浅谈地热供热的开发应用

摘要：本文着重讨论了地热供热的开发应用，分析了各类工程应用系统的特点，探讨了地热水排放引起的热污染和地面沉降问题并提出了相应的解决方案。

关键词：地热 节能 供热系统 热污染 地面沉降

1. 引言

近年来，随着城镇人民生活水品的不断提高、居住条件的不断改善，人们对城镇集中供热的需求也正在快速增长，相应地，由此引发的建筑物能耗也在不断增长，在能源日趋紧张的今天，建筑节能显然具有举足轻重的意义，而开发应用地热新能源则具有较强的现实意义和较好的社会效益。

我国国土幅员辽阔、地热资源丰富，由南至北许多地区都有95℃以下的低温地热资源。如何充分开发利用这一宝贵的自然资源，为解决城镇居民的供暖问题开辟了一个新的途径，有效缓解建筑能耗的迅速增加。本文就这一问题结合工程实践做一探讨。

2. 利用地热水供建筑物冬季采暖

我国大部分的地热井出水温度都在60℃—95℃之间，完全能够满足低温水采暖系统，能广泛用于居民住宅、办公楼、工厂及公共建筑物中。采暖系统以供水方式的不同可分为如下两个系统。

2.2.1直供系统

这种系统的工艺流程为：地热水由深井泵抽出，经热量表计量、除砂器除砂，直接进入采暖系统，由采暖循环泵送至各用户的散热气和风机盘管，系统末端的水直接排掉或予以回灌。

由于大多数地热水都具有腐蚀性，所以这种系统存在着较多的弊端：首先是会对系统管路及设备产生很大的腐蚀作用，以而降低整个采暖系统的使用年限;其次，此系统不宜安装温控阀、热能表，所以不能采用变流量循环系统，采暖系统的节能将难以实现;再次是系统的调峰问题不易解决，因为具有腐蚀性的地热水直接进入锅炉将造成严重的腐蚀;还有，在地热井一旦出现问题需要更换热源的情况下，此系统需对地热站房和供暖系统进行大量的改造，很不经济;最后，由于加了防腐剂的地热供暖尾水对人体健康不利，所以将此水回灌，将对地下水资源造成污染，不利于环境保护。

综上所述，此种系统在实际应用中已呈逐步淘汰之势，但对于临时建筑以及用了耐腐蚀的工程塑料管的地板辐射采暖系统，在有效控制好的热水排放温度的前提下，直供系统还是可以考虑使用的。

2.2.2间供系统

这种供热系统是在直供系统的基础上发展起来的，其工艺流程如图三所示，经过除砂器，热量表的地热水通过热交换器加热采暖系统内的水，而不是直接进入采暖系统，采暖系统内运行的则是经过处理的工业软水。

间供系统克服了直供系统的主要缺点，是目前地热水用于采暖的最为普遍的一种形式。系统设计中主要应考虑换热器的耐腐蚀问题，可选用钛板换热器等耐腐蚀性能较好的设备。同时，此种系统若单独使用，会因为换热后地热水排放温度过高而对环境造成一定的热污染，所以常常利用其尾水供卫生热水等，从而产生了以下的采暖与卫生热水双联供系统。

3. 系统设计中的几个问题

3.1.1调峰锅炉的设置问题

调峰锅炉是为了解决冬季严寒时段、系统负荷达到最大峰值时而专门设置的锅炉。其类型可以根据当地具体情况，选用燃煤、燃气、燃油或电锅炉。由于地热系统的初投资高而运行费用低，所以非常适合供暖的基本负荷;而调峰锅炉相应的初投资要较地热系统低，但运行费用及燃料的消耗较高，所以若只用于系统的尖峰时刻，则累计消耗燃料会大大节约。如果将二者有效的结合起来，既可充分提高地热的利用率，又可大幅增加供暖面积。所以，一般的地热供暖系统中，不论井口出水温度的高低，都应设置调峰锅炉或是调峰加热设备。

调峰锅炉的容量，首先要按用户近期或远期供暖高峰负荷的要求，其次要依照地方条件、环保要求，然后经技术经济比较后确定。通常，对于初投资和能源价格都较低的地方，调峰锅炉的容量可造的大一些;反之，则应选得小一些。调峰锅炉容量的变化范围一般为供暖高峰设计负荷5%—50%。

3.1.2地热资源的充分利用与系统节能问题

根据技术经济分析和多项工程的经验，地热水经济效益接近最高时，其适宜的排放水温，大多都在40℃以下。所以无论系统形式如何，都应充分考虑多级应用，使得地热水的排放水温控制在40℃以内。

系统的节能除在建筑物等外部因素予以充分考虑外，还应对地热水的供给及采暖系统的形式予以重点关注。通常，应在地热水排水管设置排水温度变送器，深井泵设置变频调速器等自控设备，当供暖供热系统热负荷发生变化时，系统可通过控制排水温度和自动调节深井泵的频率，最大限度地节省地热水的用量;其次，系统形式应选择如上所述经济适用的组合形式，采暖系统尚可进一步采用变流量系统。

3.1.3废热污染和综合利用问题

通常，为满足室内采暖要求，在严冬时地热供暖后的排放水温最高、水量最大，若直接排放，势必要对环境造成一定的热污染，同时白白浪费大量的地热能量。所以，在系统整体设计时必须考虑综合利用，例如供卫生用热水、水源式热泵、越冬水产养殖等，必要时甚至可用人工喷泉结合设计冬季景观实现降温排放。而在非供暖季节，可根据用水量大小用井口变频调速控制地热井的出水量，从而不会产生多余水量，也就不会造成热污染。

4. 结束语

地热资源作为一种新的能源而越来越多的为人们认识、应用，在非地热异常区，开发低温地热资源而产生的巨大的社会和经济效益越来越为世人瞩目。然而，盲目开采只会引起资源浪费、地面下陷、污染严重的后果，所以，这就要求我们必须要运用战略眼光看待这一问题，全面考虑、详细规划、精心设计、不断优化、综合开发，为地热资源的充分利用做出有益的探索。

参考文献

[1] 贺平，孙刚;《供热工程》[M].中国建筑工业出版社，1993。

[2] 陈兴华，叶学锋，高宁;使用热泵的地热水供热系统[J];《能源研究与利用》;2003年03期。

[3] 汤惠芬，范季贤;《热能工程设计手册》[M];机械工业出版社，1999。

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