一、項(xiàng)目基本情況

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

建設(shè)規(guī)模：項(xiàng)目建設(shè)無(wú)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(mén)、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。總投資金額為 444.10萬(wàn)元，其中申請(qǐng)專(zhuān)項(xiàng)資金 95 萬(wàn)元，其余 349.1萬(wàn)元由當(dāng)?shù)?a href="http://www.xihaodz.com/t/財(cái)政.html" >財(cái)政支付。當(dāng)?shù)啬?a href="http://www.xihaodz.com/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(méi)有市政集中供熱管網(wǎng)。為實(shí)現(xiàn)冬季正常供暖，經(jīng)對(duì)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(mén)、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(wàn)㎡，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(mǎn)足國(guó)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?jī)H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(wú)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(guò)專(zhuān)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(guò)換熱裝置將地下深處的熱能導(dǎo)出，再通過(guò)地上專(zhuān)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(wú)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(duì)自然環(huán)境無(wú)干擾”，是《地?zé)崮荛_(kāi)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(chǎng)地、氣候條件制約，不占用土地，對(duì)地下水、土壤等地質(zhì)環(huán)境無(wú)影響，具有綠色低碳、安全可靠、無(wú)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(zhǎng)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(wèn)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(wèn)題。

2）技術(shù)適用性

（1）空間范圍：中深層無(wú)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(wèn)題，無(wú)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(lái)自地球內(nèi)部的熔融巖漿，由地核經(jīng)地幔對(duì)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(duì)于人類(lèi)目前技術(shù)能力可開(kāi)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(jiàn)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(duì)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(wú)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(wú)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(duì)建筑地基無(wú)影響，全系統(tǒng)低溫低壓運(yùn)行，無(wú)化學(xué)反應(yīng)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、無(wú)安全隱患，且系統(tǒng)供熱不受氣候環(huán)境、燃?xì)鉄崃Φ韧赓?gòu)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(jiàn)表 1，供熱站機(jī)房主要設(shè)備配置見(jiàn)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?jī)舾摺?.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(jiàn)圖 5，項(xiàng)目建設(shè)地實(shí)景圖見(jiàn)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(chǎng)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸終端設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)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(cè)兼容的工作體制。其主要采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、流量和熱量等過(guò)程檢測(cè)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(cè)控終端按指定時(shí)間間隔定期上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)所有測(cè)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(hù)在需要時(shí)，通過(guò)軟件下發(fā)命令，采集指定測(cè)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(lái)，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(wàn)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(hù)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(jiàn)表 3，總綜合能耗當(dāng)量值61.95tce，等價(jià)值 151.25tce。

三、經(jīng)營(yíng)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(wàn)元，其中申請(qǐng)專(zhuān)項(xiàng)資金95萬(wàn)元，其余349.1萬(wàn)元由當(dāng)?shù)?a href="http://www.xihaodz.com/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.xihaodz.com/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，獲得了校方好評(píng)。

四、效益分析

1.經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)不同使用功能、不同供暖時(shí)段的建筑，制定不同供熱策略，可有效減少熱能損耗，降低運(yùn)行費(fèi)用。如本項(xiàng)目依據(jù)節(jié)假日、休息天等非正常教學(xué)時(shí)段和正常教學(xué)時(shí)段，分別制定了不同控制策略，設(shè)定地巖熱系統(tǒng)自控控制運(yùn)行。非正常教學(xué)時(shí)段，系統(tǒng)低溫運(yùn)行，教學(xué)時(shí)段系統(tǒng)按照供暖需求，正常運(yùn)行，有效減少了熱能損耗，降低了運(yùn)行費(fèi)用。該項(xiàng)目若采用集中供熱，每年的供暖費(fèi)用約為35 萬(wàn)元，而采用中深層地巖熱供熱系統(tǒng)每年僅需供暖費(fèi) 6.3萬(wàn)元，每年可節(jié)約費(fèi)用支出約 28.7 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益合理。

2.環(huán)保效益

根據(jù)當(dāng)?shù)?a href="http://www.xihaodz.com/t/地?zé)?html" >地?zé)?/a>資源，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)直供系統(tǒng)，可有效發(fā)揮當(dāng)?shù)?a href="http://www.xihaodz.com/t/地?zé)豳Y源優(yōu)勢(shì).html" >地?zé)豳Y源優(yōu)勢(shì)，最大程度降低運(yùn)行費(fèi)用。如本項(xiàng)目學(xué)校在供暖初期和供暖末期采用直供系統(tǒng)供熱在滿(mǎn)足學(xué)校、幼兒園供暖需求的情況下，每天僅耗電約80kWh；與燃煤鍋爐相比，采用中深層地?zé)崮芄┡?/a>技術(shù)，一個(gè)供暖季（五個(gè)月）可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 338t、減少 CO2 排放量約 835t、減少 SO2 排放量約 6.76t、減少氮氧排放物約 2.50t、減少粉塵排放量約3.38t，節(jié)能減排等環(huán)保效益明顯。

五、突出亮點(diǎn)

1. 本項(xiàng)目亮點(diǎn)

本項(xiàng)目采用“井下封閉換熱，取熱不取水，對(duì)自然環(huán)境無(wú)干擾”的“中深層無(wú)干擾地?zé)崮芄┡?/a>技術(shù)”進(jìn)行供暖，具有分時(shí)供熱、自動(dòng)化運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、流量自平衡、節(jié)能高效、綠色低碳、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。結(jié)合小學(xué)特定的應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)充分利用中深層地巖熱的技術(shù)特點(diǎn)，以及管網(wǎng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段不同區(qū)域用能的智能化控制和調(diào)度，按照區(qū)域分布式供熱方案進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足校園內(nèi)所有建筑的供暖需求，為師生提供安全舒適的學(xué)習(xí)工作環(huán)境。

項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）采用中深層地巖熱井直供系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行中優(yōu)先開(kāi)啟中深層地巖熱井直供系統(tǒng)，可在供暖初期和末期熱負(fù)荷較低的階段滿(mǎn)足校園內(nèi)供熱需求，當(dāng)供熱中期和極端天氣熱負(fù)荷較高時(shí)才開(kāi)啟地巖熱主機(jī)，這樣大大降低了主機(jī)工作時(shí)間，從而降低了運(yùn)行費(fèi)用。

（2）輸配水力系統(tǒng)采用大流量、小溫差設(shè)計(jì)，樓內(nèi)不再單設(shè)泵站。這樣可大大降低水力管網(wǎng)的阻力，增強(qiáng)系統(tǒng)水力的穩(wěn)定，節(jié)能效果更加明顯。系統(tǒng)中動(dòng)力泵設(shè)備的減少，可有效降低設(shè)備故障率，進(jìn)一步提高供熱的可靠度。同時(shí)完全避免了由于樓內(nèi)動(dòng)力泵低頻噪音對(duì)室內(nèi)辦公、居住造成影響，舒適度也得到了很大提高。

（3）設(shè)計(jì)了以“互聯(lián)網(wǎng)+”、智慧校園等為基礎(chǔ)，由無(wú)線智能測(cè)量系統(tǒng)、供熱信息管理系統(tǒng)、智能控制調(diào)度系統(tǒng)組成的能源綜合管理平臺(tái)。使系統(tǒng)能夠更加精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、調(diào)度、管理，提高整個(gè)系統(tǒng)對(duì)地?zé)豳Y源的利用率，有效降低供熱耗能，保證了系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2. 中深層無(wú)干擾地?zé)崮芄┡?/a>技術(shù)經(jīng)驗(yàn)做法

經(jīng)過(guò)近十年的技術(shù)儲(chǔ)備和突破，甘肅建材院已申請(qǐng)30 項(xiàng)中深層地?zé)?/a>技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利，編制完成中深層地巖熱供暖技術(shù)全國(guó)首部規(guī)范《中深層地巖熱供熱系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》DB62/T 3144-2018，已在甘肅蘭州、定西、天水、慶陽(yáng)等地建成投入使用和正在建設(shè)的中深層無(wú)干擾地巖熱開(kāi)發(fā)利用供暖（熱水）/制冷面積超過(guò) 100 萬(wàn)㎡，在地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域積累了豐富的科研成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

六、問(wèn)題和建議

1.存在問(wèn)題

該項(xiàng)目的主要不足之處在于，由于中深層無(wú)干擾地?zé)崮?/a>供暖技術(shù)在甘肅省的應(yīng)用尚在起步階段，還需要更進(jìn)一步的研究以推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，從而使其系統(tǒng)更優(yōu)化、能效更高。此外，該技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用還需政府政策與資金的大力支持，以引導(dǎo)深層無(wú)干擾地巖熱供暖技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，助力能源轉(zhuǎn)型發(fā)展。

2.推進(jìn)地熱能開(kāi)發(fā)利用的建議

（1）加大政策支持。建議國(guó)家相關(guān)部委設(shè)立節(jié)能減碳等專(zhuān)項(xiàng)資金，對(duì)中深層無(wú)干擾地巖熱能供暖技術(shù)給予一定額度的獎(jiǎng)補(bǔ)或基礎(chǔ)設(shè)施專(zhuān)項(xiàng)配套資金支持。

（2）樹(shù)立典型示范。建議在地?zé)崂?/a>基礎(chǔ)較好的河西地區(qū)和中央財(cái)政冬季清潔取暖試點(diǎn)城市選取不同的應(yīng)用領(lǐng)域建設(shè)地熱能開(kāi)發(fā)利用示范縣（區(qū)），打造一批生態(tài)低碳型新能源城市典范。鼓勵(lì)政府投資項(xiàng)目、國(guó)有企業(yè)投資項(xiàng)目?jī)?yōu)先使用中深層無(wú)干擾地巖熱供暖技術(shù)。建議相關(guān)部門(mén)在評(píng)定零碳園區(qū)和綠色園區(qū)時(shí)，將清潔能源作為評(píng)定條件之一。

（3）開(kāi)展資源勘查。建議協(xié)調(diào)自然資源部研究完善地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)方法體系，開(kāi)展地?zé)豳Y源勘查，建立完善地?zé)崮苜Y源大數(shù)據(jù)庫(kù)。

（4）強(qiáng)化技術(shù)攻關(guān)。建議設(shè)立地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用科技攻關(guān)專(zhuān)項(xiàng)，加快突破地?zé)崮?/a>多樣開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)和工藝。鼓勵(lì)發(fā)展低能耗建筑技術(shù)、智慧供能控制技術(shù)等，進(jìn)一步降低地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的初始投資。

（5）布局相關(guān)產(chǎn)業(yè)。建議協(xié)調(diào)工信部、住建部等部門(mén)，整合國(guó)內(nèi)外地?zé)嵯嚓P(guān)企業(yè)單位，培育集勘察評(píng)價(jià)、裝備制造、建設(shè)施工、技術(shù)服務(wù)等為一體的地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)鏈條，構(gòu)建完整的地?zé)崮荏w系，努力打造具有一定競(jìng)爭(zhēng)力和比較優(yōu)勢(shì)的新型節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)集群。