水源热泵在低温地热生活热水系统的应用.pdf

《水源热泵在低温地热生活热水系统的应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水源热泵在低温地热生活热水系统的应用.pdf（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第2 6卷第4期 2 0 0 6年 4月 煤 气 与 热 力 GAS & HEAT V0 1 2 6 No 4 Apr 2 0 06 水源热泵在低温地热生活热水系统 的应用 郑晓菲 ， 贺明健 ( 1 天津大学 机械 工程学院，天津 3 0 0 0 7 2 ；2 天津水与燃气信 息技术开发有限公 司， 天津 3 0 0 0 7 0 ) 摘要 ： 提 出在常用低温地 热生活热水 系统 中增设 回水加热器， 以回收生活热水 系统的排 水。对可选的 5种回水加热热源燃煤锅炉、 燃油锅炉、 燃气锅炉、 电锅炉及水源热泵的节能性 、 经济性进行了比较， 提出水源热泵辅助低温地热生活热水系统。结合工程实例

2、， 对常用低温地热生 活热水 系统与水源热泵辅助低温地热生活热水 系统进行 了经济性比较。水源热泵辅助低温地热生 活热水 系统可有效降低生活热水 系统排水温度及排水量 ， 节能、 节水效果显著。 关键词 ： 低温地热； 生活热水 ； 水源热泵 中图分类号 ：T U 9 9 5 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 4 4 1 6 ( 2 0 0 6 ) 0 4 0 0 3 9 0 4 Ap p l i c a t i o n o f W a t e r S o ur c e He a t Pu m p i n Do me s t i c Ho t W a t e r S y s t e

3、 m t h Lo w- t e m p e r a t u r e Ge o t h e r ma l Ene r g y Z HE NG Xi a o f e i HE Mi n g - j i a n ( 1 S c h o o l o fMe c h a n i c a l E n g i n e e r i n g， T i a n j i n U n i v e r s i t y ，T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ，C h i n a； 2 T i a n j i n Wa t e r &G a s I n f o r ma t i o n T e c h n

4、 o l o g y D e v e lo p me n t C o ， L t d ，T i a n j i n 3 0 0 0 7 0 ，C h i na) Ab s t r a c t ： I t i s p r o p o s e d t h a t t h e r e t u r n wa t e r h e a t e r i s a d d e d i n c o n v e nt i o n M d o me s t i c h o t wa t e r s y s t e m wi th l o w- t e mp e r a t u re g e o t h e r ma

5、l e n e r g y t o rec o v e r y t h e d i s c h a r g e wa t e r f r o m t h e do me s t i c h o t wa - t e r s y s t e m A c o mpa r i s o n i s ma d e o n t he e n e r gy s a v i n g a nd e c o n o my f o r fiv e k i n d s o f o p t i o n a l h e a t s o u r c e s f o r h e a t i n g r e t u r n w

6、 a t e r ，i n c l u d i n g c o al fi r e d b o i l e r ，o i l - fi red b o i l e r ，g a s - fi r e d b o i l e r ，e l e c t r i c b o i l e r an d wa t e r s o u r c e h e a t pu mpA do me s t i c h o t wa t e r s y s t e m wi t h l o w- t e mp e r a t u re g e o t he rm al e n e r gy as s i s t e

7、d b y wa t e r so u r c e he a t p u mp i s p u t for wa r d，Ta k i n g e n g i n e e r i n g for e x a mp l e，a n e c o n o mi c c o mp ar- i s o n i s ma de b e t we e n th e c o n v e n t i o n al do me s t i c h o t wa t e r s y s t e m wi t h l o w- t e mp e r a t u r e g e o the rm al e n e r

8、gy a n d the d o me s t i c h o t wa t e r s y s t e m wi th l o w- t e mp e r a t u re g e o t h e rm al e n e r gy as s i s t e d b y wa t e r s o u r c e h e a t pu mpTh e l a t t e r c a n e ff e c t i v e l y r e d u c e d i s c h arg e wa t e r t e mp e r a t u r e an d v o l u me f r o m the

9、d o me s t i c h o t wa t e r s y s t e m ，wi t h remark a b l e e ffe c t o f e n e r gy - s a v i n g an d wa t e r s a v i ng Ke y wo r d s：l o w- t e mp e r a t u r e g e o t h e rm al e n e r gy ；d o me s t i c h o t wa t e r； wa t e r s o u r c e h e a t p ump 近年来 ， 利用低温地热水为住宅小区集中供应 生活热水已成为利用低

10、温地热水的主要方式之一。 由于地热水 中富含对人体有益的矿物质 ， 因此受到 用户的广泛欢迎 卜 。但运行中发现低温地热水生 活热水系统存在 2个问题 ： 一是地热水排放温度高 ( 4 0以上) ， 一般直接排至市政污水管 网， 对环境 造成热污染。二是地热水排放量大 ， 地热资源浪费 严重。目 前， 尚无有效的解决办法。随着地热水收 费标准的提高及加 收地热排污费政策 的出台， 运营 单位的经济效益明显下降 ， 基本处于亏损状态。因 3 9 维普资讯 http:/ 第4期 煤 气 与 热 力 第2 6卷 此应选择经济、 有效的方法 ， 改造低温地热生活热水 系统。本文对水源热泵用于低温地热生

11、活热水系统 的系统形式及经济性进行研究 。 1 低 温地 热生活热水 系统的改造 生活热水系统分析 a 常用低温地热生活热水系统 在常用低温地热生活热水系统 ( 见图 1 ) 中 ， 温 控 阀的设定温度一般 为生活热水 回水的最低温度 ， 通常为 4 0 ， 冬季略高 ， 夏季略低。当生活热 水回 水温度低于设定温度时 ， 系统排水。反之 ， 系统保持 循环 。系统 的排水量与生活热水的循环量 、 地热水 供水温度 、 室外温度及系统热损失有关 ， 生活热水管 网规模越大 ， 地热水供 水温度越低 ， 室外温度越低 ， 系统中设备及管道保温性能越差 ， 则排水量越大。 排 水 图1 常用低温

12、地热生活热水系统 F i g 1 C o n v e n t i o n a l d o me s ti c h o t wa t e r s y s t e m w i t h l o w - temp e r a t u r e g e o the r ma l e n e r g y 在这些影响因素中， 生活热水管网规模与小 区 规模成正 比， 但室外温度不可控制 ， 因此可提高地热 水供水温度及系统中设备 、 管道保温性能 ， 但地热水 供水温度受地热井 出水温度制约 ， 且单纯提高地热 水供水温度只是延长 了系统排水周期 ， 一次性排水 量和排水温度并未改变。 b 常规生活热水系统

13、常规生活热水 系统见图 2 _ 4 J ， 通 过设 置 回水加 热器 ， 间接或直接加热生活热水 回水 、 补水 ， 提高水 温后供给用户， 运行中无排水。 低温地热生活热水系统也可通过增设 回水加 热器 回收系统排水 ， 补水由地热井提供， 因此问题 的 关键在于选择回水加热热源。 回水加热热源的选择 选择 回水加热热源时应根据 当地可利用能源的 情况 ， 选择技术 、 经济性较优的方案 。回水加热热源 包括燃煤锅炉 、 燃油锅炉、 燃气锅炉 、 电锅炉及水源 图 2常规 生活 热水供应系统 F i g 2 C o n v e n ti o n a l d o me s ti c h o

14、t w s t e r s u p p l y s yst e m 热泵等 ， 其中水源热泵是一种高效的节能装置 ， 以生 活热水 回水作为热源 ， 制热性能系数一般在 4以上 。 a 节能性 比较 采用一次能源利用率评价节能性， 各种热源的 一 次能源利用率见表 1 。 表 1 各种热源 的一次 能源 利用率 T a b 1 P r i ma r y e n e r g y u fi l i 1 - t i o n r a t i o 0 f d i ff e r e n t h e a t 8 o u r c e g 回水加热热源 热效毒 一次能源利用率 燃煤 锅炉 7 0 7 0 0 燃

15、油锅 炉 8 5 8 5 0 燃气锅炉 8 5 8 5 O 电锅炉 9 8 2 9 8 水源热泵 4 0 O 1 2 1 6 注： 发电效率取 3 0 4 。 由表 1 可知， 水源热泵的一次能源利用率最高 ， 在可供选择的5种 回水加热热源 中， 其节能性最佳。 b 经济性 比较 设定将生活热水 回水 由 4 0加 热至 4 8 ， 折 合成单位热功率的设备造价及加热单位质量生活热 水的燃料费、 电费见表 2 。 表2 经济性比较 T ab 2 E c o n o mi c c o ml mr i s o n 设备造价 燃料费 电费 回水加热热源 ( 元 k W ) ( 元 t ) ( 元

16、t ) 燃煤锅炉 5 0 o 0 9 2 燃 油锅 炉 6 0 0 3 7 6 燃气锅 炉 6 0 0 2 3 1 电锅炉 4 o 0 5 2 3 水 源热泵 1 0 o 0 1 2 8 煤的低位发热量按 2 0 9 MJ k g 计 ， 柴油的低热 值按 4 1 9 M J k g计 ， 天然气低热值按 3 7 7 M J m 计。煤价按 4 0 O 0 0 t 计 ， 柴油价格按 4 o 0元 k g 4 0 维普资讯 http:/ 第4期 郑晓菲， 等： 水源热泵在低温地热生活热水系统的应用 第2 6卷 计 ， 天然气价格按 2 2 0 m 计 ， 电价按 0 5 5 ( k W h )

17、 计 。 由表 2可知， 5种回水加热热源 中， 燃煤锅炉经 济性最佳 ， 但从能源可持续发展的角度来看 ， 水源热 泵具有更高的优越性 ， 而且其具有 自动化程度高 、 环 保 、 占地小的特点 ， 随着我 国能源结构 的调整 ， 煤炭 价格 日益提高， 水源热泵将会有更强的市场竞争力。 因此选用水源热泵作为回水加热热源。 水源热泵辅助低温地热生活热水系统 a 系统形式 水源热泵辅助低温地热生活热水系统见图 3 。 抽 户 簿 内部 图 3水源热泵辅助低 温地热生活热水系统 F i g 3 Do me s t i c h o t wa t e r s y s t e m w i t h l

18、o w- t e mp e r a t u r e 8 e o t h e n n a l e n e r g y a s s i s u i b y w a t e r 8 o u r c h e a t p u m p 地热井 出水进入储水罐 ， 通过生活热水给水泵 供给用户 ， 生活热水 回水 回到储水罐 中。当地热水 与生活热水 回水的混水 温度高于设计 温度 时， 水源 热泵不启动。当混水温度低于设计温度时， 水源热 泵启动 ， 储水罐 中低 于设计温度的低温热水被分成 两路 ： 一路作为水源热泵的热源 ， 经换热器换热后排 放。另一路作为被加热对象， 经水源热泵加热升温 后返回储水

19、罐 。通过设置水源热泵 ， 提取部分低温 热水中的热量 ， 加热另一部分低温热水 ， 从而提高储 水罐中的混水温度 ， 降低 了地热水排放温度。 b 系统特点 水源热泵辅助低温地热生活热水系统以地热供 热水为主， 水源热泵加热为辅 ， 较常规生活热水系统 的加热量小 。储水罐中的低温地热水既是水源热泵 的热源， 又是被加热对象。利用水源热泵 ， 可降低系 统排水温度 ， 有效 回收了低品位热能。 2 工程 实例 天津市某住宅小区 ， 建筑面积为 2 01 0 i n ， 生 活热水用户 2 4 0 0户 ， 每户生活热水用量约0 0 6 t ( 户 d ) 。地热井 1口， 井深 为 1 1

20、0 0 i n ， 出水温 为 5 O( 此值为大流量下测试结果 ， 实际运行 中出水 温度约 4 6 o c) ， 体积流量为 9 8 i n h ， 地热水水质较 好 ， 可直接作为生活热水 ， 无须 除砂 、 除铁。小区原 生活热水系统为常用低 温地热 生活热水系统 ， 供暖 期 ( 1 3 7 d ) 利用供热锅炉加热 生活热水 ， 系统无 排 水。夏季系统排水质量流量 约 4 0 0 t d ， 春 、 秋两季 系统排水质量流量约 7 0 0 t d 。系统排水温度约 4 o ， 高于地热水排放标准( 3 5 ) 。 由于地热井 出水温度较低 ， 为保证 生活热水的 供水温度及设计质

21、量流量( 3 0 t h ) ， 加大了地热井 抽水量。但实际上生活热水的质量流量为 6 t h ， 剩 余的地热水在生活热水管网中循环散热， 温度低于 4 O时排放 ， 原生活热水系统经济性很差 。 将原生活热水系统改造成水源热泵辅助低温地 热生活热水系统， 新建水源热泵设备 间， 面积为 4 0 i n 。配置 3台水源热泵 ， 单 台制热量为 4 O 8 k W， 输 入功率 为 1 0 2 k W。换热器 的换热面积为4 i n 。配 置 2台 ( 1用 1备 ) 热 泵 给水泵 ， 单 台功 率为 1 5 k W。配置 2台( 1 用 1 备) 水源循环泵 ， 单台功率为 1 5 k

22、 W。储水罐 中的混水温度保证 了非供暖期生 活热水要求 的温度 ， 降低了地热水系统流量 ， 热水系 统的能耗大大降低。改造后的生活热水 系统控制地 热水排放温度为( 1 51 )， 非供暖期 系统排水质 量流量约 3 0 t d， 生活热水系统运行稳定 ， 基本达到 预期效果 。改造前后系统的经济性比较见表 3 。 表3 改造前后系统经济性比较 T a b 3 E c o n o mi c c o mp a r i s o n b e f o r e a n d a f t e r r e n o v a t i o n 年生活 年排水 年地热 年燃煤 年电 年运行 生活 热 热水用 量

23、水费 费 费 费用 水 系统 量 ( t ( t ( 兀 ( 兀 ( 兀 ( 兀 a 一 ) a一 ) a一 ) a ) a ) a ) 改造前 5 2 5 6 0 l l 4 0 o O 2 1 6 5 1 8 0 2 0 1 9 4 3 6 4 系统 l 0 l 0 l 0 l 0 改造后 5 2 5 6 0 6 8 4 0 7 7 2 1 8 0 7 5 l l 7 0 3 系统 l 0 l 0 l 0 l 0 注： 地热水价格按 1 3 t 计。 系统改造的工程造价 为 3 7 7 31 0 元。若按 生活热水售 价 4 5 t 计 算 ， 年 收入 2 3 6 51 0 a 。改造前

24、年亏损 1 9 9 91 0 a ， 改造后年赢 利 6 6 2 1 0 a 。若不计算人工 费及折 旧费 ， 6 a 即可回收投入 的资金。 4l 维普资讯 http:/ 第4 期 煤 气 与 热 力 第2 6卷 3 结 论 实践证 明， 水源热泵辅助低温地热生活热 水系统运行可靠 ， 可 以有效降低 系统排水温度及排 水量 ， 节能 、 节水效果显著 。 水源热泵技术与生活热水系统结合 ， 不但 扩大了地热利用 的空间及 温度界 限， 还拓展 了水源 热泵技术的应用领域 。 我国是低温地热资源的大 国， 但温度在 4 O 以下的地热水资源及地热水供暖后 温度在 4 O 左右的地热尾水往往难

25、以利用 ， 利用水源热泵辅助 低温地热生活热水系统可回收这些低品位热能。 参考文献： 1 蔡义汉地热直接利用 M 天津 ： 天津大学出版社， 20 o4 2 张静玉天津地热水直接供暖系统的试验研究 J 煤气与热力， 1 9 8 7 ， 7 ( 1 ) ： 5 25 6 3 张静玉天津地热能与综合利用 J 煤气与热力， l 9 9 4 ， l 4 ( 2 ) ： 4 5 4 7 4 陈耀宗， 蒋文源， 胡鹤钧 ， 等建筑给水排水设计手册 M 北京 ： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 4 作者简介： 郑晓菲( 1 9 7 8一 ) ， 女， 天津人， 工程 师， 硕士生， 从事供热工程的设计工作

26、。 电话 ： ( 0 2 2 ) 2 4 6 8 0 1 5 8 E ma i l ： i mz x f t o m C O IT I 收稿 日期 ： 2 0 0 5 0 8 2 9 工程信 息 石家庄市南郊热电厂( 一期 ) 项 目简介 工程规模 ： 石 家庄市南郊热电厂规模为 4台3 0 X 1 0 k W 的供热机组， 一期工程将 建设 2台3 0 X 1 0 k W 供 热机组 。 关键设备 ： 燃煤发电机组、 锅炉、 除尘设备 、 汽轮机、 水处理设备、 仪 器仪表、 脱硫设备、 泵。 项 目总造 价 ： 2 0 X 1 0 元 。 建设单位 ： 河北华电石家庄热 电有限公司。 设计单位 ： 河北省电力勘测设计 院。 建设期 ： 2 0 0 6年 5月2 0 0 8年 1 2月。 ( 本刊通讯员钟波供稿) 4 2 维普资讯 http:/