巖石熱源熱泵系統的設計及實驗分析

摘要：目前中深層地熱資源利用方式以直接抽取地熱水為主,很難做到100%同層回灌,將帶來生態環境問題,因此,中深層地熱利用受到限制。為了更好地利用中深層地熱資源,提出一種中深層地熱利用方案--巖石熱源熱泵技術,即建立密閉的地下換熱器,利用循環水進入地下換熱器吸熱,吸熱后的循環水用作供暖熱源。介紹巖石熱源熱泵的原理,其由地下換熱器、熱泵機組、水泵等設備及控制系統構成。巖石熱源熱泵的運行模式根據熱泵機組是否開啟分為直供模式和熱泵模式。介紹直供模式及熱泵模式的工藝流程、地下換熱器的類型,分析U形、L形及同軸套管式3種地下換熱器的優缺點,指出在1 500~2 500 m深度范圍內,同軸套管式地下換熱器技術更成熟且經濟性更好,更適合巖石熱源熱泵。結合新鄉示范項目,進行技術驗證,介紹示范項目的巖石熱源熱泵的工藝流程設計、設備選型,制定實驗方案、數據采集及處理方案并進行實驗,分析直供模式及熱泵模式熱源側平均制熱性能系數。示范項目實驗結果顯示,任何時段直供模式熱源側平均制熱性能系數均大于9,熱泵模式熱源側平均制熱性能系數為3.1~3.8,熱源側供暖期制熱性能系數(簡稱HSPF)為4.07,比土壤源熱泵HSPF高35.6%,節能效果十分顯著,該技術適合北方地區清潔供暖。增加直供模式運行時間可以提升巖石熱源熱泵HSPF,因此,運行時在滿足用戶供暖需求的情況下應盡可能多地使用直供模式。示范項目也暴露出熱泵機組本身制熱性能系數不高、智能化運行水平低等問題,有待進一步改進。文末附有巖石熱源熱泵的視頻,可掃二維碼觀看。