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摘要：以大庆林甸某工程梯级利用温泉水供暖为例，详细介绍了该换热站房如何高效利用温泉水作为集中供暖热源的工作原理，并简述了该热泵机房内部等各方面设计情况。通过对该系统的设计及运行反馈，指出系统设计和运行中应该关注的环节和注意事项，希望对同类系统的设计提供参考与帮助。
关键词：换热器；水源热泵机组；温泉水；集中供热；深层地热水
1 工程概况
本项目位于大庆市林甸县四合镇，设计供暖能力30万㎡，分两年建成，其中2013年建成供暖能力约11万㎡（其中龙泉新城小区约5万㎡、凤凰城小区约6万㎡），2014年建成供暖能力约19万㎡（龙泉新城8万㎡、凤凰城约2万㎡，预留9万㎡）。
新建建筑采用节能墙体、低温地板辐射方式供暖。既有建筑采用散热器方式供暖，计划进行节能墙体改造。为了响应政府节能降耗，减少污染的有关政策规定，本方案采用地热资源与水源热泵相结合的方式为本项目提供采暖及生活热水热源。热泵热源取自当地丰富的深地热田。
2 系统设计
2.1 系统梯级取热方案
系统不同于普通水源热泵项目之处：温泉水的热量不是全部由水源热泵机组提取，而是利用温泉水温度高于供暖供水温度的特点，梯级提取蕴含在温泉水中的热量，充分利用地热水的热能的同时减少地热水用量。
一级取热：井水进入板式换热器，一次侧水温53/37℃，二次侧水温45/35℃。因用户侧水温45/35℃，及总提水量255m3/h，决定了板换一次取热负荷为4700KW。
二级取热：由一级取热板式换热器出水进入二级取热的板换，二级取热板式换热器一次侧水温37/27℃，二次侧水温34/20℃或34/24℃ 制热量为3500kw。
三级取热：由二级取热板式换热器出水进入三级取热的板换，三级取热板式换热器一次侧水温27/17℃，二次侧水温24/10℃或24/14℃ 制热量为3500kw。
系统图如图1 所示。
2.2 温泉水系统取水方案
该项目采用本地丰富的地热温泉水作为机组热源。温泉水取水系统包括取水管头部、管道、水处理装置、泵房及水泵等。水源井由专业公司提供勘察、设计及施工，并满足当地相关部门审批要求。
本设计对地下水流量及温度技术要求：三期供暖需总循环水量340m3/h，供水温度53°C，本次设计为一、二期，地下水用量为255m3/h，供水温度53°C。采用四口深井提水井，单井提水量为85m3/h，四口回水井，单井回水量为85 m3/h。回灌与抽水在同一水层。采用安装变频器的潜水泵，根据负荷的变化控制水泵流量和开启台数。
2.3 热力站房设计
机房设置于单独建筑内。 热泵机组、水处理设备、板式换热器、循环水泵以及分集水器等均安置在机房内部。
采暖循环水系统采用末端分阶段变流量一次泵系统，热泵机组定流量运行。设全自动排污过滤器。采暖循环水系统最大工作压力0.7Mpa，补水系统采用变频补水泵与膨胀罐的补水定压方式。补水经软化处理。
2.4外网管道系统
1）热水供热管网采用异程闭式双管制，供水温度48°C，回水温度38°C.
2）本供热管网接小区自建换热站，静压值为0.10MPa.供热管网的定压及补水 均设在水源热泵机房内。
3）热网采用有补偿无固定点直埋敷设方式埋敷.管顶距冻土层以下20CM. 上覆土不小于1.50M。
4）热网管道≤200采用无缝钢管，>200采用螺纹焊缝钢管，弯头选用压制弯头，弯头的壁厚不应小于管道壁厚。
5）管道除与设备，阀门为法兰连接外，其余均为焊接。
6）入户井及检查井均采用砖砌井室.内壁采用1：2.5水泥砂浆抹面.入户井中 心线距建筑物外墙均为2.0M。
2.5 自动控制
实现热泵机房的自控管理，提高机房管理水平，减少管理成本。现场设专用自控机房。
同时，自控系统通过移动互联网由运营公司进行远程监控。
自控系统实现以下节能运行控制要求：
1）热泵、水泵启停、定时、联锁控制；
2）室外气温补偿控制；
3）末端供热温度控制；
4）水源水一次泵循环流量控制；
5）水源井流量、水位控制；
6）热泵系统能耗监测；
7）远传监控；
3 系统实际运行效果分析及注意事项
3.1出水温差对系统运行的影响
相同制热量下对热泵机组两种运行工况分析如下：
采用10 ℃溫差时，cop为8.642，电机功率为405kw；
采用14 ℃温差时，cop为7.936，电机功率为441kw 。
在相同负荷下，不同温差水，循环泵流量及功率工况如下：
当 10 ℃时，流量为280m3/h，功率为30kw。
当 14 ℃时，流量为200m3/h，功率为18.5kw
选用小温差在电机功率上，能节省用电量24.5kw。
由上可见，对系统正常的运行工况保证是实现系统节能与经济性优势的前提。
3.2 温泉水回灌的重要性
本系统和所有水源热泵系统一样，必须保证地热尾水的同层回灌。回灌是实现地热资源开发与保护的主要措施之一，地热回灌对改善和恢复热储产能、维持和恢复热储的流体压力，保证地热田的持续开采具有重要的作用。
3.3 温泉水处理方式及换热器的选择
地热水作为一种取自地下的天然水体，其水质因各地差异对换热设备的要求和水质的初步处理方式也应因地制宜，综合考虑。本项目地处大庆地区，地下水质天然矿物油成分较大，考虑到换热器长期运行后受油污堵塞严重，前期有针对性油污处理装置。
4总结
本项目作为可再生能源利用途径中的一种方式，安全、可靠、经济，运行、维护方便。在地热资源丰富地区，这种集中供暖方式节能和环保效益非常显著。但任何一种工程技术方式都应考虑其地域局限性，并须后期正确的科学运行管理方式贯彻始终。经济效益明显，改善了大气环境，兼顾地上地下整体的生态环境，才能真正符合今社会可持续发展的要求。
（作者单位：辽宁省建筑设计研究院有限责任公司）
关键词：换热器；水源热泵机组；温泉水；集中供热；深层地热水
1 工程概况
本项目位于大庆市林甸县四合镇，设计供暖能力30万㎡，分两年建成，其中2013年建成供暖能力约11万㎡（其中龙泉新城小区约5万㎡、凤凰城小区约6万㎡），2014年建成供暖能力约19万㎡（龙泉新城8万㎡、凤凰城约2万㎡，预留9万㎡）。
新建建筑采用节能墙体、低温地板辐射方式供暖。既有建筑采用散热器方式供暖，计划进行节能墙体改造。为了响应政府节能降耗，减少污染的有关政策规定，本方案采用地热资源与水源热泵相结合的方式为本项目提供采暖及生活热水热源。热泵热源取自当地丰富的深地热田。
2 系统设计
2.1 系统梯级取热方案
系统不同于普通水源热泵项目之处：温泉水的热量不是全部由水源热泵机组提取，而是利用温泉水温度高于供暖供水温度的特点，梯级提取蕴含在温泉水中的热量，充分利用地热水的热能的同时减少地热水用量。
一级取热：井水进入板式换热器，一次侧水温53/37℃，二次侧水温45/35℃。因用户侧水温45/35℃，及总提水量255m3/h，决定了板换一次取热负荷为4700KW。
二级取热：由一级取热板式换热器出水进入二级取热的板换，二级取热板式换热器一次侧水温37/27℃，二次侧水温34/20℃或34/24℃ 制热量为3500kw。
三级取热：由二级取热板式换热器出水进入三级取热的板换，三级取热板式换热器一次侧水温27/17℃，二次侧水温24/10℃或24/14℃ 制热量为3500kw。
系统图如图1 所示。
2.2 温泉水系统取水方案
该项目采用本地丰富的地热温泉水作为机组热源。温泉水取水系统包括取水管头部、管道、水处理装置、泵房及水泵等。水源井由专业公司提供勘察、设计及施工，并满足当地相关部门审批要求。
本设计对地下水流量及温度技术要求：三期供暖需总循环水量340m3/h，供水温度53°C，本次设计为一、二期，地下水用量为255m3/h，供水温度53°C。采用四口深井提水井，单井提水量为85m3/h，四口回水井，单井回水量为85 m3/h。回灌与抽水在同一水层。采用安装变频器的潜水泵，根据负荷的变化控制水泵流量和开启台数。
2.3 热力站房设计
机房设置于单独建筑内。 热泵机组、水处理设备、板式换热器、循环水泵以及分集水器等均安置在机房内部。
采暖循环水系统采用末端分阶段变流量一次泵系统，热泵机组定流量运行。设全自动排污过滤器。采暖循环水系统最大工作压力0.7Mpa，补水系统采用变频补水泵与膨胀罐的补水定压方式。补水经软化处理。
2.4外网管道系统
1）热水供热管网采用异程闭式双管制，供水温度48°C，回水温度38°C.
2）本供热管网接小区自建换热站，静压值为0.10MPa.供热管网的定压及补水 均设在水源热泵机房内。
3）热网采用有补偿无固定点直埋敷设方式埋敷.管顶距冻土层以下20CM. 上覆土不小于1.50M。
4）热网管道≤200采用无缝钢管，>200采用螺纹焊缝钢管，弯头选用压制弯头，弯头的壁厚不应小于管道壁厚。
5）管道除与设备，阀门为法兰连接外，其余均为焊接。
6）入户井及检查井均采用砖砌井室.内壁采用1：2.5水泥砂浆抹面.入户井中 心线距建筑物外墙均为2.0M。
2.5 自动控制
实现热泵机房的自控管理，提高机房管理水平，减少管理成本。现场设专用自控机房。
同时，自控系统通过移动互联网由运营公司进行远程监控。
自控系统实现以下节能运行控制要求：
1）热泵、水泵启停、定时、联锁控制；
2）室外气温补偿控制；
3）末端供热温度控制；
4）水源水一次泵循环流量控制；
5）水源井流量、水位控制；
6）热泵系统能耗监测；
7）远传监控；
3 系统实际运行效果分析及注意事项
3.1出水温差对系统运行的影响
相同制热量下对热泵机组两种运行工况分析如下：
采用10 ℃溫差时，cop为8.642，电机功率为405kw；
采用14 ℃温差时，cop为7.936，电机功率为441kw 。
在相同负荷下，不同温差水，循环泵流量及功率工况如下：
当 10 ℃时，流量为280m3/h，功率为30kw。
当 14 ℃时，流量为200m3/h，功率为18.5kw
选用小温差在电机功率上，能节省用电量24.5kw。
由上可见，对系统正常的运行工况保证是实现系统节能与经济性优势的前提。
3.2 温泉水回灌的重要性
本系统和所有水源热泵系统一样，必须保证地热尾水的同层回灌。回灌是实现地热资源开发与保护的主要措施之一，地热回灌对改善和恢复热储产能、维持和恢复热储的流体压力，保证地热田的持续开采具有重要的作用。
3.3 温泉水处理方式及换热器的选择
地热水作为一种取自地下的天然水体，其水质因各地差异对换热设备的要求和水质的初步处理方式也应因地制宜，综合考虑。本项目地处大庆地区，地下水质天然矿物油成分较大，考虑到换热器长期运行后受油污堵塞严重，前期有针对性油污处理装置。
4总结
本项目作为可再生能源利用途径中的一种方式，安全、可靠、经济，运行、维护方便。在地热资源丰富地区，这种集中供暖方式节能和环保效益非常显著。但任何一种工程技术方式都应考虑其地域局限性，并须后期正确的科学运行管理方式贯彻始终。经济效益明显，改善了大气环境，兼顾地上地下整体的生态环境，才能真正符合今社会可持续发展的要求。
（作者单位：辽宁省建筑设计研究院有限责任公司）