山西忻州某温泉康养项目温泉水系统设计案例

随着温泉康养旅游的兴起,某温泉康养项目作为新兴的温泉旅游目的地,对于温泉水系统设备配置与效能优化提出了更高要求。根据项目的实际情况,为确保用户的舒适度以及落实最大化的技能设计理念,通过多种技术的比较和对当地地热资源的挖掘,对于温泉水系统设计,采用热驱动溶液除湿热泵空调,一方面可以达到除湿兼带去异味的效果,确保用户舒适度, 同时由于除湿技术不同于冷冻除湿,需要的冷量较少,可以节约电能,实现节能效果;采用地热水驱动再生,不消耗其他能源。地热梯级利用+水源热泵取热供热系统,充分利用现有地热资源,来降低运行费用,实现节能效果。

0引言

项目地位于忻州城区北部的某景区内。景区东西长度约为4.57公里,主要以水域景观为主线,以生态资源为核心。这个景区集绿色观光、温泉康养和亲水休闲于一体,被誉为城市氧吧。该项目所在地拥有丰富的地热资源和浅层埋藏。地下热水温度为60℃,每井出水量为 55立方米/小时。温泉中富含氡气、锶、偏硅酸、硫化氢、氟等20多种矿物质微量元素。据研究显示,温泉对心血管疾病、风湿性疾病、神经类疾病和各类骨关节炎症等具有良好的辅助治疗效果。这也为温泉水系统的设备配置与性能优化奠定良好基础。

1温泉水系统能效分析

1.1地热开发方向

当前,国家鼓励大力开发地热资源,并在十三五规划中提出地热能开发的相关政策,并坚持“取热不取水”的原则,也为这个温泉康养项目温泉水系统的优化建设提供了先决条件。

结合某温泉康养项目的实际情况,本次针对温泉水系统的开发采用梯级利用的方式,并搭配水源热泵系统做出改进,以提高温泉水的利用效率。具体的利用流程如图1所示。

在打造温泉井的基础上,通过溶液除湿机组热驱动除湿、高温用水(泡池)加热、生活热水加热,实现高温用热区域的加热,确保温度达到80~60℃;中低温用热区域则通过戏水泳池区域及低温区补水加热、维温以及地板和空调供暖的方式,确保温度在60℃以下;低温用热区域则通过水热热泵取热和地板、空调供暖的方式,保持温度在40~20℃;最后,回灌井的温度口在20℃以下。

水源热泵系统的组成如图2所示,组成该系统的三大系统分别为能量采集系统、能量提升系统以及能量释放系统。水源热泵系统的工作原理基于地球表面水体(如地下水、地表水等)所蕴藏的太阳能资源。这些水体在一年四季中相对稳定地保持一定的温度,因此可以作为一种可再生能源来使用。水源热泵系统通过利用这些水体的温度,实现能量的采集、提升和释放,从而满足建筑物的供暖和制冷需求。能量采集系统是该系统的核心部分,主要由热泵机组和水源侧换热器组成。

热泵机组通过工质循环,从水源侧换热器中吸收热量或放出热量,从而实现能量的采集。水源侧换热器则负责将热泵机组与水体进行热交换, 使工质得以从水体中吸收或放出热量。能量提升系统则负责将采集到的能量进行提升,以满足建筑物的供暖和制冷需求。该系统主要由空气侧换热器组成,空气侧换热器通过与室内空气进行热交换,将热泵机组中的工质所携带的热量或冷量传递给室内空气,从而实现室内温度的调节。 能量释放系统则是将经过能量提升后的工质进行冷却或加热,以便再次进行能量采集。该系统主要由冷却塔或辅助热源组成,用于将工质恢复到初始状态,为下一次能量采集做好准备。

1.2热量计算

温泉应用于生活热水供应及泡池温度维持。首先, 60℃的高温温泉水经过板式换热器进行热交换,降温至 52℃。换出的热量作为生活热水加热系统的热源,可利用的热量达到500kW。部分经过换热后的尾水用于泡池补水。另一部分尾水则通过换热器进行二次热交换,转化为 8/15℃的低温水,作为水源热泵的水源。利用水源热泵对泡池循环加热系统的热媒进行加热,热媒的供回水温度为 60/50℃,供热量为2440kW。在夏季,水源热泵为空调系统提供冷冻水,供冷量约为2200kW,大致可满足2.2万平方米的制冷需求。

假设,每天将100m3的水升温至45℃,则对应所需的热量为Q计算如下:

由此,假设温泉水系统的流量为55m3/h,初始温度为 60℃,最终温度为12℃。按照上述计算公式,得出温泉可用总热量为3000kW。总热量相关数据见表1。

将60℃的高温温泉水经板式换热器换热后降温至 52℃,换出的热量作为生活热水加热系统的热源,可用热量为500kW。经一级提取热量后的温泉水水温降至52℃, 其中一部分温泉水作为泡池循环补水,补水量为10m3/h, 剩余温泉水经二次板式换热器换出15/8℃的低温水作为水源热泵的水源,通过水源热泵对泡池循环加热系统的热媒进行加热,热媒温度为60/50℃,温泉水水温由51℃降至 12℃时可提取热量为2000kW。选两台61XW-320B1型水源热泵,单台输入功率为244.3kW(电量),制热量为 1220kW,两台总制热量为2440kW,可满足泡池循环加热用热量。

2温泉水系统经济性分析

在某温泉康养项目温泉水系统梯级系统的开发中,设备包括水源热泵、换热器、循环泵等多种设备,且前期的投资费用约为340.5万元。相应的计算依据为:①电价按0.5元/kW·h。②燃气热值按35590kJ/Nm3,燃气锅炉效率按95%计,燃气价格按2.60元/Nm3。③满足用户全年各季节的用热量。④冬季运营时间:12h满负荷运行。综合对比情况如表2所示。

按照每天运行12小时,0.5元/kW·h的运行情况来计算本系统运行费用中的水源热泵电费,发现全年总费用为 74.94万元。能源费用情况如表3所示。

从经济性的角度来看,梯级利用系统在某温泉康养项目中具有显著的优势。通过合理地利用温泉水的热量,结合水源热泵等技术手段,不仅实现了能量的高效采集和利用,还大大降低了系统的运行费用。与传统的多联机+空气源热泵+锅炉方案相比,梯级利用系统不仅减少提取热量/功率 kJ/h kW了设备的总造价,而且在运行过程中能够节约大量的电费。据计算,全年可节约电费高达30万元,这对于项目的长期运营来说,无疑是一笔可观的节约。此外,梯级利用系统还具有良好的环保效益。通过充分利用温泉水的热量, 减少了对传统能源的依赖,从而降低了温室气体排放和环境污染。这符合当前社会对于绿色、低碳、可持续发展的要求,也为某温泉康养项目赢得了良好的社会声誉和市场竞争力。

设备方案经济对比表如表4所示。

循环恒温系统下的耗水量为490m3/d;热回收系统下的耗水量为776m3/d。与热回收系统相比,梯级系统采用回灌技术,实现“取热不取水”的要求,每天可节约280m3温泉水,水费按13.5元/m3计,则可节约水费3780元/d,全年可节约水费约为138万元。总的来看,采用地热梯级利用系统时,每年可节约电费30万元,水费138万元,两项总计共可节约运行费用168万元/年。

综合来看,传统热回收系统下要实现温泉水系统的应用需要配置两个大的水箱,而优化后的梯级利用系统下则不需要配置水箱也能实现。且建设费用与运营费用也有较大的区别,梯级利用系统下的温泉项目开发不仅可以节约电费,也可以节约水费,并实行更加精细化的节水措施,达到节约水资源的目的。

3温泉水系统配置要点

在温泉水系统的配置中,有几个关键要点需要注意。 首先,要确保水源热泵的选择与温泉水的特性相匹配,以达到最佳的加热效果。同时,换热器的设计也需要考虑到温泉水的水质和温度,以确保热量传递的高效性。其次, 循环泵的选择对于保证系统稳定运行至关重要,需要根据温泉水的流量和压力来合理选型。此外,系统的自动化控制也是不可忽视的一环,通过智能化的控制系统可以实现系统的自动调节和监控,提高运行效率和安全性。在实际操作中,还需要注意设备的维护和保养,定期检查和更换易损件,以确保系统的长期稳定运行。同时,对于温泉水的回灌技术也需要特别关注,通过科学的回灌方式可以实现温泉水资源的可持续利用,保护生态环境。最后,在温泉水系统的经济性分析中,需要综合考虑设备的投资成本、运行费用以及节能减排等因素,选择最优的方案。通过合理的配置和运营,可以实现温泉水系统的高效、节能、环保运行,为温泉康养项目提供优质的温泉水资源。

4结论

综上所述,某温泉康养项目的温泉水系统设计方案充分考虑了地热资源的梯级利用和节能减排的理念。通过采用热驱动溶液除湿热泵空调、地热水驱动再生等技术手段实现了对地热资源的最大化利用,提高了系统的运行效率并降低了项目的运行成本。同时该系统还充分考虑了用户的舒适度,为用户提供了高品质的温泉服务。这一设计方案的实施不仅为项目的可持续发展提供了有力保障, 还为社会的环保事业做出了积极贡献。