深层地热和浅层地热的综合开发利用实例
孟照前
(北京市地质矿产勘查开发总公司)
摘要:地热能作为一种清洁、可再生、无污染的能源，在我国日益受到青睐。本文将通过实例讲述深层地热和浅层地热的综合开发利用，以最大程度发挥各自优势，以更好节约能源、节省系统运行费用。
关键词：深层地热，浅层地热，综合开发利用，梯级利用
作为一种环保、清洁、可循环利用的资源，地热受到了社会的青睐。，深层地热资源和浅层地热资源以往过去这两种资源往往常被单独利用，近年才开始探索对这两种资源实行综合利用，本文将通过实例介绍如何实现这两种资源的综合利用，以达到更好的节能效果、更加节省系统运行费用的目的。
一、工程概述
1、建筑面积
某工程原有建筑面积为1.0万㎡，新建建筑面积为1.8万㎡，总建筑面积为2.8万㎡。
2、室外地下水井情况
工程现有4000m深地热井2眼，150m深水源井4眼（1抽3灌）。地热井出水温度为60℃，出水量为80m³/h。水源井出水量为80 m³/h。
3、建筑物负荷情况
建筑物总冷负荷:4500kw，建筑物总热负荷: 3800kw；
游泳池负荷(水温维持负荷): 375kw；生活热水负荷：109kw。
二、系统概述
1、深层地热资源—地热井
（1）我们通常所讲的地热能其实是指深层地热能，它主要赋存于中、新生代沉积盆地中的地下热水中，其载体是水，属于一种综合性矿产资源。目前地热井深度一般在1000m—4000m之间。
（2）深层地热资源可以用于供暖、医疗保健、洗浴、农业、水产养殖等领域，且越来越受到欢迎。
（3）近年来地热资源受到世界各国的重视，地热不仅清洁，而且能反复利用，属于可再生资源。
（4）深层地下水有其自身的循环系统，一部分热水被抽上来之后，会从远方不断地得到补给，从这个意义上说，地热资源是取之不尽、用之不竭的。
（5）在利用好地热水的同时，必须进行回灌，用过的热水经处理后，重新注回到含水层中，可提高再生的性能，这样才可使含水层不枯竭。
（6）地热应进行“梯级”利用，这样可使地热资源“物尽其用”。
2、利用浅层地热资源——地源热泵
（1）可以用的浅层地热能主要是地表以下200m范围内岩土体和地下水中的低位热能，其核心技术是地源热泵技术。
（2）地源热泵是一种利用浅层地热资源（也称地能，热源包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调设备，是一种可再生能源利用技术。
（3）地源热泵通过输入少量的高品位能源（电能），实现低温热能向高温热能的转换。即冬季，把岩土体中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到岩土体中去。通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。
（4）地源热泵机组运行时，无污染物排放，不需要锅炉，不需要冷却塔，也不需要堆放燃料废物的场地，环保效益显著。
3、系统设计
（1）系统配置目的
根据工程现状，拟综合开发利用深层地热与浅层地热进行供暖和制冷。以最优的设计方案，达到最佳的能源使用效率且使系统的运行费用降低。
（2）系统配置
根据本工程冷热负荷，需要配置PSRHH5704－D型带部分热回收功能的水源热泵机组2台，机组参数如表2-1所示：
（3）夏季系统运行方案
A.水源热泵机组制冷量：2322.5×2＝4645kw﹥4500kw可满足建筑物制冷需求。水源热泵机组热回收量为338.6×2＝677.2kw，泳池和生活热水总负荷375＋109＝484kw，677.2kw﹥484kw即夏季利用水源热泵机组制冷时回收的冷凝热用于泳池加热和生活热水加热。
B.夏季制冷时水源井计算：水源热泵冷却水(井水)进出水温按15/30℃，单口水源井可吸收排热量为80×（30－15）×1.163＝1396kw，夏季制冷系统总排热量为（2322.5+366.0）×2=5377kw。故需要抽水井5377/1396=4眼，为了保证100%回灌，根据此工程区域水文地质情况，采用1:2的抽灌井比例，故需要回灌井为8眼，本工程需要配置4眼抽水井，8眼回灌井才能满足系统要求。因本工程原有4眼水源井，故还需要钻凿8眼水源井。
（4）冬季系统运行方案
A.水源热泵机组制热量：2454.9×2＝4909.85kw，冬季总的热负荷为3800+375+109=4284kw，4909.85﹥4284kw即冬季水源热泵机组可满足供热需求。但此工程原有地热井2眼，为了更好地利用地热资源，使系统更加经济，所以优先选择地热井供热，采用合理的方案保证系统效果。
B.地热井出水量为80m³/h，出水温度60℃。首先利用地热水加热生活热水，地热水通过第一级板式换热器由原温度60℃降至58.5℃，此过程换热量为：80×（60－58.5）×1.163＝139.56kw﹥109kw可满足生活热水负荷需求。
C.58.5℃的地热水经第二级板式换热器换热后供采暖，温度降至45℃（采暖供回水温度为45/40℃），此过程换热量为：80×（58.5－45）×1.163＝1256.04kw﹤3800kw，建筑物采暖负荷仍需3800－1256.04＝2543.96kw，此部分负荷需要通过水源热泵机组补充供热满足要求。
D.45℃的地热水继续经第三级板式换热器换热加热泳池热水，温度降至40℃，此过程换热量为：80×（45－40）×1.163＝465.2kw﹥375kw，可满足泳池负荷需求。
E.40℃的地热尾水经第四级板式换热器换热后温度降至12℃，此过程是通过利用水源热泵机组提取地热尾水的低位热能达到供暖所需温度45℃，此过程换热量为：80×（40－12）×1.163＝2605.12kw﹥2543.96kw，故可满足剩余建筑物采暖需求。
F.由上面可见，冬季采暖时采用水源热泵机组综合利用地热水，使地热水利用率大大提高，供热量大大增加，最终地热尾水12℃回灌。冬季只需开启1台机组即可满足补充供暖热量的要求，这将大大节省系统的运行费用。
G.每年冬季运行时节省运行费用：节省1台水源热泵机组运行，运行输入功率509.0kw；节省2台水源井潜水泵运行，每台运行输入功率37kw；运行1台地热井地热潜水泵，运行输入功率75kw。节省运行输入功率509.0+37×2-75=508kw。冬季可节省费用为395712元。冬季运行节省费用如表2-2所示：
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