天津某汽车广场地热水梯级利用论述

钟 义

（天津华北地质勘查局 天津 300170）

1 工程概况

某汽车广场位于天津市西青区大任庄工业园区，地处解放南路延长线，总建筑面积约6×104m2，本次需要空调和采暖的面积为5.3×104m2，本方案拟采用地热水梯级利用供暖和制冷的系统方案为该汽车广场提供整体的冬季采暖和夏季制冷，以下为方案论述。

2 设计参数

2.1 空调面积：某汽车广场的须空调制冷面积共计5.3×104m2。

2.2 设计负荷：夏季：设计制冷负荷估算为4346 kW；冷负荷指标为82W/m2；冬季：设计供暖负荷估算为3710 kW；热负荷指标为70W/m2。

2.3 供回水温度：冬季室内系统供/回水温度为45℃/40℃。

2.4 地热井参数：地热井出水温度57℃（预计本地区馆陶系地热水温度为55℃~60℃，本方案按照57℃估算），可采水量60m3/h。

2.5 供热和制冷时间：冬季供热时间：120天（每天运行12h）；夏季制冷时间：110天（每天运行12h）。

2.6 相关规范和标准

3 系统设计方案

3.1 系统分析

本系统采用“地热+热泵”的方式，对地热水进行梯级利用，降低地热水的回灌温度，提高地热水的利用效率。预计本地区地热水设计流量60m3/h，设计出水温度57℃，设计地热水的回灌温度为9.5℃，则“地热+热泵”共可提供的热量大约为3714kW左右，这样可以满足全部3710kW的热负荷需求。

地热中用于提升热水供热的热泵机组为双工况机组，即在冬季时可用于制热，在夏季时可以用于制冷，由于本方案设计冷负荷大于热负荷，所以需要另外选择一台冷水机组，并为共计3台机组配备冷却塔，即可满足夏季制冷要求。

3.2 冬季地热系统设计方案

3.2.1 系统设计流程

依据以上分析及设计思路，本方案中采用两级板式换热器对地热水进行换热：57℃的地热水先经一级板式换热器进行换热，温度降至41℃，换热后的地热水再进入二级板式换热器，经过二级板式换热器换热后温度降至9.5℃，作为地热尾水回灌到回灌井中；一级板式换热器二次侧水换热后的温度为40/45℃（进/出口板式换热器），二级板式换热器二次侧水换热后的温度为23/7℃（出/进板式换热器），该水为热泵机组提供低温热源，通过热泵机组（2台热泵机组的蒸发器侧串联）提取热量后，为系统提供45/40℃（出/进热泵机组）的采暖循环水，见图1。

3.2.2 热泵机组

由系统图可见，经过二级板式换热器组换热后可提供的热量为 2142kW（进/出板式换热器的温度 7℃/23℃，流量为115m3/h），据此选择1台蓝德GSHP-C1268D标准型满液式水源热泵机组和1台蓝德GSHP-C1918GG高高温型满液式水源热泵机组，并将两台机组串联，两台机组的总值热量为2631 kW（1270kW+1361kW），部分负荷时可以选择是否开启热泵机组、开启几台或切换热泵连接形式，达到节能目的。

根据项目可能会有暖气片的末端形式这一特点，使用时可以调整机组的出水温度，GSHP-C1918GG高高温型机组热水出水温度最高可达68℃，满足暖气片需要，若项目末端全部采用风机盘管的形式，则按照上述设计的45℃出水即可。

3.3 夏季制冷系统设计方案

供暖系统已经选择2台机组，为1台蓝德GSHP-C1478D标准型满液式水源热泵机组和1台蓝德GSHP-C1918GG高高温型满液式水源热泵机组，两台机组的总制冷量为2262W，为满足制冷负荷要求，需要选择一台2084kW以上的单冷冷水机组，并为3台机组配备冷却塔，即可使水源机组一机两用，在冬季时提升地热水供暖，在夏季利用冷却塔供冷。据此，选择1台蓝德CTSC-2296型水冷冷水机组,制冷量为2148kW。

两台热泵机组和一台冷水机组在制冷工况下采用并联模式，通过管道上的阀门转换实现。由于方案涉及机组间的串联与并联的转换，管路系统较复杂，在施工图纸设计时应考虑机组间的相对位置，以利于各机组间水流量的均衡。

4 结语

通过上述系统方案及设备选型可见:在冬季，一次板换可提供热量1083KkW；2台热泵机组可提供热量2631kW，则本方案“地热+热泵”共可提供的总热量为3714kW，满足整体建筑热负荷（3710kW）的需求；在夏季，“1台冷水机组+2台热泵机组”总制冷量为4410 kW，满足整体建筑冷负荷（4346 kW）的需求。

地热水取水57℃，排放9.5℃，温差达到47.5℃，而在无热泵的情况下，排水41℃，温差只有16℃，地热水热量利用率提高近2倍，使地热水中的能量利用达到了最大。该供热方式减少了地热水的取水量，能够达到项目的使用需求同时避免了地热水资源的大量浪费，其经济效益和社会效益达到最优的结合。