍；③運行費用低，與燃煤鍋爐房運行成本相比，一個采暖季可節約費用126.6×104元。

地熱 水源熱泵 供熱 節能 住宅

東營作為北方的石油城，冬季住宅供暖需要消耗大量的能源。投資少、運行費用低、供熱效果好的供熱方式成為必然選擇。由于東營地區地理、地質的優越性，新建住宅小區利用地熱和水源熱泵技術供暖成為一種較好的選擇。

1 新建住宅區配套供暖遇到的問題

因新建住宅小區對供熱設計考慮不足，往往遠離熱源，配套供暖會遇到許多問題。

（1）附近熱源負荷滿足，可以接入既有系統。但由于供熱距離遠，處于管線末端，供熱效果往往不好，而且不是統一規劃經常造成管線鋪設困難，使成本增加。

（2）附近熱源負荷不足，無法接入既有系統。這部分住宅供暖處境尷尬。住宅小區面積只有達到一定程度，才有可能新上燃煤鍋爐房，因為大型集中供熱鍋爐房在供熱效率、污染控制方面都有有利條件。目前東營地區供熱燃煤鍋爐基本配置為40 t鏈條燃煤鍋爐，該型鍋爐供暖能力在35×104～40×104m2。即新建住宅區面積小于這個數值，供暖將會出現困難。

2 地熱和水源熱泵技術的供熱優勢

東營市位于山東省境內黃河三角洲中心地帶，東營市境內具有巨大的油氣資源，也蘊藏著豐富的地熱資源。2005年，山東省地礦局地礦工程集團成功探明了東營城區、孤島和河口三個大型地熱田，潛在經濟價值800×104元以上。這三個大型地熱田屬于低溫地熱資源，溫熱-熱水型。熱儲溫度50～80℃，埋深1 000～2 000 m。其中，東營城區地熱田可利用熱能為764 MW，面積342 km2；三大地熱田合理開采，采期均在100年以上。豐富的地熱資源為該地區地熱供暖提供了巨大的便利條件。

2.1 地熱和水源熱泵供暖占地少，施工方便

采用地熱和水源熱泵供暖只需在小區內打1、2口地熱井，建設一座200 m2的設備用房即可。然后將小區供熱管線接入站內。投資少、占地少、施工方便、建設工期短。

2.2 地熱和水源熱泵技術相結合供暖合理

東營地區地下水熱儲溫度50～80℃，但礦化度較高不能直接用于供暖，可以采用水-水換熱的方式供暖。但是考慮地下水抽取量，換熱效率，簡單利用地下水換熱方式供暖存在供暖面積小，熱能浪費等問題。

2.2.1 單獨采用地下水換熱運行分析

目前東營地區新建住宅絕大部分是節能建筑，而且地板采暖越來越多。計算參數：住宅熱負荷45 W/m2；供回水溫度60/50℃；單井地下水抽取量60 m3/h（100 m揚程電潛泵平均流量），出水溫度70℃；板式換熱器換熱效率96%。

地下水釋放熱量：1 395.6 kW，由此可計算二級網換熱量為：1 395.6×96%=1 339.8 kW，供熱面積2.97×104m2。

此時地下水換熱后外排溫度50℃。

2.2.2 換熱后尾水采用熱泵提取熱量運行分析

熱泵提取地下水熱量后外排溫度一般在40℃左右，可從地下水中提取697.8 kW的熱量。

設熱泵COP=4，則熱泵提供熱量1 116.5 kW，可計算出熱泵輸入功率418.7 kW，供熱面積2.48×104m2。即通過熱泵做少量的功（418.7 kW）就可以獲得較大的熱量（1 116.5 kW），供熱面積增加近一倍。

如果將熱泵外排溫度降低至10～15℃，那么提取的熱量將會增加2～3倍，供熱效能更加可觀。

因此僅采用地熱供暖是不經濟的，只有地熱和水源熱泵相結合供暖才是最合理、最經濟的。

2.3 采用地熱和水源熱泵技術供熱運行費用較低

采用地熱和水源熱泵技術供熱主要運行費用為電費、人工費、地熱資源補償費，主要運行設備為電潛泵、循環泵、清水泵、熱泵。

2.3.1 電費

電潛泵：產水60 m3/h，配套電動機功率約45 kW。

循環泵：供熱面積為2.97×104m2+2.48×104m2=5.45×104m2。

管網流量：5.45×104m2×40 m3/(104m2·h)=218 m3/h，地板采暖住宅通常按照40 m3/(104m2·h)計算。

配套電動機功率約37 kW。

清水泵：配套電動機功率約18.5 kW。

熱泵:熱泵輸入功率418.7 kW，可選擇2臺HTHP200-H熱泵，輸入功率208 kW。

按照東營地區近幾年氣溫統計，供暖初期和供暖末期約40天時間，住宅熱負荷只有室內平均計算熱負荷的60%，即只需要地下水換熱采暖就可以滿足供暖需要。

循環泵運行電量：31 968 kW。

電潛泵運行電量：38 880 kW。

運行費用：42 225元。

其他時間需要開啟熱泵才能滿足熱負荷需求。

循環泵運行電量：63 936 kW。

電潛泵運行電量：77 760 kW。

清水泵運行電量：15 984 kW。

熱泵運行電量：718 848 kW。

運行費用：52.241×104元。

2.3.2 人工費

這樣規模的地熱站運行人員需要4人（4班3倒），年度人工費為12×104元。

2.3.3 地熱資源補償費

按照東營市國土資源局規定，地下水溫度≥60℃按1.00元/m3征收地熱資源補償費。

地下水取水量：17.28×104m3。

地熱資源補償費：17.28×104元。

2.3.4 折舊費及其他費用

設備折舊費及維修費、材料費約22×104元。總運行費用：107.74萬元。運行成本：19.77元/m2。

2.3.5 在采暖季與其他供熱方式成本對比

東營地區燃煤鍋爐房運行成本：43元/m2。燃油鍋爐房運行成本：48元/m2。

水煤漿鍋爐房運行成本：41元/m2。

地熱與水源熱泵供暖與燃煤鍋爐房運行成本對比一個采暖季節約費用126.6×104元。

3 投資

采用地熱和水源熱泵技術供熱前期費用主要有：

鉆井費用：180×104元。

設備費用（包括水泵、換熱器、熱泵）：390×104元。

土建及施工費：40×104元。

合計費用：610×104元。

從上節可知，相比燃煤鍋爐供暖，采用地熱和水源熱泵供暖運行費用每個采暖季節約126.6×104元

工程回收期：4.8年。

4 小結

（1）統籌考慮合理布局。地熱采暖要本著可持續發展的思路，必須按照地方政府有關政策開采。要統籌考慮合理布局保證該地區的地下水量平衡。

（2）尾水溫度合理利用。地下水經過熱泵提取熱量后，尾水溫度仍然很高，對于熱泵來講，10℃以下的水沒有進一步提取熱能價值。因此如果尾水溫度高于10℃，應該盡可能采用其他技術提取熱量，進一步提高能源利用效率。

（3）東營地區應該充分利用地熱資源豐富的優勢，對新建住宅采用地熱和水源熱泵結合的供暖方式，最大限度地節約能源，減少污染，提高居民的生活質量。

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.010

2011-01-28）

黃祖剛，1995畢業于承德石油高等專科學校，工程師，現從事供熱工作，E-mail：xhrlhzg@126.com，地址：勝利石油管理局熱電聯供中心仙河熱力大隊，257237。