浅谈低温地热水供暖技术

浅谈低温地热水供暖技术

赵春磊

山东泰和建设管理有限公司山东烟台264000

摘要：本文探讨了地热供暖系统的几种方式，并对各种供暖方式使用中亟待解决的问题进行分析，加强现有技术资源整合，推动地热资源规模化应用和产业化发展。

关键词：地热供暖；梯级利用；问题；措施。

一、地热供暖系统简介

1、系统的组成

地热供暖就是以一个或多个地热井为热源向建筑供暖。地热供暖系统主要由三个部分组成：

第一部分为地热水的开采系统，包括开采井和回灌井，调整峰站以及井口装置、除砂器等；

第二部分为输送、分配系统，主要包括管路、阀门等；

第三部分包括供热泵站和室内装置，主要有换热器或建筑室内的散热器。

2、系统的分类

地热供暖系统主要有以下三种方式：

（1）单管系统即直接供暖系统，深井热水泵直接将地热水送入末端用户，然后从建筑物排出或者回灌。直接供暖系统投资少，但对水质的要求较高。

（2）双管系统利用井口换热器将地热水与循环管路分开。这种方式就是常见的间接供暖系统，可避免地热水的腐蚀作用。

（3）混合系统采用地热热泵或调峰锅炉将上述两种方式组成为一种混合方式。

3、系统的特点

地热供暖系统与传统供暖有很大的区别，主要有以下特点：

（1）地热井的温度是变化的，五十到九十多度用来供暖的都有，不像常规供暖，热水95℃出，70℃回，因此，地热供暖不能按照以往常规方法，需要另行进行计算。

（2）地热水从深井中抽出经供暖系统后随即排放，不像锅炉系统，供暖回水再返回锅炉。因此，地热水必须充分利用其热能，排水温度必须降低以提高地热利用率，不然耗资甚大的地热井其经济性就不能提高。

（3）由于地热井打井费用高，为了充分利用地热能，应将地热水提供的负荷作为基本负荷，满足初寒期和末寒期的负荷要求，对严寒期热负荷不足的部分，在地热系统中配置调峰热源（如热泵等），专门在严寒期启动调峰，补充负荷的不足。这样，调峰的时间很短，耗能很少，而地热井所带的负荷却可以大大增加，达到充分利用地热能的目的。

（4）地热水一般都有不同程度的腐蚀性，直接进入供暖系统会腐蚀系统的金属管道或散热设备，缩短系统的使用寿命，因此，需要采用配有钛板换热器的间接供暖系统或采用防腐耐热的非金属设施。

（5）地热供暖的时间可以延长，同时可全年提供生活热水。

（6）地热开发周期短，见效快，还可改善大气环境质量。

二、常规地热供暖方式

1、地热直接供暖

地热直接供暖系统是指来自地热井的地热水，经传输分配系统直接送往用户的供暖系统，供暖后的尾水综合利用或回灌。

（1）地热直接供暖系统的供热调节

为了使供暖系统获得符合设计要求的稳定的供暖质量，供热调节是一项非常重要的技术措施。目前常用的调节方式有以下四种：

1）质调节：只需在热源处改变供水温度，运行管理方便，管网热水流量保持不变，水力工况稳定，但消耗电能较多。

2）量调节：只改变热网热水流量，供水温度保持恒定。采用量调节时，随着室外温度的升高，管网的热水流量必将减少，从而容易产生水力失调，导致热力失调。这种方式一般可作为质调节的一种辅助方式。

3）分阶段改变流量的质调节：它是在供暖期中按室外温度分成几个阶段，分别进行分阶段的质调节。在室外温度较低的寒冷阶段，系统中保持较大的流量；而在室外温度较高的供暖初、末期阶段，则保持较小的流量。

4）间歇调节：即改变每天供暖的小时数，可以在室外温度较高的供暖初期和末期，作为一种辅助的供热调节措施。当采用间歇调节时，管网的流量和供水温度均保持不变，供暖系统每天供暖小时数随室外温度的升高而减少。

（2）调节地热水流量的方法

调节地热水量的方法主要有间歇运行法、井口回流法、节流法和井泵调速法四种。

2、地热间接供暖

地热间接供暖是考虑地热水有腐蚀性，因而采用换热器将地热水与供暖循环水隔开，地热水为一次水，采暖循环水为二次水。两路水通过中间换热器换热，地热水把热量传递给循环水后排放或综合利用，循环水通过末端散热器供暖后再返回换热器加热循环使用。

（1）地热水间接供暖与直接供暖的区别

间接供暖与直接利用的区别在于有无中间换热器，其优点是：采暖系统的循环泵，输送管网和用户终端不会因地热水的进入造成腐蚀、结垢，扩大了水质差的地热水利用范围，但由于增加换热器，系统投资增加，地热水经过换热，二次循环水的供暖温度低于地热水的温度，供暖面积相应减少，降低了地热水可利用的热能。

（2）间接供暖换热设备

间接供暖的关键设备是中间换热器，由于它直接与具有腐蚀性的地热水接触，其材质必须是耐腐蚀性的，据国内一些使用不同材质的换热器进行地热水间接供暖的使用效果看，以钛板换热器为最佳。

（3）DHE换热系统

目前，在一些国家（美国、日本等）采用了地热井换热器系统（简称DHE系统），进行间接取热的方法。该系统是将换热器（由同轴管或U型管构成）置于井下，清洁的冷水在管内流动，通过井下换热器将地下的热量取出，供给用户，经用户使用后，再由水泵打入井下换热器进行封闭循环换热。此方法可减少因直接开采利用地热水引起的水位下降和地面沉降，以及废热水排放引起的环境污染等问题，是保护热储的有效方法。

3、地热梯级利用

（1）地热梯级利用简述

地热水资源是具有多种用途的自然资源，既可应用其蕴藏的能源，又可利用其水资源，因此开发地热资源都十分重视实行梯级开发，综合利用。国内地热开发梯级利用方面北京和天津做得比较好。

（2）地热梯级利用的方式

地热梯级利用就是多级次地从地热水中提取热能，多层次地利用地热能。通常情况下，可以将地热能要供暖的总负荷分成高温供暖部分与低温供暖部分，先按照高温供暖设计方法提供一部分供暖负荷，然后按照低温供暖设计方法提供其余的供暖负荷。高温供暖部分一般可以采用管网方式，低温供暖部分可以采用地板辐射采暖和风机盘管。地热梯级利用工艺充分发挥了地板辐射采暖、地热热泵的优势。地板辐射式采暖与热泵技术，可以大大降低地热水的排放温度，从而提高热利用率，即地热水首先通过板式换热器换热，供管网系统采暖，再二次换热供地板辐射采暖系统（完全非金属系统也可直供），地辐射采暖系统下来的地热水再利用热泵技术提热或直接供热，或采用调峰。在这三个温降级次间，根据需要，拓宽洗浴、理疗、矿泉水、种植等项目，以减少这些配套项目所需要的资金投入和土地、能源、淡水资源的消耗，使地热水的多种功能得以发挥。具体实施方法如下：

1）开采出来的地热水，经过换热器，提取热能供管网系统供热，即为第一梯次。

2）第二梯次是将经过一级换热的地热水进行再次换热，提取能量供地板辐射采暖系统供热。

3）由第二梯次系统排出的地热水，进入热泵机组进行温度的提升后供小区采暖，或者热泵机组将温度提升后，将热送回第二梯次热网中，供热负荷并入第二梯次热网中，即为第三梯次。

4）热泵机组排出的地热水由另一眼地热井回灌到地下。至此完成了一个循环过程。由此解决地热资源利用中存在的诸多问题。该技术的目的是使地热供暖从一级利用扩展到多级利用，从而充分发掘地热资源的潜力，减少环境热污染，提高能源利用率。

（3）地热水回灌

在以供热为主要用途的系统，必须采取回灌开发方式，使当时不能完全消化的尾水重新回到热储层，经过地下的热交换，可以再开发出来更多的热能。

地热水回灌是减少热水资源消耗，控制热储层压力下降，提高地热资源利用率，保护环境的重要手段。国内外在地热资源开发中均十分重视这一技术的运用。目前的作法有三：一是对井回灌，即一个热水生产井、一个回灌井组成地热供暖系统，生产井提供地热水供暖、采暖后的回水压入回灌井回收，以减少热水资源的损失。二是同井分层抽灌，即从地热井某一储层中抽取地热水，提供利用后，再将回水回灌到同一地热井中的另一储层中。三是单井回灌，即在地热资源开发区，选择适宜地段和热储层位建立单独的地热回灌井，回收利用后的地热弃水。

结束语

地热供暖需考虑多方面的因素，所有这些都需要以科技为先导，创新为突破，结合每个工程的实际情况，解决系统功能实现的瓶颈问题，依靠科技手段来提高地热资源利用的集约化水平。

参考文献：

[1]蔡义汉.地热直接利用.天津大学出版社.2004年

[2]何满潮主编.中国中低焓地热工程技术.科学出版社.2004年