新建住宅利用地热及水源热泵技术供暖浅析

黄祖刚（胜利油田热电联供中心）

新建住宅利用地热及水源热泵技术供暖浅析

黄祖刚（胜利油田热电联供中心）

东营地区地热资源丰富。利用地热和水源热泵技术为东营地区新建住宅供热存在诸多优势：①供暖占地少，施工方便；②换热后底水采用热泵提取热量的运行方式，供热面积可增加1倍；③运行费用低，与燃煤锅炉房运行成本相比，一个采暖季可节约费用126.6×104元。

地热 水源热泵 供热 节能 住宅

东营作为北方的石油城，冬季住宅供暖需要消耗大量的能源。投资少、运行费用低、供热效果好的供热方式成为必然选择。由于东营地区地理、地质的优越性，新建住宅小区利用地热和水源热泵技术供暖成为一种较好的选择。

1 新建住宅区配套供暖遇到的问题

因新建住宅小区对供热设计考虑不足，往往远离热源，配套供暖会遇到许多问题。

（1）附近热源负荷满足，可以接入既有系统。但由于供热距离远，处于管线末端，供热效果往往不好，而且不是统一规划经常造成管线铺设困难，使成本增加。

（2）附近热源负荷不足，无法接入既有系统。这部分住宅供暖处境尴尬。住宅小区面积只有达到一定程度，才有可能新上燃煤锅炉房，因为大型集中供热锅炉房在供热效率、污染控制方面都有有利条件。目前东营地区供热燃煤锅炉基本配置为40 t链条燃煤锅炉，该型锅炉供暖能力在35×104～40×104m2。即新建住宅区面积小于这个数值，供暖将会出现困难。

2 地热和水源热泵技术的供热优势

东营市位于山东省境内黄河三角洲中心地带，东营市境内具有巨大的油气资源，也蕴藏着丰富的地热资源。2005年，山东省地矿局地矿工程集团成功探明了东营城区、孤岛和河口三个大型地热田，潜在经济价值800×104元以上。这三个大型地热田属于低温地热资源，温热-热水型。热储温度50～80℃，埋深1 000～2 000 m。其中，东营城区地热田可利用热能为764 MW，面积342 km2；三大地热田合理开采，采期均在100年以上。丰富的地热资源为该地区地热供暖提供了巨大的便利条件。

2.1 地热和水源热泵供暖占地少，施工方便

采用地热和水源热泵供暖只需在小区内打1、2口地热井，建设一座200 m2的设备用房即可。然后将小区供热管线接入站内。投资少、占地少、施工方便、建设工期短。

2.2 地热和水源热泵技术相结合供暖合理

东营地区地下水热储温度50～80℃，但矿化度较高不能直接用于供暖，可以采用水-水换热的方式供暖。但是考虑地下水抽取量，换热效率，简单利用地下水换热方式供暖存在供暖面积小，热能浪费等问题。

2.2.1 单独采用地下水换热运行分析

目前东营地区新建住宅绝大部分是节能建筑，而且地板采暖越来越多。计算参数：住宅热负荷45 W/m2；供回水温度60/50℃；单井地下水抽取量60 m3/h（100 m扬程电潜泵平均流量），出水温度70℃；板式换热器换热效率96%。

地下水释放热量：1 395.6 kW，由此可计算二级网换热量为：1 395.6×96%=1 339.8 kW，供热面积2.97×104m2。

此时地下水换热后外排温度50℃。

2.2.2 换热后尾水采用热泵提取热量运行分析

热泵提取地下水热量后外排温度一般在40℃左右，可从地下水中提取697.8 kW的热量。

设热泵COP=4，则热泵提供热量1 116.5 kW，可计算出热泵输入功率418.7 kW，供热面积2.48×104m2。即通过热泵做少量的功（418.7 kW）就可以获得较大的热量（1 116.5 kW），供热面积增加近一倍。

如果将热泵外排温度降低至10～15℃，那么提取的热量将会增加2～3倍，供热效能更加可观。

因此仅采用地热供暖是不经济的，只有地热和水源热泵相结合供暖才是最合理、最经济的。

2.3 采用地热和水源热泵技术供热运行费用较低

采用地热和水源热泵技术供热主要运行费用为电费、人工费、地热资源补偿费，主要运行设备为电潜泵、循环泵、清水泵、热泵。

2.3.1 电费

电潜泵：产水60 m3/h，配套电动机功率约45 kW。

循环泵：供热面积为2.97×104m2+2.48×104m2=5.45×104m2。

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

配套电动机功率约37 kW。

清水泵：配套电动机功率约18.5 kW。

热泵:热泵输入功率418.7 kW，可选择2台HTHP200-H热泵，输入功率208 kW。

按照东营地区近几年气温统计，供暖初期和供暖末期约40天时间，住宅热负荷只有室内平均计算热负荷的60%，即只需要地下水换热采暖就可以满足供暖需要。

循环泵运行电量：31 968 kW。

电潜泵运行电量：38 880 kW。

运行费用：42 225元。

其他时间需要开启热泵才能满足热负荷需求。

循环泵运行电量：63 936 kW。

电潜泵运行电量：77 760 kW。

清水泵运行电量：15 984 kW。

热泵运行电量：718 848 kW。

运行费用：52.241×104元。

2.3.2 人工费

这样规模的地热站运行人员需要4人（4班3倒），年度人工费为12×104元。

2.3.3 地热资源补偿费

按照东营市国土资源局规定，地下水温度≥60℃按1.00元/m3征收地热资源补偿费。

地下水取水量：17.28×104m3。

地热资源补偿费：17.28×104元。

2.3.4 折旧费及其他费用

设备折旧费及维修费、材料费约22×104元。总运行费用：107.74万元。运行成本：19.77元/m2。

2.3.5 在采暖季与其他供热方式成本对比

东营地区燃煤锅炉房运行成本：43元/m2。燃油锅炉房运行成本：48元/m2。

水煤浆锅炉房运行成本：41元/m2。

地热与水源热泵供暖与燃煤锅炉房运行成本对比一个采暖季节约费用126.6×104元。

3 投资

采用地热和水源热泵技术供热前期费用主要有：

钻井费用：180×104元。

设备费用（包括水泵、换热器、热泵）：390×104元。

土建及施工费：40×104元。

合计费用：610×104元。

从上节可知，相比燃煤锅炉供暖，采用地热和水源热泵供暖运行费用每个采暖季节约126.6×104元

工程回收期：4.8年。

4 小结

（1）统筹考虑合理布局。地热采暖要本着可持续发展的思路，必须按照地方政府有关政策开采。要统筹考虑合理布局保证该地区的地下水量平衡。

（2）尾水温度合理利用。地下水经过热泵提取热量后，尾水温度仍然很高，对于热泵来讲，10℃以下的水没有进一步提取热能价值。因此如果尾水温度高于10℃，应该尽可能采用其他技术提取热量，进一步提高能源利用效率。

（3）东营地区应该充分利用地热资源丰富的优势，对新建住宅采用地热和水源热泵结合的供暖方式，最大限度地节约能源，减少污染，提高居民的生活质量。

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.010

2011-01-28）

黄祖刚，1995毕业于承德石油高等专科学校，工程师，现从事供热工作，E-mail：xhrlhzg@126.com，地址：胜利石油管理局热电联供中心仙河热力大队，257237。