一、項(xiàng)目基本情況

項(xiàng)目名稱：通渭縣姜家灘小學(xué)中深層無干擾地?zé)崮芄┡?/a>項(xiàng)目

建設(shè)規(guī)模：項(xiàng)目建設(shè)無干擾地巖熱換熱（井）孔 2 口，地巖熱換熱孔有效深度約1250m；安裝換熱器 2 套，地巖熱機(jī)組 1臺(tái)等。項(xiàng)目總供熱面積 14697 ㎡，熱負(fù)荷 840.19kW，供熱建筑包括小學(xué)綜合樓、教學(xué)樓、食堂、廁所、大門、教研樓，以及附屬幼兒園綜合樓、活動(dòng)樓。

建設(shè)投資：項(xiàng)目屬定西市通渭縣2017 年全面改薄項(xiàng)目?？?a href="http://www.mhdn.com.cn/t/投資.html" >投資金額為 444.10萬元，其中申請專項(xiàng)資金 95 萬元，其余 349.1萬元由當(dāng)?shù)?a href="http://www.mhdn.com.cn/t/財(cái)政.html" >財(cái)政支付。當(dāng)?shù)啬?a href="http://www.mhdn.com.cn/t/供暖.html" >供暖期為 5 個(gè)月，前期建設(shè)和后期運(yùn)行成本約 0.9 元/㎡·月。

運(yùn)行時(shí)間：項(xiàng)目于2019 年 11 月建設(shè)完工并投入使用。截至 2024 年 1 月，已運(yùn)行 4個(gè)供暖季，正在運(yùn)行第 5 個(gè)供暖季。

所在地概況：通渭縣位于甘肅省中部，定西市東側(cè)，介于東經(jīng)104°57～105°38'、北緯 34°55'～35°29'之間。境內(nèi)有豐富的地?zé)豳Y源。項(xiàng)目地通渭縣平襄鎮(zhèn)于嚴(yán)寒 C區(qū)，年均氣溫 5.7～7.7℃。姜家灘小學(xué)地處縣城郊區(qū)，周邊沒有市政集中供熱管網(wǎng)。為實(shí)現(xiàn)冬季正常供暖，經(jīng)對比研究，本工程項(xiàng)目利用中深層地巖熱技術(shù)供暖。

二、技術(shù)路線及工藝流程

1.負(fù)荷情況

本項(xiàng)目主要包括通渭縣姜家灘小學(xué)綜合樓、教學(xué)樓、食堂、廁所、大門、教研樓，以及第六幼兒園的教學(xué)樓和教研樓，總供熱面積約1.4 萬㎡，總供熱負(fù)荷 840.19kW。

從建筑氣候分區(qū)上通渭縣屬于嚴(yán)寒 C 區(qū)（1C），年均氣溫 5.7～7.7℃，建筑物內(nèi)設(shè)置供暖設(shè)施，供暖末端為散熱器，各房間室內(nèi)溫度滿足國家規(guī)范要求。校園工程的供暖要求與學(xué)校的作息時(shí)間密切相關(guān)，負(fù)荷變化較大，人員密集、集中，行動(dòng)統(tǒng)一，具有明確的間歇性使用特點(diǎn)。本項(xiàng)目僅在正常學(xué)習(xí)時(shí)間供暖，即一周5 天供暖周末雙休日不供暖、節(jié)假日不供暖，且學(xué)生放學(xué)后晚上不供暖，在非供暖期間，系統(tǒng)達(dá)到防凍要求即可。

2.技術(shù)路線

1）技術(shù)思路

中深層無干擾地?zé)崮芄┡?/a>技術(shù)利用地層中普遍存在的地溫梯度，向地下一定深處巖層鉆孔，在鉆孔中安裝封閉循環(huán)的換熱裝置，通過專用設(shè)備系統(tǒng)向建筑物供熱。技術(shù)思路是將軟化水注入換熱裝置，通過換熱裝置將地下深處的熱能導(dǎo)出，再通過地上專用設(shè)備系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定向建筑物供暖，與冷卻水塔等冷源端結(jié)合后，還可實(shí)現(xiàn)夏季空調(diào)制冷，運(yùn)行示意圖如圖1、圖 2 所示。

1）技術(shù)特點(diǎn)

中深層無干擾地巖熱供暖技術(shù)最主要的特點(diǎn)是“井下封閉換熱，取熱不取水，對自然環(huán)境無干擾”，是《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》加強(qiáng)研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)不受場地、氣候條件制約，不占用土地，對地下水、土壤等地質(zhì)環(huán)境無影響，具有綠色低碳、安全可靠、無需市政管網(wǎng)接入、可分布式建設(shè)、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。此外，中深層地巖熱克服了淺層土壤源熱泵熱總量小、熱補(bǔ)償不易平衡，長期使用易出現(xiàn)“熱衰減”，造成效率下降、后期運(yùn)行費(fèi)用逐漸增加的問題。徹底避免水熱型技術(shù)取用地下水、100%同層回灌困難、地下水資源受到嚴(yán)格保護(hù)的問題。

2）技術(shù)適用性

（1）空間范圍：中深層無干擾地巖熱供暖技術(shù)利用的是“巖熱型”地?zé)崮?/a>，它存在于由地溫梯度（地層溫度隨著深度的增加而升高，地殼平均地溫梯度為 +3℃/100m）自然形成的高溫巖土體中。由于地溫梯度是普遍存在的，因此巖熱型地?zé)豳Y源也是普遍存在的，只是地溫梯度高低的問題，無需特定的地質(zhì)勘探，其應(yīng)用的空間范圍普遍適用。

（2）時(shí)間范圍：中深層地?zé)崮?/a>主要來自地球內(nèi)部的熔融巖漿，由地核經(jīng)地幔對流傳導(dǎo)至地表，以及地殼上部放射性生熱元素的衰變，它們都屬于普遍存在于深部巖石圈中的地球內(nèi)熱能，相對于人類目前技術(shù)能力可開采利用的熱能量級(jí)，地球內(nèi)熱的總量非常豐富。

主要研究結(jié)論為：中深層地溫恢復(fù)期為90 天，因此中深層地巖熱供暖系統(tǒng)的地?zé)峋?/a>溫度在非供暖季能夠完全恢復(fù)，不會(huì)出現(xiàn)熱衰減現(xiàn)象。

數(shù)值模擬結(jié)果見圖 3、圖 4 所示。

3. 系統(tǒng)配置

1）系統(tǒng)構(gòu)成和配置

本項(xiàng)目針對姜家灘小學(xué)這一特定供熱末端，利用新型可再生能源——中深層無干擾地?zé)崮?/a>供暖技術(shù)，在通渭縣姜家灘小學(xué)中實(shí)現(xiàn)清潔無煤化、高效、低成本供暖。該系統(tǒng)主要構(gòu)成包括室外地巖熱換熱系統(tǒng)和供熱站機(jī)房，地下換熱器采用特種鋼材制造，耐腐蝕、耐高溫、耐高壓，壽命與建筑壽命相當(dāng)（不小于50 年），主機(jī)設(shè)備壽命不小于 20 年。換熱器孔徑?。?00mm），深度在 1000m 以下，對建筑地基無影響，全系統(tǒng)低溫低壓運(yùn)行，無化學(xué)反應(yīng)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、無安全隱患，且系統(tǒng)供熱不受氣候環(huán)境、燃?xì)鉄崃Φ韧赓?a href="http://www.mhdn.com.cn/t/能源.html" >能源的限制，可完全實(shí)現(xiàn)自主化供熱，能效比COP 值可達(dá)到 5.0 以上，運(yùn)行成本較低。

室外地巖熱換熱系統(tǒng)配置見表 1，供熱站機(jī)房主要設(shè)備配置見表 2。地巖熱機(jī)組在冬季提供55/45℃的供暖熱水，機(jī)房面積約 60 ㎡，機(jī)房凈高≮4.0m。

1）智能控制系統(tǒng)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建設(shè)根據(jù)學(xué)校供熱需求特征，設(shè)計(jì)了地?zé)?/a>直供和機(jī)組供熱雙模式系統(tǒng)，日常采用機(jī)組供熱，供暖季初/末期及寒假期間采用直供模式，從而大大降低了供暖運(yùn)行費(fèi)用。教學(xué)期間的室內(nèi)溫度保持在 18～20℃。

系統(tǒng)運(yùn)行原理圖見圖 5，項(xiàng)目建設(shè)地實(shí)景圖見圖6。

為提高系統(tǒng)能效，降低運(yùn)行費(fèi)用，系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化控制。智能控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場設(shè)備與采集終端直接通訊，采用GPRS 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳輸。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸終端設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)在線，通信采用定時(shí)自報(bào)、事件加報(bào)和預(yù)測兼容的工作體制。其主要采集現(xiàn)場的溫度、壓力、流量和熱量等過程檢測信號(hào)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)分散數(shù)據(jù)的集中采集。測控終端按指定時(shí)間間隔定期上報(bào)監(jiān)測數(shù)據(jù)，現(xiàn)場發(fā)生異常狀態(tài)，終端主動(dòng)上報(bào)告警信息，保障系統(tǒng)的時(shí)效性。軟件定時(shí)下發(fā)采集命令，采集現(xiàn)場所有測點(diǎn)信息，采集時(shí)鐘基準(zhǔn)統(tǒng)一為計(jì)算機(jī)時(shí)鐘，保證數(shù)據(jù)同時(shí)性。用戶在需要時(shí)，通過軟件下發(fā)命令，采集指定測點(diǎn)當(dāng)前數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)圖如下圖7 所示：

4. 運(yùn)行情況

該項(xiàng)目正在運(yùn)行第5 個(gè)供暖季，自投運(yùn)以來，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，調(diào)節(jié)靈活。截至 2023年 4 月 22日，系統(tǒng)前 4 個(gè)供暖季累計(jì)消耗電能 503,969kWh，電費(fèi)單價(jià)約 0.5 元/kWh，電費(fèi)約 25.2 萬元，平均運(yùn)行成本 0.9 元/㎡·月，遠(yuǎn)低于市政供暖5.0 元/㎡·月。每個(gè)供暖季前15 天和結(jié)束后 20 天，每日早晨采用直供系統(tǒng)供熱約 3h。投運(yùn)時(shí)熱源側(cè)、用戶側(cè)系統(tǒng)共注水 170t，正常運(yùn)行后，每個(gè)供暖季補(bǔ)水約10t。能源消耗量及綜合能源折標(biāo)量見表 3，總綜合能耗當(dāng)量值61.95tce，等價(jià)值 151.25tce。

三、經(jīng)營模式

本項(xiàng)目是定西市通渭縣2017年“全面改薄”項(xiàng)目，既是一項(xiàng)扶貧工程，也是兜底工程。項(xiàng)目總投資金額為444.10萬元，其中申請專項(xiàng)資金95萬元，其余349.1萬元由當(dāng)?shù)?a href="http://www.mhdn.com.cn/t/財(cái)政.html" >財(cái)政支付。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建設(shè)根據(jù)當(dāng)?shù)氐?a href="http://www.mhdn.com.cn/t/地?zé)?html" >地?zé)?/a>資源與學(xué)校供熱需求特征，設(shè)計(jì)了地?zé)?/a>直供和機(jī)組供熱雙模式系統(tǒng)，日常采用機(jī)組供熱，供暖季初/末期及寒假期間采用直供模式，從而大大降低了供暖運(yùn)行費(fèi)用。教學(xué)期間的室內(nèi)溫度保持在 18～20℃，供暖成本僅為約0.9 元/㎡·月，遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)厥姓┡召M(fèi)標(biāo)準(zhǔn)公共建筑 5.0 元/（㎡·月）；極大地節(jié)約了校方的資金，�