做座利用深井地热水作为辅助热源的水源热泵系统

利用深井地热水作为辅助热源的水源热泵系统节能分析

一、概述

深井地热水在世界上的广泛应用有很长的历史。美国西部的深井地热区，井深米左右，即可开凿出℃的地热水，从地下环境保护的角度来考虑，美国各州有不同的政策，但总的不主张使用开式系统，如果使用，严格要求同层回灌。法国的低焓能含水层热水热不温在50℃以上，井深由几百米至米不等，其应用实现了梯级利用，并且严格实行"对井"制，即一个生产井，一个回灌井。巴黎盆地的地石油沥青软化点测定法GB4507⑻4下水位，20年来，基本上维持水位不降，是很了不起的成就。波兰持下含水层热储的水温为℃之间，并采用了多种利用技术。我国地热水供暖有较长历史的应必天津和塘沽地区，但其尾水温度较高，近几年来，天津采用先进技术，严格实行"对井"制，使地下水位逐渐回升。

北京是世界上为数不多的，有深井地热水资源的首都之一。过去30年来，共开凿了深井地热水井200口左右，130多口井在正常使用。由于多数地热井水温在℃之间，限于合理利用的温泉别墅。很少的几例用于地热直接供暖。1999年，在北京城南发现深度3800米处的88℃的地热水。申办2008年奥运会以来，北京有关部门进行了全面的物探，发现了三大块地热田，水温达℃，井深达3500米左右。北京的深井地热水位每年下降2米，从可持续发展的角度，考虑深井地热水的利用技术和回灌技术至关重要。 二、中试工程的建筑物及负荷特点

1、建筑特点：该楼为原有建筑物。办公和实验室部分为2000平方米的五层建筑，周围有与之相连的两层教室共10000平米。中间有20米高的玻璃拱顶中厅，周围八个外门，供疏散用。由于“烟窗效应”，冬季室外的冷风通过常开的东大门大量灌入室内，致使大厅温度6℃左右，周围五层房间的内墙变成了散热的外墙。加上各办公室单层的大玻璃窗有冷风渗透，还限于施工时的经济状况，外墙保温作了简化处理，致使冬季室温在13℃左右。

2、负荷特点：经计算冬季采暖设计负荷约为120W/m2。由于是办公楼，每日工作时间为8：：00。夜间及周末或节假日，室温只需维持10℃。热负荷比冷热负荷小。三、中试工程系统设计方案考虑

1、回灌水温度和回灌水量的考虑：本校地热回灌井井深2000米，比生产井深400米。对于允许的回灌量，回灌温度，对热储的影响，需要相当作为世界领先的聚合物生产商长的时间实验认定。因此，一方面要尽量使用地热水的热能，维持到一定的尾水温度比如20℃以下峰值负荷时，可以尝试短时间到10℃左右，观察其长期影响。另一方面，在非峰值负荷时，也要减少抽取地下的热水量，不使大量热水在较高温度下回灌，比如：尽量避免25℃以上的水温回灌。

2、对地热水利用率ξ的考虑：回灌温度直接影响到地热能的利用率。因为地热能的能量，目前是依地热水温度降至当地全年室外平均温度作为基准计算的。深层地热水的抽出不仅消耗潜水泵的能量，蕴藏着被污染的可能，还涉及未知的回灌井的工作状况。

3、对地热水直接利用级的考虑：本校共有地热生产井两口，生产井的水温均在52℃左右，两口井的出水量均大于或等于70m3/hr。52℃左右的地热水，经过板式换热器后，循环水可达50℃左右，直接利用级采用的是风机盘管机组，其消耗的功率，仅为循环水泵的功率。 要想了解更多实验机知识

4、对峰值负荷的考虑：由于北京的多数建筑，制冷负荷大于采暖负荷，可以以部分热泵兼作为峰值热负荷。区域锅炉房提供的热源，也可以做峰值热源用。

5、对使用热泵的考虑：选择水源侧能耐受进口水温（ESWT）为℃地热水的热泵，使之具有较高的热力循环COP值。按照ARI-320标准，水源热泵供热工况下，水源侧进口水温控为21℃，按照ARI-325标准为10℃及21℃。因此，一般厂家不提供能耐受ESWT为℃的热泵。选择了美国ClimateMaster Inc的GSW-120型水-水热泵。厂家建议使用中ESWT不超过35℃。后来运行证明性能良好，特性曲线由研究提供见图1，2，3，4。

图1 热泵COP与水源侧出水温LSWT（℃ ）

图2 热泵COP与负荷侧出水温LSWT（℃ ）

图3 深井地热水水源侧进水温与制热量关系（水源侧进水温=32、2℃，负荷侧流率1、69L/S）

图4 热泵水源侧水量与水温降关系四、中试工程使用的系统及仪表

综合以上考虑，本中试实验机上的夹具应能立即对准成1条线系统如图5所示。测试使用的仪器的不确定度：见表一直接测试参数和计算参数的不确定度 表一基本参数计算参数水温水温差空气温度水流量输入电功率