天津某汽車廣場地熱水梯級利用論述

鐘 義

（天津華北地質勘查局 天津 300170）

1 工程概況

某汽車廣場位于天津市西青區大任莊工業園區，地處解放南路延長線，總建筑面積約6×104m2，本次需要空調和采暖的面積為5.3×104m2，本方案擬采用地熱水梯級利用供暖和制冷的系統方案為該汽車廣場提供整體的冬季采暖和夏季制冷，以下為方案論述。

2 設計參數

2.1 空調面積：某汽車廣場的須空調制冷面積共計5.3×104m2。

2.2 設計負荷：夏季：設計制冷負荷估算為4346 kW；冷負荷指標為82W/m2；冬季：設計供暖負荷估算為3710 kW；熱負荷指標為70W/m2。

2.3 供回水溫度：冬季室內系統供/回水溫度為45℃/40℃。

2.4 地熱井參數：地熱井出水溫度57℃（預計本地區館陶系地熱水溫度為55℃~60℃，本方案按照57℃估算），可采水量60m3/h。

2.5 供熱和制冷時間：冬季供熱時間：120天（每天運行12h）；夏季制冷時間：110天（每天運行12h）。

2.6 相關規范和標準

3 系統設計方案

3.1 系統分析

本系統采用“地熱+熱泵”的方式，對地熱水進行梯級利用，降低地熱水的回灌溫度，提高地熱水的利用效率。預計本地區地熱水設計流量60m3/h，設計出水溫度57℃，設計地熱水的回灌溫度為9.5℃，則“地熱+熱泵”共可提供的熱量大約為3714kW左右，這樣可以滿足全部3710kW的熱負荷需求。

地熱中用于提升熱水供熱的熱泵機組為雙工況機組，即在冬季時可用于制熱，在夏季時可以用于制冷，由于本方案設計冷負荷大于熱負荷，所以需要另外選擇一臺冷水機組，并為共計3臺機組配備冷卻塔，即可滿足夏季制冷要求。

3.2 冬季地熱系統設計方案

3.2.1 系統設計流程

依據以上分析及設計思路，本方案中采用兩級板式換熱器對地熱水進行換熱：57℃的地熱水先經一級板式換熱器進行換熱，溫度降至41℃，換熱后的地熱水再進入二級板式換熱器，經過二級板式換熱器換熱后溫度降至9.5℃，作為地熱尾水回灌到回灌井中；一級板式換熱器二次側水換熱后的溫度為40/45℃（進/出口板式換熱器），二級板式換熱器二次側水換熱后的溫度為23/7℃（出/進板式換熱器），該水為熱泵機組提供低溫熱源，通過熱泵機組（2臺熱泵機組的蒸發器側串聯）提取熱量后，為系統提供45/40℃（出/進熱泵機組）的采暖循環水，見圖1。

3.2.2 熱泵機組

由系統圖可見，經過二級板式換熱器組換熱后可提供的熱量為 2142kW（進/出板式換熱器的溫度 7℃/23℃，流量為115m3/h），據此選擇1臺藍德GSHP-C1268D標準型滿液式水源熱泵機組和1臺藍德GSHP-C1918GG高高溫型滿液式水源熱泵機組，并將兩臺機組串聯，兩臺機組的總值熱量為2631 kW（1270kW+1361kW），部分負荷時可以選擇是否開啟熱泵機組、開啟幾臺或切換熱泵連接形式，達到節能目的。

根據項目可能會有暖氣片的末端形式這一特點，使用時可以調整機組的出水溫度，GSHP-C1918GG高高溫型機組熱水出水溫度最高可達68℃，滿足暖氣片需要，若項目末端全部采用風機盤管的形式，則按照上述設計的45℃出水即可。

3.3 夏季制冷系統設計方案

供暖系統已經選擇2臺機組，為1臺藍德GSHP-C1478D標準型滿液式水源熱泵機組和1臺藍德GSHP-C1918GG高高溫型滿液式水源熱泵機組，兩臺機組的總制冷量為2262W，為滿足制冷負荷要求，需要選擇一臺2084kW以上的單冷冷水機組，并為3臺機組配備冷卻塔，即可使水源機組一機兩用，在冬季時提升地熱水供暖，在夏季利用冷卻塔供冷。據此，選擇1臺藍德CTSC-2296型水冷冷水機組,制冷量為2148kW。

兩臺熱泵機組和一臺冷水機組在制冷工況下采用并聯模式，通過管道上的閥門轉換實現。由于方案涉及機組間的串聯與并聯的轉換，管路系統較復雜，在施工圖紙設計時應考慮機組間的相對位置，以利于各機組間水流量的均衡。

4 結語

通過上述系統方案及設備選型可見:在冬季，一次板換可提供熱量1083KkW；2臺熱泵機組可提供熱量2631kW，則本方案“地熱+熱泵”共可提供的總熱量為3714kW，滿足整體建筑熱負荷（3710kW）的需求；在夏季，“1臺冷水機組+2臺熱泵機組”總制冷量為4410 kW，滿足整體建筑冷負荷（4346 kW）的需求。

地熱水取水57℃，排放9.5℃，溫差達到47.5℃，而在無熱泵的情況下，排水41℃，溫差只有16℃，地熱水熱量利用率提高近2倍，使地熱水中的能量利用達到了最大。該供熱方式減少了地熱水的取水量，能夠達到項目的使用需求同時避免了地熱水資源的大量浪費，其經濟效益和社會效益達到最優的結合。