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地热尾水热泵在供暖改造工程中的节能运行管理与能耗分析 天津大学 张欢 刘丹 张文帅 由世俊 摘要:本文结合天津市动物园供暖改造工程实例，阐述地热尾水热泵在供暖改造工程中应如何根据其实际工程特点，以地热供暖为主体进行梯级利用，发挥地热资源的复合优势。并通过EnergyPlus能耗分析软件进行能耗对比分析，证明其节能优势。为供暖改造工程引入地热尾水热泵技术提供高效，节能的运行管理方式，同时也为低温地热水、地热尾水等中低品位余热水资源提供了高效、合理的利用途径，具有明显的社会效益，环保效益和经济效益。 关键词:地热尾水热泵 节能 能耗分析 0 引言 近年来，随着我国国民经济的迅速发展，我国的建筑能耗，特别是暖通空调能耗所占的比重越来越大，随之带来的能耗和环境问题也日趋严重。而地热作为一种新型环保能源，具有广阔的发展前景。进入20世纪的90年代，随着全球环境保护意识的增强，我国地热兴起了直接利用新的高潮，尤其在高纬度寒冷的华北和东北地区，加大了以地热供热为主的开发力度。这项工作的开展，不仅替代了不少的燃煤锅炉，减少大量有害物质的排放，而且还能通过以地热供暖为主体的梯级利用，取得明显的经济效益。对于供暖改造工程，引入热泵技术，结合风机盘管、地板供暖等新型的供暖设备及原有设备，采用节能的管理运行模式，可以充分利用地下能源，具有明显的社会效益，环保效益和经济效益。 1 工程概述 天津市动物园供热工程原为锅炉供热，有3台4t/h燃煤锅炉，运行期间为防止突然温降等情况一开二备。动物园原有地热井一口，井深1000m，出水温度45℃，水质较好。为支持天津市“蓝天工程”，保护环境，结合现有资源，决定采用清洁地热能源进行供热，并在改造中采用了地热尾水热泵以节约地热水的用量。动物园供暖期为每年六个月，供热面积9093.8m2，供暖的目的主要是满足动物的需要。 由于热泵和地板辐射供暖得到了很好的普及，这就为40℃左右的低温地热水以及地热尾水在供暖中的应用提供了良好的设备支持。在利用热泵的低温地热水供暖中，通常的做法是在热泵机组进口加混水降低地热水进入热泵机组的温度，以便达到机组进口温度的要求。考虑到混水过程中?效率的下降，为了最大限度的利用低温地热水这种低品位能源，节约电这种高品位能源，本工程采用低温地热水梯级利用即地热水先经过散热设备散热后再进入热泵的供暖方案，并通过运行过程中的合理调节，以达到节能目的。 2 节能运行管理 在实际工程中，一般会受常规的管网式供热工艺和技术水平所限，不能把地热资源的能量充分利用和提取出来。在供暖改造过程中，可以利用原有的及改造后新增的末端设备，通过节能运行管理方式，将地热资源的复合优势充分发挥出来。 由于梯级利用地热水供暖系统一般具有可以分别控制的两组散热设备对室内进行供热的功能。所以对于此系统可以采取灵活方便的运行控制方式以节约系统的运行费用。本系统将整个供暖期分成了3种供暖运行模式。当室外温度较高时，可以仅采用铸铁散热器供暖以满足用户的温度要求；随着室外温度的降低，仅靠散热器不能满足用户的需要时，采用散热器与地板辐射串联的供暖方式，散热器的回水直接进入地板辐射盘管，两种散热设备同时向用户提供热量；当室外温度继续下降，这种模式也不能满足要求时，开启地热尾水热泵，利用地热尾水热泵制出的热水供给地板辐射盘管，提高地板辐射盘管的散热量以满足用户的要求。 由于动物园的供暖期比较长，从10月15号到第二年的4月15号，共计6个月。而从10月15日到10月底由于室外温度较高，所以仅采用铸铁散热器进行供暖；在11月份，室外温度降低，利用散热器与地板辐射串联进行供热，以满足用户需要，推迟地热尾水热泵开启的时间；从12月初到2月底，室外温度基本为全年最低，开启地热尾水热泵，利用热泵制出的热水供给地板辐射盘管或风机盘管；3月份，室外温度上升，关闭地热尾水热泵，利用铸铁散热器和地板辐射盘管直接串联进行供暖；4月初到4月15日，仅靠铸铁散热器就可以满足用户的要求。 3 能耗分析 3.1 能耗的模拟 利用EnergyPlus能耗分析软件，以其实际的运行管理模式为依据，对系统的全年运行能耗进行了模拟。从2005年10月15开始，以半个月为一个时间单位，截止到2006年4月15日，共计12个模拟时间单位。全部能耗包括地热水的消耗和地热尾水热泵、循环水泵、风机盘管等的电耗。模拟结果如下： （1）系统散热设备总散热量随时间的变化情况。 整个系统的散热设备散热量变化情况如图3-1所示。整个模拟周期内散热量的变化同室外温度变化情况基本一致。10月15日到10月31日，由于室外温度较高，且仅采用铸铁散热器进行供暖，所以系统总散热量较小；11月份，室外温度降低，采用铸铁散热器与地板辐射盘管串联的方式进行供暖，所以总散热量增加；12月