热水驱动增热型供热机组提取浅层地热研究

1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页n 更多资料请访问.(.)更多企业学院：./Shop/中小企业管理全能版183套讲座+89700份资料./Shop/40.shtml总经理、高层管理49套讲座+16388份资料./Shop/38.shtml中层管理学院46套讲座+6020份资料./Shop/39.shtml国学智慧、易经46套讲座./Shop/41.shtml人力资源学院56套讲座+27123份资料./Shop/44.shtml各阶段员工培训学院77套讲座+ 324份资料./Shop/49.shtml员工管理企业学院67套讲座+ 8720份资料./Shop/42.shtml工厂生产管理学院52套讲座+ 13920份资料./Shop/43.shtml财务管理学院53套讲座+ 17945份资料./Shop/45.shtml销售经理学院56套讲座+ 14350份资料./Shop/46.shtml销售人员培训学院72套讲座+ 4879份资料./Shop/47.shtml热水驱动增热型供热机组提取浅层地热的供热方式研究付林1，张群力1，李永红2（清华

2、大学建筑技术科学系，北京，100084）（清华城市规划设计研究院，北京，100084）摘要：本文提出一种利用集中供热系统提供的高温热水驱动增热型供热机组提取浅层地热的供热方式。通过一次能源利用效率、经济性分析等方法比较可知，相对常规热电联产集中供热方式，该方式可在集中供热系统热源不扩容、系统能耗不增加的前提下大幅度提高该系统的供热能力，降低供热成本；相对电驱动土壤源热泵供热方式，该方式采用一次网提供的高温热水作为驱动热源做功，不用高品质的电做功，可以大幅度减少耗电量，可以更好的实现能源的梯级利用效果。在相同供热量下，热水驱动土壤源增热型供热机组供热方式具有一次能耗低、地下埋管换热面积小、利于冬夏热平衡等优点。 关键词：集中供热；增热型供热机组；地热；吸收式热泵 1 前言 利用电动土壤源热泵提取浅层地热资源的采暖空调方式在我国得到了广泛地研究和应用1-5。该方式冬季采暖时利用电动热泵地下土壤中提取热量，夏季空调时将冷却水的热量排放到地下。如果电动土壤源热泵系统冬天从地下提取热量和夏天向地下排放的热量不能做到季节性平衡，热泵机组的性能会随着运行时间的增加而降低。另外在制备相同热量的前提下，

3、电动热泵供热方式需要消耗大量电能作为驱动源，在电价较高的地区将影响该系统的经济性。传统集中供热系统多在热力站采用换热器换热方式，由于一次网提供的高温热水仍然具有一定的做功能力，在常规热力站中高温热水的做功能力被浪费掉。本文提出一种利用集中供热系统提供的高温热水驱动增热型供热机组提取浅层地热的新型集中供热方式，（亦简称为土壤源增热型机组供热方式）。该方式利用集中供热系统中的高温热水作为驱动热源，驱动增热型供热机组从低品位的浅层地热或水源中提取热量用于供热。集中供热系统的高温热水可以用于驱动增热型供热机组从低品位热源（例如浅层土壤、地下水源等）中提取热量。该类机组夏天还可以转换为利用高温热水驱动的制冷机组供冷运行。为了分析该供热方式的节能性和经济性，本文从一次能源利用效率、经济性分析等角度，对比分析热水驱动土壤源增热型供热机组的供热方式与电驱动土壤源热泵供热方式和传统的热电联产集中供热方式在技术经济性方面的差异。研究结果表明：相比常规集中供热方式，热驱动土壤源增热型供热机组供热方式可在原集中供热系统热源不扩容、系统能耗不增加的前提下大幅度提高集中供热系统的供热能力，降低供热成本。相对电驱动

4、的土壤源热泵机组供热方式，由于利用高温热水驱动做功，不用高品质的电做功，系统可大幅度减少耗电量，该的系统增量部分投资可在4年内收回。同时这种新型供热方式还可将浅层地热与集中供热系统结合，优化集中供热热源配置，有着显著的节能、经济和环保效益。2 热水驱动增热型供热机组提取浅层地热供热方式 2.1 系统描述 该供热方式主要是利用土壤源或水源增热型供热机组取代常规集中供热方式中的换热器，利用一次热网提供的高温热水作为增热型供热机组的驱动热源，从浅层土壤或水源等低品位热源中提取热量，然后将驱动热源和低品位热源提供的热量加热二次热网水并向用户供热。该供热方式主要由集中热源（通常是热电联产机组、燃煤或燃气供热锅炉等）、一次热网、增热型供热机组、二次热网、地下埋管、水源取水井和回灌井、用户侧的散热末端及其连接附件组成。 173 42 8 9 5 6 101 集中供热热源 2 一次热网供水管 3 一次热网回水管 4 土壤源增热型供热机组 5 二次热网供水管 6 二次热网回水管 7 热用户侧的散热末端 8地埋管供水管 9地埋管回水管 10地下埋管图1 热水驱动土壤源增热型供热机组提取浅层地热的供热方式示

5、意图2.2 系统特点 相对常规集中供热方式，该方式利用一次热网提供的高温热水作为增热型供热机组的驱动热源，充分利用一次网高温热水的做功能力，在不新增其它能源消耗的前提下，驱动增热型供热机组从低品位的地热或热水资源中提取热量。相比常规集中供热方式，该方式扩展了集中供热系统的热源形式，增大了系统供热能力，降低了供热成本。相对电驱动地源热泵供热方式，由于采用高温热水驱动做功，不用高品质的电做功，大幅度减少耗电量，更好的实现能源的梯级利用效果；同电驱动土壤源热泵相比，该方式更有利于实现冬夏季节性的热平衡，系统的一次能源利用效率更高。 3 一次能源利用效率评价 3.1 比较工况 为了分析热驱动土壤源增热型供热机组供热方式的节能性和经济性，本文选取电驱动土壤源热泵供热方式作为参考供热方式。为了在同一工况下进行比较，本文中的二次网和用户采取相同的采暖参数。同时假定用户为节能建筑，采用35/45的低温供热运行方式。不同供热方式的示意图及其计算工况参数如下图所示： 供水130 回水45 二次网 供水45 回水35 热电联产集中热源一次网 热力站用户图2 热电联产集中供热方式热电联产集中热源一次网供水 1

6、30 二次供水45二次回水35地下埋管一次网回水 45 用户地埋管供水9 地埋管回水6 土壤源增热型供热机组图3 热水驱动土壤源增热型机组供热方式供水45 回水35 地埋管供水9 地埋管回水6 电电动土壤源热泵机组用户图4 电驱动土壤源热泵供热方式 3.2 一次能源利用效率评价 不同供热方式用于供热的一次能源利用效率计算公式如下 （1）其中， 不同供热方式的一次能源利用效率；用户侧供热量，GJ 热源侧供热量，GJ 一次网供热效率，% 二次网供热效率，% 热电联产机组供热效率，%；本文中大型燃煤热电联产取0.5，大型燃煤锅炉房没有这个供热环节，取1.0；锅炉的供热效率，%；本文中热电联产锅炉，取0.9，大型燃煤锅炉房取0.8；一次网循环泵的功耗，GJ二次网循环泵的功耗，GJ地下水循环泵的功耗，GJ发电量，GJ 全国平均发电效率，取0.35 三种不同供热方式在设计工况下的一次能源利用过程的流程图如下所示。图5图7中的单位均为GJ。 电动土壤源热泵COP=4.0电网enet=0.92提取地热量0.830.28电电厂e=0.34锅炉b=0.9煤1.151.03电泵耗0.013泵耗0.033二次

7、网=0.9用户0.35电1.111.00图5 电动土壤源热泵供热方式能流图 二次网=0.9一次网hnet=0.90热电厂e=0.25h=0.50锅炉b=0.9供电0. 620.0142.471.231.112.74煤煤1.76电厂e=0.340.061煤电厂e=0.34用户1.00泵耗 0.013泵耗 0.0067电网enet=0.920.021图6 热电联产集中供热方式能流图 地热源增热型供热机组COPh=1.24城市热网hnet=0.90地热0.17热电厂e=0.25h=0.50锅炉b=0.9电 0.621.991.000.902.21煤煤1.46泵耗0.0054电厂e=0.34泵耗 0.0084用户1.00二次网=0.91.110.0290.084煤电网enet=0.92电厂e=0.34泵耗 0.013图7 热水驱动增热型供热机组提取浅层地热供热方式能流图 3.3 评价结果 以上三种供热方式的一次能源利用效率如图8所示。与其它供热方式相比，热水驱动土壤源增热型机组供热方式的一次能源利用效率最高。相对热电联产供热方式，采用土壤源增热型机组后的集中供热方式的一次能源利用效率可以提高约

8、20%。 图8 不同供热方式在典型设计工况下的一次能源利用效率 图9 热水驱动土壤源增热型机组供热方式的延时供热负荷曲线表1 不同供热方式整个采暖的能耗情况 单位热水驱动土壤源增热型机组供热方式热电联产供热方式电驱动土壤源热泵供热方式总的供热量万GJ28.228.225.4地热供热量万GJ5.50.019.0热网供热量万GJ22.728.20.0一次网循环水泵万kWh34.6 42.8 0.0 二次网循环水泵万kWh101.8 101.8 91.6 热泵机组万kWh0.0 0.0 1762.9 地下水泵万kWh59.2 0.0 206.3 总的耗电量万kWh 195.5144.62060.8折合一次能源耗煤量吨标煤5303.06192.97515.2单位供热面积能耗kgce/m25.36.27.54 经济性分析 4.1 分析模型 对于热电联产集中供热系统提供热水驱动土壤源增热型机组供热方式，其初投资按公式计算。 （2）对于电驱动土壤源热泵供热方式，其初投资按公式计算。 （3）对于热电联产集中供热系统，其初投资按公式计算。 （4）上述计算公式中，二次网、室内管网和采暖末端的初投资相同。本文中不同环节的投资基价参照表3所示。其中集中供热系统的热源为热电联产系统，其投资按照450万元/MW（电负荷）计算，其发电效率为25%，供热效率为50%

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