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地热供暖系统确定总体供暖方案的原则
来源:地大热能 2014-05-23
  在地热间接利用系统中,供热的总体方案受到多种因素的影响和制约,其中包括:供暖基本参数,运行工况,设备选型,经济效益、环境效益、节能等。由于这些因素所特有的关联性,某一因素的变化会造成其他因素乃至整个方案变化。作为一个完整的优化设计,既要考虑系统的热力性能,又要考虑经济性,同时还要考虑长期效益(经济效益和社会效益)及使用寿命等。但是要做到完全综合以上几个要素,在实际工程设计中是很难做到的。所谓优化设计,实际上是一个筛选过程,以不同的目标优化函数可得到不同的优化结果,具体要看应用的场合和背景。因此,优化又是相对的。所以在选择最优供暖方案时,应当深入了解各因素之间的相互关系,不能当某一因素达到理想状态就片面地决定供暖方案,如仅以地热水排放温度最低,或设备投资最少等来确定方案都是不全面的。总体供暖方案的确定原则应当能够全面反映各影响因素之间的相互关系。在确定供暖方案的过程中,还要兼顾方案的技术性和经济性。综上所述,要反映各影响因素间的关系就要求初投资和运行成本相加的总效果最好,所以采用年度费用法作为供暖方案的选择方法是较适宜的。下面就总体供暖方案确定的原则和选择做具体的分析说明。

  影响总体供暖方案菩因素乏间的关系
  下面各影响因素在前面各章都做了比较详细的研究和说明,但为了体现这些因素对其他因素和整体方案的影响,有必要对它们进行简单的概括和总结(朱家玲、张凤山,2000)。

  供暖参数的影响
  供热参数包括:室内计算温度、室外计算温度、供暖期天数、各建筑类型的供暖热指标、供暖面积等。室内计算温度对散热设备的设计选型有影响,室内设计温度越高,散热设备的投资越大,从而影响整个系统的初投资。室外计算温度和供暖期天数对采暖质量,用户的舒适性有影响。各建筑物类型的热指标和供暖面积直接影响用户所需供热量的大小,而用户所需热量的变化促使整个供暖方案随之变化。当采暖面积增加,或建筑物对供热量大小有特殊要求时,用户所需供热量增加,整个系统的初投资、运行成本都会增加。

  运行工况的影响
  地热供热系统运行工况包括:地热水流量、地热水排放温度、地热水井口温度、循环水流量、循环回水温度、终端散热器入口温度等。以上各数值对系统供热量和设备选择均有影响,其中最重要的参数是地热水排放温度,它既与地熟供暖方案的技术性有关,又与供暖方案的经济性有关。地热供暖系统是开口系统,即地热水供暖降温后就被排放或回灌,使得地热水中的热量未被充分利用。因此地热供暖利用率的高低,与地热水排放温度有关,排水温度越低则利用率越高。
  在供暖设计中,要利用的地热水温降越大,排水温度就越低,换热器和散热器的投资越高,与此同时,由于利用温降大,干管输水量减小,管径减小,可能会影响到运行成本的变化。

  设备选择的影响
  需要进行设计与选择的设备包括:换热器、散热器、调峰设备等。设备的合理选择对系统的初投资有很大影响,同时也影响着系统的运行成本。另外,对调峰设备的选择还涉及到地热供暖系统的环境效益。

  经济参数的影响
  供热方案中的经济参数包括:水费、电费、人工费、地热资源费、燃料费、设备折旧费等。这些参数将决定系统运行成本的高低。

  热价对最佳参数的影响
  供暖热价是反映供热收益的一个重要参数。根据经验分析,最佳采暖设计温差和地热利用率均随热价升高而迅速增长。然而,由于受到我国现行采暖付费体制的约束,采暖热价并没有真正反映出供热成本,主要反映在室内采暖投资计入建筑投资项目,而热价仅考虑热源和室外管网的成本和税利等。如,对于中、低温地热供暖系统而言,循环侧的进、出口温度均低于标准设计温差,为了保证供暖质量,应在原设计标准基础上,需要适当增加室内散热器面积。但是由于该项费用已包括在建筑投资项目中,无形中影响到补充投资的积极性。

  采暖期对最佳参数的影响
  改变采暖期的供暖天数,可以说是提高地热利用率的一种手段。从某种角度上说,所谓延长供暖期,就是延长供暖天数。以往,我国的供暖期的制定是考虑到人民生活水平和生活习惯,规定供暖期为室外气温不高于+5℃的历史平均延续天数,天津地区约127天。在采暖期的初、末阶段有一段时间不能保证室内温度处于舒适温度。虽然,由于温室效应造成世界范围内气温变化,但人民对生活质量韵要求也在随着生活水平的提高而增加。假若以人类生理要求为基本要求的话,以日平均气温低于10℃的日期作为采暖期较为合适,目前已调整供暖周期为131天,甚至更长些。其次,考虑到低温地热采暖运行费低,以及天津市对于市区环境保护、提高空气质量标准等一系列长远规划,为人们实现延长采暖期的愿望创造了条件。

  供暖方案的形成和要求
  对于地热井的开发和利用,用户可以提出现有或预计的采暖建筑类型和面积,通过计算机程序自动进行优化选择供暖方案。由于地热井水温和最大开采流量是固定的,因此改变地热水排放温度会影响地热供热量的大小。另外,还会影响到供暖系统的形式,即供暖系统是否需要改变地热开采量以适应采暖设计要求(初定为最大流量逐渐减小)或是否增加调峰设备作为补充热源;其次,还要对供热设备进行相应的设计和优化,因而可能会产生不同的供暖方案。
  确定供暖方案有以下三点要求:
  (1)地热供暖负荷能基本满足用户所需热负荷,在程序设计中设供暖负荷与所需负荷的差值不超过+5%。以此来判断是否需要附加其他热源作为补充热源,或是否需要调节其他参数以保证热量均衡。
  (2)地热供暖方案要满足技术要求。由于地热采暖的特点,用常规设计参数进行地热供暖工程设计可能会限制挖掘地热供热的潜力。因此,在遵循科学方法并以其为依据的基础上,考虑地热供暖本身的特点,最大限度的降低排放水温,提高地热利用率,是地热采暖系统技术性的关键。
  (3)地热供热方案还要满足经济指标的要求。如果以高投入、低效益为要点,尽管从技术上再突出高科技,在当今市场经济发展下,应该不具备成熟的应用条件和时机。因此,对供暖方案进行经济分析时,采用统一的年度费用法,结合我国国情全面分析方案的可行性。

  总体供暖方案的确定
  总体供暖方案的确定可以根据供暖方案的要求来确定。上一节中供暖方案的三个要求不是并行的,而是有先后顺序的。首先应满足采暖设计热负荷,然后是技术上的可行性,最后考虑经济和社会效益。当然,社会效益中应包含环境效益和节能。所以在研究过程中,先找出满足热量和技术要求的各种方案,然后计算出它们的年度费用值,并得到一个年度费用最低的方案,同时与其他方案中存在的年度费用很接近该最低值且更具有环境效益(地热水排放温度较低)、节约能源的方案比较,如果年度费用比值在一定范围内(3%左右),则应确定此方案为最优方案,而不一定采用年度费用最小的方案。
  目前,无论是采用何种能源形式供热,均存在能耗不一的问题。从存在差别这个现象看,说明节能潜力的巨大,另外也说明如果应用新技术来改进和完善供热系统,保证供热质量,以高质量商品供给用户,减少能耗来降低成本和提高经济效益,其节能效果会更为明显。但是,如果不重视设备改造、运行合理化和管理科学化.不仅会造成能源消耗居高不下、地热利用率偏低,以及环境污染的严重后果,而且由于供热质量低,造成热费收缴困难,影响了经济效益。
  通过采用上述原则和方法可以得到经济上合理,技术上先进的供热方案。同时还展现了地热供暖系统中经济性和技术性的紧密联系,如高效的散热设备在初投资上会影响系统的经济性,在利用温降上会影响系统的技术性。因而上述原则和方法在地热利用开发的研究过程中也很有启示作用。

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