低温地热能梯级利用供暖系统研究
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摘要
目前，环境污染、能源的匮乏已经是世界各国急待解决的重大问题。北京作为中国的首都，曾是世界上污染最严重的城市之一。随着北京2008年奥运会的申办成功，解决北京的环境问题显得更加迫切。而地热作为一种清洁可持续利用的能源，地热能供暖系统的研究与推广必将为解决北京的环境问题做出巨大的贡献。本论文则针对北京工业大学地热供暖示范工程实例，对地热梯级利用供暖系统的设计、技术性能、经济性能进行分析与研究。
本论文首先介绍了北京工业大学地热供暖示范工程中经管楼地热利用供暖中试系统和综合楼与图书馆地热利用供暖系统的方案设计，为低温地热水的合理利用提供了两种工程模式。并且分析了所使用的主要采暖设备热泵、风机盘管的性能分析。在示范工程系统中进行了大量的试验，对地热梯级利用供热系统的技术性能和经济性能进行综合分析。通过对系统进行改进，地热梯级利用供暖系统的经济性得到进一步提高。最后根据设计经验、设备性能以及相关的影响因素，总结出地热梯级利用供暖系统级数的确定原则。本论文的结论对低温地热水的合理利用以及地热梯级利用供暖系统的设计、推广具有广泛的指导意义。
At present, the environmental pollution and the lack of unsustainable energy have become necessary problems in every country all over the world. Beijing, the capital of China, was one of the most polluted cities. With applying for the Olympic Games in 2008 successfully, the solution of the environmental pollution in Beijing become more urgent. Since Geotherm is a kind of clean and sustainable energy, the Gradient Utilization System of Geotherm will play an important role in the related field. In the thesis, the schemes of system, technical performance and economic performance were researched and analyzed through the Demonstration Project of the Geothermal Space Heating of Beijing University of Technology.
To start with, two kinds of the engineering models were introduced in the thesis through the design in the middle-size Gradient Utilization of Geothermal Energy for Space Heating System (GUGESHS) in the building of the School of Economics and Management, the Geo-heat system for space heating in the Yifu Library and the Multi-function Sci-Tech Block. And the performance of the main heating equipment using in the two systems including heat pump and fan coil were analyzed. Moreover, the technical and economic performances of GUGESHS are analyzed comprehensively in terms of plenty of measurement in them. And the economic performance has been improved by amending these systems. At last, according to the designing, operating practice,
heating equipment performance and related factors, the principle of confirming the number of stages in the GUGESHS were suggested in this thesis. Above all, the conclusion in the thesis plays an important role in the reasonable utilization of the low temperature geothermal water and the design of the GUGESHS.
本论文首先介绍了北京工业大学地热供暖示范工程中经管楼地热利用供暖中试系统和综合楼与图书馆地热利用供暖系统的方案设计，为低温地热水的合理利用提供了两种工程模式。并且分析了所使用的主要采暖设备热泵、风机盘管的性能分析。在示范工程系统中进行了大量的试验，对地热梯级利用供热系统的技术性能和经济性能进行综合分析。通过对系统进行改进，地热梯级利用供暖系统的经济性得到进一步提高。最后根据设计经验、设备性能以及相关的影响因素，总结出地热梯级利用供暖系统级数的确定原则。本论文的结论对低温地热水的合理利用以及地热梯级利用供暖系统的设计、推广具有广泛的指导意义。
At present, the environmental pollution and the lack of unsustainable energy have become necessary problems in every country all over the world. Beijing, the capital of China, was one of the most polluted cities. With applying for the Olympic Games in 2008 successfully, the solution of the environmental pollution in Beijing become more urgent. Since Geotherm is a kind of clean and sustainable energy, the Gradient Utilization System of Geotherm will play an important role in the related field. In the thesis, the schemes of system, technical performance and economic performance were researched and analyzed through the Demonstration Project of the Geothermal Space Heating of Beijing University of Technology.
To start with, two kinds of the engineering models were introduced in the thesis through the design in the middle-size Gradient Utilization of Geothermal Energy for Space Heating System (GUGESHS) in the building of the School of Economics and Management, the Geo-heat system for space heating in the Yifu Library and the Multi-function Sci-Tech Block. And the performance of the main heating equipment using in the two systems including heat pump and fan coil were analyzed. Moreover, the technical and economic performances of GUGESHS are analyzed comprehensively in terms of plenty of measurement in them. And the economic performance has been improved by amending these systems. At last, according to the designing, operating practice,
heating equipment performance and related factors, the principle of confirming the number of stages in the GUGESHS were suggested in this thesis. Above all, the conclusion in the thesis plays an important role in the reasonable utilization of the low temperature geothermal water and the design of the GUGESHS.
引文
1 Ibrahim. B.Kilkis. Muhammed. Eltez. Advances in Geothermal Energy Use, 1996, ASHRAE Journal.
2 John. E.Mock. Jefferson. W. Tester. Geothermal Energy from the Earth "It's potential impact as an environmentally sustainable resource", 1997, Anua Rev Energy Environ.
3 Ingvar. Fridleifsson. Geothermal Direct Use Around the World. 1998. Direct Utilization
4 Kevin. D.Rafferty. Buise Idaho: A century of Geothermal District Heating Progress. 1995.ASHRAE Transaction.
5 姜守霞，米宏敏，浅论我国地热资源的开发利用，松辽学刊(自然科学版)，4，1997
6 祖伟，天津市地热资源利用现状和发展对策，国土与自然资源研究，3，2000
7 杨明杰等，大庆地区地热资源勘探与开发利用的探讨，国土资源科技管理，2，2000
8 刘卫华，热泵的应用现状与发展，流体机械，3，1998
9 李新国，赵军，低温地热应用热泵供热的技术经济性，太阳能学报，4，2000
10 李新国，水源热泵应用低温地热的节能效果评价，天津大学学报，3，1997
11 张静玉等，天津地热区域供热的效果评价，煤气与电力，7，2000
12 Bose, Je and Parker, JD and F.C.Mcquiston. Design/Data manual for closed-loop Ground-coupled heat pump systems. ASHRAE Inc 1985
13 刘宪英等，地源热泵地下垂直埋管换热器的实验研究，重庆建筑大学学报，5，1999
14 马晓科等，地热供暖参数的优化，河北建筑科技学院学报，3，2001
15 张旭，太阳能—土壤源热泵及其相关基础理论，同济大学博士后研究报告，12，1999
16 赵军等，井下换热器开发地热资源，北京节能，4，2000
17 韦福水，郑晓菲，低温供热与热泵联合供热系统热源设计，应用科技，11，2001
18 宋绛雄等，小区地热采暖节能系统的研究与应用，煤气与电力，1，2001
19 陆耀庆主编，实用供热空调设计手册，第一版，中国建筑工业出版社，1993，
20 中国建筑工业出版社编，暖通空调规范，第一版，中国建筑工业出版社，1996。
21 贺绮华，邹月琴编著，体育建筑空调设计，第一版，1991，中国建筑工业出版社，7-94
22 李先瑞，多种能源采暖方式的现状与展望，中国建筑信息供热制冷专刊，2001，第四期，4-7
23 李新国，低焓能源运用热泵供暖的技术经济分析，太阳能学报，1995，第16卷第1期：291-296
24 田长青等，延边地区采用地下水源热泵与地板采暖系统的技术经济分析，全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集，2002，113-116
25 王万达，开发地热供热产业，暖通空调，1999，第2期
26 郎四维等，水源热泵中央空调系统设计应用若干问题探讨，暖通空调，1996，15-19
27 刘芙蓉，热泵系统的节能应用，节能，1992，17-20
28 朱家玲等，地热供暖系统板式换热器的优化设计，太阳能学报，2001，4-7
29 Kevin Rafferty. Scaling in Geothermal Heat Pump Systems, U.S.Department of Energy, 1999
30 John W. Lund, Geothermal use in Europe, Geo-Heat Center, 2001
31 Orhan Mertoglu, Geothermal district heating experience in Turkey, GHC BULLETIN, June, 2001
32 Roberto Carella, Italian geothermal district heating systems, GHC BULLETIN, December, 1999
33 Kevin D. Rafferty, An overview of U.S geothermal district heating systems, Geo-Heat Center, 1990
34 Kevin D.Rafferty, A Materials and equipment review of selevted U.S geothermal district heating systems. Geo-Heat Center, Oregon Institute of Technology, 1990
35 John W. Lund, Geothermal direct-use in the United States in 2000, Geo-Heat Center, 2001
36 Kini Popovski. Direct Utilization Of Geothermal Energy [Z]. USA: Geo-Heat Center Oregon Institute Of Technology, 1999.45-56
37 John W Lund. Geothermal Direct-Use Engineering and Design Guidebook[Z]. USA: Geo-Heat Center Oregon Institute Of Technology, 1998. 43-289
38 ASHRAE, 地热热泵工程技术指南，徐伟等，中国建筑工业出版社，2001
39 陈矣人等，关于地源水环热泵中央空调系统设计的讨论，建筑热能通风空
调2002，3
40 Kevin D.Rafferty, Space heating equipmet, Geo_Heat Center, 2003
41 Kevin Rafferty. Valuation of geothermal wells on real property, U.S.Department of Energy, December, 2001
42 李忠等，某校区采用地下水水源热泵系统进行供暖的经济性研究，全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集，2002，201-205
43 丁良士等，北京工业大学地热供暖示范工程课题组研究报告，2002
44 丁良士等，北京工业大学地热供暖示范工程研究报告“水源热泵特性”，2002．2．28
45 吴业正，制冷原理与设备，第二版，西安交通大学出版社，1997：44-47
46 丁良士等，北京工业大学地热供暖示范工程研究报告“测试仪器与误差分析”，2002．2．28
47 丁良士等，北京工业大学地热供暖示范工程研究报告“地热供暖总效率，地热水利用率”，2002．2．28
48 张立壮，直燃式溴冷机在中央空调设计中的应用，铁道工程学报，1997：129-133
49 丁良士，北京工业大学地热供暖示范工程竣工全系统试运行总结会技术报告，2003．1．22
50 李元哲，风冷热泵采暖在我国北方地区的应用，住宅产业，2001．9
51 于凤菊，尹富庚，丁良士。低温地热能梯级利用的系统方案及峰值负荷处理，全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集，2002：211-214
52 丁良士，张长春，尹富庚，于凤菊，王婧。利用深井地热水的水源热泵系统节能分析，全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集，2002：206-210
53 Ding. L.S, Zhang. C.C, Yin. F.G, Yu.F.J, Wang. J. 2002, Energy Saving of Water source Heat Pump System Using Aquifer Geothermal Hot Water to be Auxiliary
Heat Source. Proceeding of the 7th International Energy Agency Conference on Heat Pumping Technology, Beijing May 2002, Vol 2:1076-1085
2 John. E.Mock. Jefferson. W. Tester. Geothermal Energy from the Earth "It's potential impact as an environmentally sustainable resource", 1997, Anua Rev Energy Environ.
3 Ingvar. Fridleifsson. Geothermal Direct Use Around the World. 1998. Direct Utilization
4 Kevin. D.Rafferty. Buise Idaho: A century of Geothermal District Heating Progress. 1995.ASHRAE Transaction.
5 姜守霞，米宏敏，浅论我国地热资源的开发利用，松辽学刊(自然科学版)，4，1997
6 祖伟，天津市地热资源利用现状和发展对策，国土与自然资源研究，3，2000
7 杨明杰等，大庆地区地热资源勘探与开发利用的探讨，国土资源科技管理，2，2000
8 刘卫华，热泵的应用现状与发展，流体机械，3，1998
9 李新国，赵军，低温地热应用热泵供热的技术经济性，太阳能学报，4，2000
10 李新国，水源热泵应用低温地热的节能效果评价，天津大学学报，3，1997
11 张静玉等，天津地热区域供热的效果评价，煤气与电力，7，2000
12 Bose, Je and Parker, JD and F.C.Mcquiston. Design/Data manual for closed-loop Ground-coupled heat pump systems. ASHRAE Inc 1985
13 刘宪英等，地源热泵地下垂直埋管换热器的实验研究，重庆建筑大学学报，5，1999
14 马晓科等，地热供暖参数的优化，河北建筑科技学院学报，3，2001
15 张旭，太阳能—土壤源热泵及其相关基础理论，同济大学博士后研究报告，12，1999
16 赵军等，井下换热器开发地热资源，北京节能，4，2000
17 韦福水，郑晓菲，低温供热与热泵联合供热系统热源设计，应用科技，11，2001
18 宋绛雄等，小区地热采暖节能系统的研究与应用，煤气与电力，1，2001
19 陆耀庆主编，实用供热空调设计手册，第一版，中国建筑工业出版社，1993，
20 中国建筑工业出版社编，暖通空调规范，第一版，中国建筑工业出版社，1996。
21 贺绮华，邹月琴编著，体育建筑空调设计，第一版，1991，中国建筑工业出版社，7-94
22 李先瑞，多种能源采暖方式的现状与展望，中国建筑信息供热制冷专刊，2001，第四期，4-7
23 李新国，低焓能源运用热泵供暖的技术经济分析，太阳能学报，1995，第16卷第1期：291-296
24 田长青等，延边地区采用地下水源热泵与地板采暖系统的技术经济分析，全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集，2002，113-116
25 王万达，开发地热供热产业，暖通空调，1999，第2期
26 郎四维等，水源热泵中央空调系统设计应用若干问题探讨，暖通空调，1996，15-19
27 刘芙蓉，热泵系统的节能应用，节能，1992，17-20
28 朱家玲等，地热供暖系统板式换热器的优化设计，太阳能学报，2001，4-7
29 Kevin Rafferty. Scaling in Geothermal Heat Pump Systems, U.S.Department of Energy, 1999
30 John W. Lund, Geothermal use in Europe, Geo-Heat Center, 2001
31 Orhan Mertoglu, Geothermal district heating experience in Turkey, GHC BULLETIN, June, 2001
32 Roberto Carella, Italian geothermal district heating systems, GHC BULLETIN, December, 1999
33 Kevin D. Rafferty, An overview of U.S geothermal district heating systems, Geo-Heat Center, 1990
34 Kevin D.Rafferty, A Materials and equipment review of selevted U.S geothermal district heating systems. Geo-Heat Center, Oregon Institute of Technology, 1990
35 John W. Lund, Geothermal direct-use in the United States in 2000, Geo-Heat Center, 2001
36 Kini Popovski. Direct Utilization Of Geothermal Energy [Z]. USA: Geo-Heat Center Oregon Institute Of Technology, 1999.45-56
37 John W Lund. Geothermal Direct-Use Engineering and Design Guidebook[Z]. USA: Geo-Heat Center Oregon Institute Of Technology, 1998. 43-289
38 ASHRAE, 地热热泵工程技术指南，徐伟等，中国建筑工业出版社，2001
39 陈矣人等，关于地源水环热泵中央空调系统设计的讨论，建筑热能通风空
调2002，3
40 Kevin D.Rafferty, Space heating equipmet, Geo_Heat Center, 2003
41 Kevin Rafferty. Valuation of geothermal wells on real property, U.S.Department of Energy, December, 2001
42 李忠等，某校区采用地下水水源热泵系统进行供暖的经济性研究，全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集，2002，201-205
43 丁良士等，北京工业大学地热供暖示范工程课题组研究报告，2002
44 丁良士等，北京工业大学地热供暖示范工程研究报告“水源热泵特性”，2002．2．28
45 吴业正，制冷原理与设备，第二版，西安交通大学出版社，1997：44-47
46 丁良士等，北京工业大学地热供暖示范工程研究报告“测试仪器与误差分析”，2002．2．28
47 丁良士等，北京工业大学地热供暖示范工程研究报告“地热供暖总效率，地热水利用率”，2002．2．28
48 张立壮，直燃式溴冷机在中央空调设计中的应用，铁道工程学报，1997：129-133
49 丁良士，北京工业大学地热供暖示范工程竣工全系统试运行总结会技术报告，2003．1．22
50 李元哲，风冷热泵采暖在我国北方地区的应用，住宅产业，2001．9
51 于凤菊，尹富庚，丁良士。低温地热能梯级利用的系统方案及峰值负荷处理，全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集，2002：211-214
52 丁良士，张长春，尹富庚，于凤菊，王婧。利用深井地热水的水源热泵系统节能分析，全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集，2002：206-210
53 Ding. L.S, Zhang. C.C, Yin. F.G, Yu.F.J, Wang. J. 2002, Energy Saving of Water source Heat Pump System Using Aquifer Geothermal Hot Water to be Auxiliary
Heat Source. Proceeding of the 7th International Energy Agency Conference on Heat Pumping Technology, Beijing May 2002, Vol 2:1076-1085