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1、工程案例 居住小区地热采暖工程设计方案编制方：天津世纪天源地热环保设计有限公司2012-04 目 录一工程简介 3二方案设计依据 3三方案设计技术原则 3(一) 设计指导思想 3(二)主要技术原则 4四方案设计相关参数 4五系统设计 5(一)地热介绍 5(二)工艺流程 5(三)针对招标文件说明，我司有一下几点意见 10（1）招标文件部分设计要求 10（2）我司针对上述设计要求有以下几点建议 10(四)泵站供热自控系统设计系统优点 11六供热泵站设计 13(一)地热站设备布置图 13(二)地热站管道简单布置图 14（三）地热站布置原则 15（四）泵站主要设备 16（五）设备运行费用分析 17（六
2、）设备介绍 18七外管网管材推荐 20（一）管材选型 20（二）玻璃钢管材特点 21（三）推荐结论 21（四）工艺措施 21（五）玻璃钢保温管道报价 22一工程简介受建设单位委托，我公司为 小区建筑的采暖及生活热水处理提供方案，拟以地热水结合水源热泵为建筑冬季采暖，方案包括地热水处理工艺及设备选型；提供换热站内系统工艺和设备的选型；根据工艺要求，相关工艺配电系统的设计，并能达到全程自动化运行、监控、管理；地热水加热、恒温系统工艺设计；地热水系统设备。小区建筑采暖面积约为15万，住户数为1288，供热负荷60W/，末端均为地板采暖；地热井热源出水量80m3/h，温度70。二方案设计依据 建设方提
3、供的相关数据资料采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）建筑给排水设计规范（50015-2003）城镇供热系统安全运行技术规程（CJJ/T88-2000）低压配电设计规范（GB50054-95）泵站电器设计规范（GB/T50265-97）地下工程防水技术规范（GB501082001）城镇地热供热工程技术规范（GJJ1382010）地热资源地质勘查规范（GB1161589）其它国家有关规定及规范三方案设计技术原则(一) 设计指导思想1. 该工程设计指导思想为安全可靠，经济合理，方便管理，环保节能。2. 在能源利用方面，根据现有可用的能源状况，以地热水资源的综合利用为主，采用梯级利用
4、方式，最大限度的降低地热水的尾水温度。由此，建立一套技术成熟、建筑配套能源利用系统先进、建设成本和运行成本低廉、操作方便、自动化程度高的建筑能源使用系统，是本项目的建设目标。3. 在现有可采地热资源基础上，按照统一规划、合理布局、灌采结合、保护资源的原则，整合老资源，开发新资源。(二) 主要技术原则1、按照建设方提供资料并结合地热开发利用方案要求，进行方案设计，同时便于管理，调节，尽量减少投资和运行费用。2、供热系统设计，实现泵站系统自动控制，采用集中监控显示，同时具备相应的报警功能。3、利用热泵相关技术，实现地热梯级利用。通过多级次地从地热水中提取热能，使热能得到充分利用，降低地热尾水温度，
5、提高资源利用率。4、为节约能源，系统循环水以质调节为主，并配置变频泵，进行一定的量调节。5、为充分利用地热能，将地热直接利用部分的热负荷作为基本负荷，满足建筑物初寒期与末寒期的负荷要求。对严寒期热负荷不足部分，在地热系统中配置调峰热源（采用水源热泵或燃气吸收式热泵），专门在严寒期启动调峰，补充热源不足，达到充分利用地热资源的目的。四方案设计相关参数 建筑采暖面积：15万住户数：1288供热负荷：60W/， 地热井参数：温度70、流量80t/h； 供暖系统供回水设计温度：供，45；回，35； 末端总的热负荷：9000kw； 末端采暖系统不分高低区。五系统设计(一) 地热介绍地热能是指贮存在地球内
6、部的可再生热能，一般集中分布在构造板块边缘一带，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。全球地热能的储量与资源潜量十分巨大，每年从地球内部传到地面的热能相当100PWh，但是地热能的分布相对比较分散，因此开发难度很大。由于地热能是储存在地下的，因此不会受到任何天气状况的影响，并且地热资源同时具有其它可再生能源的所有特点，随时可以采用，不带有害物质，关键在于是否有更先进的技术进行开发。目前地热能在全球很多地区的应用相当广泛，开发技术也在日益完善。地热水多元梯级综合利用模式中包括低温辐射采暖技术、热泵技术、新型板式换热技术和地热水回灌等新技术。根据地热水的水量、温度、供暖负荷、用水负荷和现场具体条
7、件，因地制宜、合理地确定方案，多种采暖方式可以并存，也可以串联或并串联交叉形成梯级采暖。应用自控技术及其他技术手段最大限度地利用热能，尽可能降低尾水温度和减少尾水排放。地热水还可直接被利用于采暖、洗浴、医疗保健和各种形式的工业用热，以及水产养殖、农业种植和灌溉的水热资源，由于它取自地下深层断裂带，富含多种矿物质，所以又是“热矿水”资源，作为“热能”，它可替代造成严重空气污染的燃煤，同时也可替代燃气和燃油。(二) 工艺流程系统总工艺（1）换热器直接换热系统 潜水泵自地热井中抽取70的地热水送入除砂器，地热水经过除砂处理后直接进入气水分离器，在气水分离装置中进行地热水与混在地热水中的天然气等气体的
8、分离，经气水分离后部分68地热水由回灌加压泵加压（另一部分68地热水直接进入生活热水处理系统）分别送入第一级换热系统的板式换热器1、2的一次侧进水口，在换热器中放热降温至37后自板式换热器1、2的一次侧出水口排出，部分地热水进入第二级换热系统水源热泵间接换热系统（另一部分与68地热水混合进入生活热水处理系统）;在水源热泵间接换热系统中，地热水在板式换热器3、4放热降温至12后自换热器2的一次侧出水口排出，同时系统循环水经过循环泵加压后一部分进入换热器直接换热系统（另一部分进入水源热泵间接换热系统），在直接换热系统中系统循环水通过与地热水直接换热，吸热升温达到设计温度48.5后直接供给末端用户，
9、在末端系统中系统循环水放热降温后再次经过循环泵加压继续吸热升温，如此循环。（2）水源热泵间接换热系统在第一级换热系统中的地热水经过换热降温至37后进入水源热泵间接换热系统的板式换热器3、4的一次侧进水口，在换热器中放热降温后直接排放，中间侧循环水在板式换热器3、4中与地热水换热吸热升温，直至达到设计温度15后经过中间侧循环泵加压送入水源热泵机组蒸发器，在蒸发器中放热降温至7之后再次回到板式换热器3、4，继续吸热升温，如此循环。水源热泵机组做功将蒸发器吸收的热量经冷凝器传递给末端系统循环水。末端系统循环水经系统循环泵加压送入水源热泵机组，在水源热泵机组冷凝器中加热升温至43后与第一、二级换热系统
10、循环水混合45后直接供给系统末端，在系统用户末端放热降温以后再次返回水源热泵机组继续吸热升温，如此循环地热盘管供热系统流程示3）生活热水处理系统系统工艺说明：水质处理系统采用泵站提前统一处理，以常规的除砂、除铁为主，过滤地热水中沙砾及铁质为主，减小因铁化合物、其他化合物对系统设备的影响，处理地热水所产生的固体垃圾。 原理流程是在部分地热原水与第一级换热系统换热后的一部分地热水直接进入曝气装置,在曝气装置中进行曝气处理，将地热水中的二价铁离子与空气接触进行充分氧化处理变成不溶于水的三价铁，然后地热水由除铁泵供给除铁装置，经锰砂、石英砂过滤将地热水中不溶于水的三价铁分离出来，实现除铁的效果，同时可
11、以将地热水中其他不溶于水的有害离子和二氧化碳气、硫化氢分离出来，经过除铁的地热水供给热水箱，由热水供水泵供给末端用户使用。 该方案充分利用温泉井已征土地，合理使用现有容积率，发挥最大经济效益；减小温泉区固体污染、噪音污染、废水污染；减小钙化合物、铁化合物等其他易结垢、有腐蚀性、酸碱性化合物对管网系统的损害；减小结垢，减小后期维护、维修费用和频率。生活热水处理系统流程示意（4）井水参数根据甲方提供的数据，地热井井水温度70、井水流量80t/h，末端建筑面积为15万平米，单平米负荷为60w，总热负荷为9000kw。同时考虑1288户的生活热水供应，现有的生活热水水源无法满足末端供暖需求和末端用户的
12、生活热水需求，若想要同时满足末端供暖需求和末端用户的生活热水需求，还需一口井水温度70、井水流量63t/h的地热井。(三) 针对招标文件说明，我司有一下几点意见（1）招标文件部分设计要求 小区地热采暖工程设计方案招标文件设计要求有：1、曝气过程中地热水温下降不应超过0.6；除铁系统在运行中地热水温度损失不应超过0.6。2、提供备用水源热泵一台。3、地热井潜水泵采用变频控制，可根据采暖供水温度变频调速。4、换热站（248m）。5、水泵变频器选用国际知名品牌。6、外管网方案设计采用同程循环回水方式或能保证水温平衡的更优化的循环回水方案。（2）我司针对上述设计要求有以下几点建议1、根据我公司多年的施
13、工经验和检测数据，我公司在地热水处理工艺中，曝气过程中地热水温下降不超过1-2；除铁系统在运行中地热水温度损失不超过1。2、在采暖系统中，采用两台热泵同时运行，在初冬、末冬可以根据末端负荷选择开启其中一台热泵机组，在采暖高峰期采用两台热泵同时开启（时间短），这样不但可以减少投资费用，而且减少了后期的运营费用，故没有必要提供一台备用水源热泵。3、在我公司设计工艺中，地热井潜水泵根据地热井水出口压力来实现潜水泵的变频控制。4、根据为实现设计要求而配置的设备的尺寸，泵站尺寸大小为28m*12m，泵站高度不低于4.5m。5、在我公司的设计工艺和产品的配置中，水泵变频器选用国际知名品牌，水泵选用国产凯泉
14、。6、外管网方案设计采用同程循环回水方式，同时在末端用户的入户口安装平衡阀以便能保证水温平衡的更优化的循环回水方案。(四) 泵站供热自控系统设计系统优点该项目控制工艺的要点：1、热泵机组性价比高，能效比高；系统简单明确，故障率低，运行操作及维护方便；与地热等余热资源结合度高，消耗能源清洁可再生，环境效益较高。2、热泵机组可以根据使用要求，上多机头压缩机，以节省能源。3、中间循环泵与热泵设计为联动启停，达到自动化控制效果。4、地热井潜水泵设计为变频控制，可根据采暖供水温度及室外温度变频调速，且进行高、低压保护，防止电流过载，对设备起到保护作用。5、在地热井开采、回灌管道上可根据需要安装电磁流量计
15、，精确监控地热水开采量及回灌量。6、在系统需精确分配水量处地管道上课安装电动调节阀，根据使用要求精确调控管道过水流量。7、在热泵蒸发器进口可安装温度传感器，根据温度变化自动电动调节阀过水流量，防止热泵由于蒸发器进口温度过高而造成的报警停机，简化人员操作的复杂程度。8、在供热循环系统回水总管安装压力传感器，以变频恒压控制定压补水泵启停，保障循环系统压力稳定。9、供热机房系统可以采用计算机控制，对运行参数进行自动监控，节水节电，运行安全可靠。10、本系统技术成熟，运行操作简单，应用工程较为广泛，节能效果明显，社会经济性良好。(五) 系统总控制工艺流程图(一) 地热站设备布置图（见下图） 根据本项目
16、泵站内的设备配置和实际使用需要，要求本项目泵站和控制室的合计建筑使用面积336左右，宽度12米，长度28米，泵站内净高度不小于4.5米（详细尺寸见附图）。且具备上下水条件(二) 地热站管道简单布置图XXXX居住小区地热采暖工程设计泵站管道简单布置泵站管道部分说明：泵站室内均采用直缝焊管，敷设方式为架空，管道外除锈后刷两道防锈漆。除自来水管道外，排水管道外，其它地上管道及设备采用橡塑保温材料外做彩钢板保护壳；地下管道采用聚氨酯发泡外做黑夹克保温。保温层厚度：DN150及以下管道采用30mm；DN150以上管道及设备采用40mm。架空管道的支架参考动力管道通用图册制作和安装。 管道试压和冲洗：管道
17、试验压力为0.9MPa,10分钟管道压力降不超过0.05MPa,焊口不渗不漏为合格，合格后将管道冲洗干净。 阀门：阀门规格DN50mm选用手动式蝶阀，DN50mm选用球阀，规格同管道，压力等级为1.0MPa。 管道温度计：温度计选用双金属温度计，表圆外径为100mm，测温范围0-100，分度值为2。安装时温度计末端圆心置于管道中心位置，斜装时夹角为301) 管道压力表：压力表选用弹簧压力表，未注明的量程范围为0-1.0MPa,压力表下均须设置阀门。2) 管道、附件、设备等制作安装和验收按照厂家技术要求和热力管网施工安装、验收规范、动力设备安装验收规范进行。（三） 地热站布置原则1. 地热站内各
18、设备之间应有运行操作及设备维修所必需的场地；2. 地热站的高度应满足设备安装、起吊、检修、搬运所需要的空间；3. 地热站内所有阀门应保证便于操作和装卸，各设备间留有检修通道；4. 电气设备要有足够的安装距离。5. 泵房及井房主要设备如下：1) 泵房：除砂器、板式换热器、采暖循环泵、定压补水泵、中间循环泵、热泵机组、除污器、分集水器、软化水装置、补水箱。2) 控制室：设有电源柜、控制柜、变频柜、计算机。3) 地热井处：井口装置、潜水泵、控制柜。泵站主要设备设备名称数量备注潜水泵2天泰宏凯除砂器2世纪天源换热器4北京正驰系统循环泵3凯泉热泵机组2克莱门特回灌加压泵3凯泉补水泵2凯泉软化水装置1世纪
19、天源补水箱1世纪天源气水分离器1曝气装置1世纪天源除铁泵2凯泉除铁装置1世纪天源反冲泵1凯泉热水箱1世纪天源热水供水泵2凯泉PLC西门子变频器15丹佛斯电器件德力西（四） 设备运行费用分析设备名称数量用电功率潜水泵1145kw潜水泵1137kw系统循环泵3（开二备一）75*2中间泵3（开二备一）18.5*2热泵机组2465.2*2回灌加压泵3（开二备一）15*2补水泵2（开一备一）5.5除铁泵2（开一备一）3反冲泵15.5热水供水泵2（开一备一）15合计1258.4 1、初冬、末冬期（90天）在初冬、末冬期间，只需换热器换热采暖即可满足末端负荷要求，不用开启水源热泵机组和中间泵，期间供热工况用
20、电功率系数取0.85，系统用电功率为：291*0.85*24*90=534276 kwh 。2、寒冬期（30天）在寒冬期间，需启用换热器换热和水源热泵机组换热采暖可满足末端负荷要求，期间供热工况用电功率系数取0.85，水源热泵机组和中间泵电功率系数取0.6，系统用电功率为：（291*0.85+967.4*0.6）*24*30=596008kwh 。3，综上所述，该系统装机功率约为1258.4kw，全年耗电量估算约为534276+596008=1130284 Kwh。根据国家最新规定，高青市（县）电价可按0.8元/kwh定，运行费用为： 904227元（120日）。系统维修费和员工工资费用合计约
21、为：200000元/年。全年总运行费用为： 924227元/年。（五） 设备介绍A. 井口装置：能有效地防止井管伸缩造成的泵座破坏及漏水事故，并可防止地面下沉而引起的事故发生；有效地阻止大量氧气混入地热水而造成严重的系统腐蚀。另外，井口装置设有仪表线缆、测水位等接口。B. 除砂器：打成地热井后，由于地质及施工方面的因素，使井水中含砂量超过国家规定的工业用水含砂量标准。这样不仅会影供热设备正常使用，而且无法用于洗浴。采用旋流式除砂器，它具有以下特点：占地面积小；除砂率高；排砂简单方便；投资少；设备完整性好。C. 换热器：在地热直接利用系统中，腐蚀和结垢是非常重要的两个问题。腐蚀可能造成设备和管道
22、的破坏；结垢可能引起换热设备的热效率降低，系统阻力增加，能耗加大，甚至造成管道堵塞。为减少工程投资，采用间接供热方式，这样地热水进入系统只通过换热器传递热量，因此换热器选用耐腐蚀、传热系数高、占地面积小的钛板换热器。D. 除污器：除污器安装在采暖循环水泵的入口处，滤掉水中的沉淀物，防止破坏堵塞设备。除污器可以现场制作加工，也可由专门工厂生产。E. 软化水装置：其作用是除去循环水中Ca2+、Mg2+及碱度，有效的防止结垢。一般采用钠离子交换方法。原水通过交换剂层时，组成水中硬度成分的钙、镁离子，与交换剂的可换离子钠离子发生交换，钙、镁离子则被交换剂所吸附，钠离子进入水中取代钙、镁离子，从而使水消
23、除硬度成分得到软水。F. 补水箱：主要用于定压补水量的调节和贮存。经软化水装置软化的水进入补水箱后，由定压补水泵在供暖系统回水管路进行补水。G. 水源热泵：水源热泵机组的效率可以通过机组制冷量或制热量与其消耗的能源的比值来确定，COP越大，机组的效率越高。一般来说，热泵的COP值在4到5之间。表示冬季每输入1kW.h的电能，机组就可以产生4至5kW.h的热量。而传统的需要燃烧的热源，燃烧1kW.h的能量，最多仅能产生0.9kW.h的热量。1.1 技术先进，高效节能新能源工程采用地层储能循环利用技术，有效利用了地下热能，实现了可持续发展能源的互补和先进技术的优化组合。水源热泵机组冬季可利用的水体
24、温度为822，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。1.2 运行稳定，安全可靠热泵机组运行更可靠，保证了系统的稳定性和高效性，同时也自然地消除了空气源热泵的冬季除霜等难点问题。水源热泵机组结构紧凑，部件较少，自动控制程度高，运行可靠，工况稳定，运行维护十分简便，使用寿命高达15年以上。水源热泵机组无燃烧过程，从根本上消除了燃烧、爆炸的隐患。1.3. 可持续利用资源工程项目方案中，对地下热能的利用可采用采灌对井，实行采灌平衡，只利用水体的能量，不消耗水量，实现冬季供热，达到高效、节能的效果，最大限度地节约地下水资源和保护环境。七、外管网管材推荐（一） 管材选型地热水
25、输送管材需具备的条件A. 最低的热传导系数地热水的平均温度在4080，所以地热水的温度无论夏天或冬天均高于当地的大气温度（035）。基本热力学表明热能是从高温向低温转移。无疑，优质的环保地热水输送管材需具备较低的热传导系数，系数越小越好，可以有效防止地热水温的下降。B. 耐腐蚀性 由于地热水温（4080）高于常温（3037）的特点，使地热水中含有的矿物质，以及腐蚀性极强化学无机物质的腐蚀速率加剧。因此必须选择非金属管材。C. 耐高温 由于地热水温明显高于常温，输送地热水的管材要求不易热变形，长久使用。D. 管件接头牢固，方便施工所有流体输送管线易出现问题是管件接头部位的漏水、破损。地热水输送管
26、线的施工环境恶劣，所以必须满足便于施工的要求，接头方式灵活多样且牢固可靠，确保地热水输送管道整体的安全性与可靠性，降低维护维修的管理费用。E. 内壁光滑地热水中含有许多矿物质与无机化学物质，管内壁的光滑度不足，水中的矿物质会增加许多阻力，降低水的流速与流量，进而在管道内壁形成沉淀，阻碍水流通畅。F. 质轻，易搬运地热水输送管道系统基本处于室外，所以管材的质地轻、易搬运，是地热水输送管材的重要选择依据之一。（二） 玻璃钢管材特点玻璃钢管材比强度指标高；热传导系数低，保温性能好；内表面平滑，水力特性好；热膨胀系数低，不易热变形；防腐性能好，适用于地热水的输送。（三） 推荐结论以上对地热水输送管道的
27、性能参数给予了全面介绍，推荐使用玻璃钢复合保温管道。实际适于防腐的非金属管材还有PPR、CUPC、ABS等，但根据以往施工经验和工程案例，室外管网范围较大、地表条件复杂的项目，均采用的是玻璃钢管道。另一个主要原因，玻璃钢管道施工中遇特殊场合，其非标性连接的工艺技术成熟。不像其他非金属管道连接管件都是标准型，很难应对管线的非标转弯、不同曲率的频繁变化。而玻璃钢管道通过角度、曲率的调整定型，手工糊制的工艺，高强度树脂及网布的缠绕，可以解决许多复杂类型路径的情况。玻璃钢管是热变形系数小，受热伸缩量可忽略不计，故在常规情况下不必选用补偿式膨胀节，保持长期使用安全性的同时，亦降低了投资费用。玻璃钢管道总
28、规格齐全，通径尺寸由DN25mm至DN1000mm。（四） 工艺措施一、 玻璃钢外管网直埋需要注意的问题1. 埋设深度应能够保证重量在10吨以下的汽车安全通过，敷设在冰冻线下（不同地区，根据相应情况做具体处理）。2. 管沟开挖尺寸应保证平行管道，管与管之间，与管沟壁间留有200-300mm间距，以便现场安装及接口处理。3. 直埋管在穿过公路时，需在管沟上铺盖钢筋混凝土板或做保护套管。4. 为保证管道安装质量，雨雪天气不宜进行施工。二、 沿线建设及环境保护 规划设计管道路径开挖及架空，遵从本地政府主管部门要求和城管理条例。 管道的运输、储集、施工作业要有预案，符合城市环保要求，严禁造成污染。 施
29、工用水、电采取自备为主，外协为辅。管道布局走向尽量合理顺畅，外露部分要求整洁美观，与周边自然景观协调一致。 管道接口、变径、阀门、交叉分支口等处糊制要美观、牢固，达到技术工艺指标。 管网路由选择确定中，与所经地点环境条件相配合，尽可能利用荒地、荒坡或附于旧管道沿线，以减少对植被的破坏。（五） 玻璃钢保温管道报价规格（mm）DN400DN350DN300DN250DN200地热专用玻璃钢保温管道报价961元/米857元/米686元/米532元/米422元/米注：以上管道的耐压等级为1.0MPa，包含运输费、税金，不包括施工费，施工费可以参照预算定额。 天津世纪天源地热环保工程有限公司 2012年4月
