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【摘 要】首先对李堡油田集油站供热现状进行研究，进而分析土壤源热泵系统应用后实现的功能，提出针对土壤源热泵系统的综合设计，对土壤源热泵技术应用后的方案技术优势分析，最后进行综合评价。
【关键字】土壤源热泵技术；直埋管换热器；环保节能
引言
随着常规能源日益短缺，可再生能源的开发与利用日益引人关注。其中地热能是指地球表面浅层土壤通过吸收太阳辐射能或地球内部物质发生衰变放出热量等，从而形成的较低品位的热能资源。浅层土壤在一年内温度基本恒定，通常为18℃左右，因此，可以作为建筑物及油气集输站供热系统的热源。利用地能的主要设备就是地源热泵，在初投资方面，由于钻井费用较高，可能会占到整个系统初投资的20%-50%。
1.李堡油田集油站供热现状研究
李堡油田集油站供热系统主要由262m2太阳能集热器、25m3热水罐1座、6台40千瓦电加热器、智能加热控制系统及配套设施组成。循环水经过热水泵增压后，到达站内各供热点进行热交换，回水通过太阳能集热器吸收热量后进入热水罐。当太阳能提供热量不满足生产时，智能加热控制系统启动电加热器对热水罐内热水进行加温。
该供热系统的应用同传统的热水炉供热系统相比较具有环保、流程简单、方便操作、自动化程度高的优点。
2.土壤源热泵技术应用后实现的功能
站内热负荷为85kW，部分热负荷由太阳能提供，电加热水罐的电加热器作为热泵的备用设备，用于设备检修时使用，预计平均年热负荷为70kW。因此考虑设计负荷100kw。额定供热温度75℃，最大供热温度80℃。
3.设计方案
3.1系统选择采用地源热泵埋管方案
垂直埋管换热器有浅埋和深埋两种，浅埋一般为8～10m。深埋根据地质条件与经济条件一般为30～180m。垂直埋管又有不同的形式，主要有垂直U型管式、垂直套管式、桩基式等。本系统做成双U埋管（双U埋管每米的换热量约为单U的110%-120%），取竖井数为25口，井深为100m，热源来自与地下土壤进行热交换，由热泵系统以地下埋孔提取地下低位蓄热能向生产工艺供热。
3.2土壤换热器形式设计
根据实际工程经验，垂直埋管换热25～55W/m（管长），制热取低值，制冷取高值。
本项目设计取换热能力的中间值，即25W/m（管长），具体计算公式如下：
其中N——竖井总数，个；L——竖井埋管总长，m；H——竖井深度，m，取100m。
分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍，计算得：N=20口，考虑换热面积大一点将减少传热温差并增加安全裕量。
方案设计采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀性好的高密度聚乙烯（HDPE100）管作为埋管材料。
垂直埋管选用管De25x2.3mm的PE管。内流速：双U控制在0.3-1.0m/s，即单管流量为0.582～2m3/h，热源端循环水流量在14.55～50m3/h。
初步选定了40口井的位置，现场有些可能已建有构建物，井的位置与构建物有冲突，根据现场的情况选取其中的25口井现场实施。
4.土壤源热泵技术应用后的方案技术优势分析
4.1省电、节能、制热系数能够达到2.5
李堡地区平均电价按照0.6元考虑。根据李堡集油站电加热器的运行维护情况，每年需要更换2台，综合测算，每年运行费用42万元左右；地热源泵高温机组功率42千瓦，其他配套5kw，按照最大工作负荷、电加热器的运行管里办法，每天运行11小时，全年耗能18.6×104KWh，运行费用11.16万元，综合比较每年可以节约运行费用26.84万元。在保证制热效果方面，地源热泵提取地下恒定能源，辛普森埋管地源热泵机组可以24小时连续运转，压缩机寿命长，不存在高温情况下润滑油结炭问题。
4.2环保节能
地源换热形式高效稳定，无大气、水源、声音污染，适合办公、住宅等环境要求较高场所，避免了风冷系统与空气进行换热噪声大、造成局部环境热效应的缺点。
4.3长效稳定
地下换热形式恒定、全封闭冷却系统，有效延长整体系统使用寿命。主机压缩机等主要零部件在稳定良好状态下运行，其运行负荷仅为风冷形式如VRV等空气源形式空调零部件的50%，有效的延长主机寿命，从而保证了系统稳定性。
5.综合评价
我国的地源热泵应用处于起步阶段，但发展迅速，随着政府及群众的重视，这项技術将有广阔的发展空间，是目前开发低温热能的重要手段。采用热泵该系统后将对李堡油田节能减排工作起到促进作用，投资回收期较短，具有很好的投资价值。
【关键字】土壤源热泵技术；直埋管换热器；环保节能
引言
随着常规能源日益短缺，可再生能源的开发与利用日益引人关注。其中地热能是指地球表面浅层土壤通过吸收太阳辐射能或地球内部物质发生衰变放出热量等，从而形成的较低品位的热能资源。浅层土壤在一年内温度基本恒定，通常为18℃左右，因此，可以作为建筑物及油气集输站供热系统的热源。利用地能的主要设备就是地源热泵，在初投资方面，由于钻井费用较高，可能会占到整个系统初投资的20%-50%。
1.李堡油田集油站供热现状研究
李堡油田集油站供热系统主要由262m2太阳能集热器、25m3热水罐1座、6台40千瓦电加热器、智能加热控制系统及配套设施组成。循环水经过热水泵增压后，到达站内各供热点进行热交换，回水通过太阳能集热器吸收热量后进入热水罐。当太阳能提供热量不满足生产时，智能加热控制系统启动电加热器对热水罐内热水进行加温。
该供热系统的应用同传统的热水炉供热系统相比较具有环保、流程简单、方便操作、自动化程度高的优点。
2.土壤源热泵技术应用后实现的功能
站内热负荷为85kW，部分热负荷由太阳能提供，电加热水罐的电加热器作为热泵的备用设备，用于设备检修时使用，预计平均年热负荷为70kW。因此考虑设计负荷100kw。额定供热温度75℃，最大供热温度80℃。
3.设计方案
3.1系统选择采用地源热泵埋管方案
垂直埋管换热器有浅埋和深埋两种，浅埋一般为8～10m。深埋根据地质条件与经济条件一般为30～180m。垂直埋管又有不同的形式，主要有垂直U型管式、垂直套管式、桩基式等。本系统做成双U埋管（双U埋管每米的换热量约为单U的110%-120%），取竖井数为25口，井深为100m，热源来自与地下土壤进行热交换，由热泵系统以地下埋孔提取地下低位蓄热能向生产工艺供热。
3.2土壤换热器形式设计
根据实际工程经验，垂直埋管换热25～55W/m（管长），制热取低值，制冷取高值。
本项目设计取换热能力的中间值，即25W/m（管长），具体计算公式如下：
其中N——竖井总数，个；L——竖井埋管总长，m；H——竖井深度，m，取100m。
分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍，计算得：N=20口，考虑换热面积大一点将减少传热温差并增加安全裕量。
方案设计采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀性好的高密度聚乙烯（HDPE100）管作为埋管材料。
垂直埋管选用管De25x2.3mm的PE管。内流速：双U控制在0.3-1.0m/s，即单管流量为0.582～2m3/h，热源端循环水流量在14.55～50m3/h。
初步选定了40口井的位置，现场有些可能已建有构建物，井的位置与构建物有冲突，根据现场的情况选取其中的25口井现场实施。
4.土壤源热泵技术应用后的方案技术优势分析
4.1省电、节能、制热系数能够达到2.5
李堡地区平均电价按照0.6元考虑。根据李堡集油站电加热器的运行维护情况，每年需要更换2台，综合测算，每年运行费用42万元左右；地热源泵高温机组功率42千瓦，其他配套5kw，按照最大工作负荷、电加热器的运行管里办法，每天运行11小时，全年耗能18.6×104KWh，运行费用11.16万元，综合比较每年可以节约运行费用26.84万元。在保证制热效果方面，地源热泵提取地下恒定能源，辛普森埋管地源热泵机组可以24小时连续运转，压缩机寿命长，不存在高温情况下润滑油结炭问题。
4.2环保节能
地源换热形式高效稳定，无大气、水源、声音污染，适合办公、住宅等环境要求较高场所，避免了风冷系统与空气进行换热噪声大、造成局部环境热效应的缺点。
4.3长效稳定
地下换热形式恒定、全封闭冷却系统，有效延长整体系统使用寿命。主机压缩机等主要零部件在稳定良好状态下运行，其运行负荷仅为风冷形式如VRV等空气源形式空调零部件的50%，有效的延长主机寿命，从而保证了系统稳定性。
5.综合评价
我国的地源热泵应用处于起步阶段，但发展迅速，随着政府及群众的重视，这项技術将有广阔的发展空间，是目前开发低温热能的重要手段。采用热泵该系统后将对李堡油田节能减排工作起到促进作用，投资回收期较短，具有很好的投资价值。