学生热水节能系统方案.doc

学生公寓地源热泵生活热水及饮用开水系统方案目 录一、项目概况1二、公司简介1三、地源热泵热水系统原理6四、生活热水系统61、系统方案62、系统材料设备及投资预算9五、饮用开水系统131、系统方案132、系统材料设备及投资预算15六、经济性、技术性和环保分析161、经济性分析162、技术性分析183、环保分析20七、系统投资20一、项目概况学校秉承以学生为本的理念，努力提升学生生活品质，为避免出现洗澡排“长龙”队伍、学生宿舍楼旁摆“暖瓶阵”以及学生在宿舍使用热得快等大功率电器烧水等现象，拟将价格实惠的生活热水供应到学生公寓的每个宿舍，同时将健康的饮用开水供应到每栋楼的每一层楼集中接水点。综合经济、节能、环保以及社会效益等因素考虑，校园建设比较适宜安装地源热泵热水系统。学校所在地岩土热物性良好（经地勘报告结果所得结论），3米以下土壤温度全年约18，校园建筑密度低，建筑物周围存在足够的场地用于地埋管施工。学校具备良好的地源热泵热水系统实施条件。二、公司简介瑞格能源成立以来，结合中心的科研项目、试验平台和研发优势，依托湖南大学设计院绿色建筑设计研究所和湖南湖大土木建筑工程检测有限公司建筑节能与环境检测室开展业务，为用户提供节能与新能源和绿色建筑的全方位解决方案。公司主营业务包括：a) 建筑能源计量与监管系统；b) 能源审计、节能改造与合同能源管理；c) 可再生能源技术研究和咨询、产品开发、工程实施与合同能源管理（包括地源热泵及太阳能）；d) 绿色建筑设计与咨询。三、地源热泵热水系统原理地源热泵热水系统是一种利用地表浅层地热资源（也称地能，包括土壤、地下水和江、河、湖、海以及城市污水）等低温位热能的一种高效节能系统。既可用作空调系统，也可单纯的用作热水供应系统。地源热泵可以大地作为热源，蒸发器通过地下埋管换热器不断从土壤低温环境中吸收热量，冷凝器将吸收的热量和消耗的电能传递到待加热睡中，实现制备热水的目的。土壤一定深度下温度较为恒定，不受外界气温变化的影响，一年四季尤其是寒冷的冬季可以为热泵系统提供较高的蒸发温度。根据热力学原理，若降低冷凝温度或提高蒸发温度，都能提高热泵循环效率，因此地源热泵非常节能，能效比可达到36。地源热泵除高效节能外，还具有可再生、绿色环保、一机多用、寿命长等优点。地源热泵热水系统主要包括三部分：地下埋管换热器、热泵机组及末端管网。四、生活热水系统1、系统方案（一）系统划分根据公寓楼的布置情况，因地制宜将每栋公寓楼划分为各自热水系统，每栋楼单独为一个系统，地源热泵生活热水系统图如图1所示。图1 地源热泵热水系统原理图#01栋公寓楼有276间宿舍，住宿学生1656人；#02和#03每栋有236间宿舍，每栋楼住宿学生1416人；#13有229间宿舍，住宿学生1374人。设计热水需求量为每人50升/天，学生使用热水系数为0.6，则#10楼系统热水需求量约为50吨/天，#11和#12楼每个系统热水需求量约为42吨/天，#13楼系统热水需求量约为42吨/天。4栋公寓楼总共热水需求量为176吨。（二）机房地源热泵主机设置系统制热水所需热负荷以最不利工况即冬季自来水温最低值为计算基准，取武汉市冬季自来水温度最低值为5，热水出水温度为50，则#10系统所需热负荷为Q1=50451.163=2617kw，#11、#12和#13每个系统所需热负荷为Q2=42451.163=2198kw.设定每个系统每天运行16小时，则#10系统每小时制热负荷为2198kw 16164kw，#11、#12和#13每个系统每小时制热负荷为2198kw 16137kw。#10系统设计选用两台制热量为82kw的地源热泵机组， #11、#12和#13每个系统设计选用两台制热量为69kw的地源热泵机组，每个系统的机房都设置在公寓楼屋顶。每个系统都采用循环加热的方式制备热水。 (三)室内热水供水管网设计热水供水管网主要用于将热水从机房保温水箱输送至每个宿舍供学生使用，宿舍内热水供水管网如图2所示。图2 室内热水供水管网每栋宿舍的热水供水管网都设计采用上供下回的供回方式，供回水管采用同程连接,保证每个宿舍学生一打开热水阀便有热水。每个宿舍安装一套预付费热水计量系统，学生均需通过自己的校园一卡通按预设的单价购置热水后方可使用，学生用水按流量计费，用多少水收多少费，避免纠纷，（三）地下埋管换热器设计根据公寓楼所在地地质勘探报告，结合同类工程经验数据分析得出该园区PE管双U型换热器换热量可达50w/m。为了保证园区热水系统换热的稳定和安全性，地下换热器换热量取45w/m。#10设计60m深的地能井48口，#11、#12和#13每个系统设计60m深的地能井40口。每个系统的地能井都是围绕着学生公寓楼周围的空地或绿化带进行排布，井与井间隔约4.5m，地能井水平集水管网均采用同程连接，集水管网埋在地表以下约1.8m处以下，工程完成后对地面进行复原。2、系统材料设备及投资预算#01系统初投资约为93.3万元，#02、#03和#04三个系统初投资共计237.7万元,四个系统初投资约为331万元，不含设计费和税金。系统材料设备及投资预算详见表1和表2所示。表1 学生公寓楼热水系统安装工程（#01栋系统报价）序号项目名称型号规格单位数量材料单价 (元)安装设备/材料综合价(元)安装/辅机合价一主要设备1地源热泵机组MSR-J210WLD台27500015000002保温热水箱不锈钢吨5015007500003热水循环泵TQL65/90-1.1/2台21250250004地能泵TQL65/125-3/2台21800360005热水泵TQL50/100-1.1/2台21600320006膨胀水箱1立方台1120012000小计1+2+3+6592355000二机房管道安装系统1闸阀DN40个1252126241442过滤器DN40个1258126961443止回阀DN40个1259127081444软接DN50个894167521285止回阀DN50个48616344647闸阀DN65个23672015414608软接DN65个49820392809止回阀DN65个2130202604010碟阀DN80个1252252522511过滤器DN80个1300253002513三通阀DN40个12832599630014浮球阀DN40个1221025252030015温度计0-100支12151018012016压力表0-1.6MPA个12181021612017排气阀DN20个41211586161518排气阀DN40PRde40m9522.2122109114020PPRde63m2757.6121555.232421PPRde75m11379.6128994.8135622PPRde90m8211512943098423PPRde110m2271751239725272424橡塑保温项1400010004000100025吊装费用项160006000026工字钢18#吨1.55600500840075027角钢50*50*5吨0.65600500336030028安装辅材项140005004000500小计1+2+289824811802三室内管道安装系统1闸阀de20个2461610393624602闸阀de25个4122109024103闸阀de50个41351014354104PPRde20m4925.2102558.449205PPRde25m3107.910244931006PPRde32m15313.2122019.618367PPRde40m15022.212333018008PPRde50m58433.91219797.670089PPRde63m25657.61214745.6307210橡塑保温项1800020008000200011墙壁钻孔个2874011480012防水处理项145004500013安装辅材项1500050000小计1+2+1380153.227016四地埋管系统1钻孔/下管/回填130，深度60m个50510025500002PE10025米120004.25040003PE10032米485.64.6268.8220.84PE10040米348.74.6295.8156.45PE10050米10112.84.61292.8464.66PE10063米12520.54.62562.55757PE10075米2428.54.6684110.48PE11090米14741.74.66129.9676.29管卡个48020.596024010双U头个3212010384032011电熔套筒DN25个12814.51185612812管件项12500500250050013管沟开挖/回填/平整项140004000014沙子吨60804800015其他辅材项120005002000500小计1+2+.+15336589.83891.4五电控系统1控制柜台1500050050005002发卡充值机台11500501500503IC智能计量水流量表台2764002011040055204电源线VV4*6+1*4m40131520405控制线VV4*4m126131.21638151.26线管DN25m1703.70.8629136小计1+2+.+61332876397.2六合 计（一）+（二）+（三）+（四）+（五）88377849106.6七单套系统造价（六）932884.6表2 学生公寓楼热水系统安装工程（#02、#03和#04栋单独一个系统报价）序号项目名称型号规格单位数量材料单价 (元)安装设备/材料综合价(元)安装/辅机合价一主要设备1地源热泵机组MSR-J210WLD台26400012800002保温热水箱不锈钢吨4215006300003热水循环泵TQL65/90-1.1/2台2118002360004地能泵TQL65/125-3/2台21800360005热水泵TQL50/100-1.1/2台21600320006膨胀水箱1立方台1120012000小计1+2+3+6512226000二机房管道安装系统1闸阀DN40个1252126241442过滤器DN40个1258126961443止回阀DN40个1259127081444软接DN50个894167521285止回阀DN50个48616344647闸阀DN65个23672015414608软接DN65个49820392809止回阀DN65个2130202604010碟阀DN80个1252252522511过滤器DN80个1300253002513三通阀DN40个12832599630014浮球阀DN40个1221025252030015温度计0-100支12151018012016压力表0-1.6MPA个12181021612017排气阀DN20个41211586161518排气阀DN40PRde40m9522.2122109114020PPRde63m2757.6121555.232421PPRde75m11379.6128994.8135622PPRde90m8211512943098423PPRde110m2271751239725272424橡塑保温项1400010004000100025吊装费用项160006000026工字钢18#吨1.55600500840075027角钢50*50*5吨0.65600500336030028安装辅材项140005004000500小计1+2+289824811802三室内管道安装系统1闸阀de20个2461610393624602闸阀de25个4122109024103闸阀de50个41351014354104PPRde20m4925.2102558.449205PPRde25m3107.910244931006PPRde32m15313.2122019.618367PPRde40m15022.212333018008PPRde50m58433.91219797.670089PPRde63m25657.61214745.6307210橡塑保温项1700018007000180011墙壁钻孔个2654010600012防水处理项140004000013安装辅材项1450045000小计1+2+1377273.226816四地埋管系统1钻孔/下管/回填130，深度60m个35510017850002PE10025米84004.23528003PE10032米485.64.6268.8220.84PE10040米348.74.6295.8156.45PE10050米10112.84.61292.8464.66PE10063米12520.54.62562.55757PE10075米2428.54.6684110.48PE11090米14741.74.66129.9676.29管卡个48020.596024010双U头个3212010384032011电熔套筒DN25个12814.51185612812管件项12500500250050013管沟开挖/回填/平整项132003200014沙子吨50804000015其他辅材项118004501800450小计1+2+.+15243169.83841.4五电控系统1控制柜台1500050050005002发卡充值机台11500501500503IC智能计量水流量表台234400209360046804电源线VV4*6+1*4m40131520405控制线VV4*4m126131.21638151.26线管DN25m1703.70.8629136小计1+2+.+61028875557.2六合 计（一）+（二）+（三）+（四）+（五）74417848016.6七单套系统造价792194.6八三套系统七x32376583.8五、饮用开水系统1、系统方案（一）系统划分经过清洁处理后的自来水通过地源热泵系统和食品级板式换热器加热至50，然后用电辅助加热至100，地源热泵饮用开水系统图如图2所示。图2 地源热泵饮用开水系统原理图#01、#02、#03和#04四栋学生公寓每栋楼单独设置一个饮用开水系统。用设计饮用开水需求量为每人3升/天，每栋楼开水需求量约为4吨/天， 4栋公寓楼总的开水需求量为16吨。（二）机房地源热泵主机设置系统制开水所需热负荷以冬季自来水温最低值即5为计算基准，热泵主机将自来水先烧至50，则每个系统所需热负荷为Q=4451.163=209kw。设定每个地源热泵开水系统每天运行4小时，则每个系统每小时制热负荷为209kw 834.8kw。每个开水热泵系统设计选用一台制热量为35kw的地源热泵机组，机房都设置在公寓楼屋顶，系统都采用直热式加热的方式制备热水。 (三)饮用开水供水管网设计饮用开水供水管网主要用于将开水从机房保温水箱输送至每栋公寓每一层楼的供水点。每栋宿舍的开水供水管网都设计采用上供下回的供回方式，供回水管采用同程连接,保证每层楼的供水点一打开热水阀便有开水可用。每个开水供应点安装一套预付费热水计量系统，学生均需通过自己的校园一卡通按预设的单价购置热水后方可使用，学生用水按流量计费，用多少水收多少费，避免纠纷。（三）地下埋管换热器设计每个地源热泵开水系统设计60m深的地能井10口，井与井间隔约4.5m，地能井水平集水管网均采用同程连接，集水管网埋在地表以下约1.8m处以下，工程完成后对地面进行复原。2、系统材料设备及投资预算每个地源热泵饮用开水系统初投资约为16万元，不含设计费和税金，每个系统材料设备及投资预算详见表3。表1 学生公寓楼饮用开水系统安装工程序号项目名称型号规格单位数量单价 (元)合价(元)1地源热泵机组MSR-J210WLD台150000500002开水保温水箱不锈钢吨4160064003热水循环泵TQL32/15-1.1/2台2100020004地能泵TQL32/15-3/2台290018005热水泵TQL25/6-1.1/2台270014001钻孔/下管130，深度60m个105100510002PE10025米24004.2100801控制柜台1400040003IC智能计量水流量表台1840072004管材批115000150005管件批1500050006安装费180008000六合 计161880六、经济性、技术性和环保分析将目前比较常用的太阳能、空气源和地源热泵三种热水系统进行经济性、技术性和环保性比较分析。1、经济性分析(一) 计算参数值 表1 计算参数值水的比热1 kcal/升 用水量30（吨/天）平均热水温升30（电热值860 kca/度电热锅炉热效率98%电费0.8元/度（二）各种热水系统运行费用比较 四栋公寓楼总热水需求设计量为176吨，将176吨20的冷水加热至50即温升为30,所需热量为176000升1kcal/升30=5280000kcal ，则各种热水系统运行费用如下： 太阳能+电辅助加热根据武汉市气候条件，采用太阳能+电辅助加热制热水系统，每年至少有5个月需用电辅助制备热水，每天制176吨热水，则系统每年耗电费：日耗电量为：5280000kcal 860kcal/度=6140度/天日耗电费为：6140度0.8元/度 =4912元/天 年耗电费为：4912元/天30天5个月=73.68万元/年。空气源热泵在武汉地区，空气源热泵机组制热水的年平均能效比为2.5，冬季约有60天需电辅加热器进行加热，则正常情况下空气源热泵机组热值为(860kcal/度)热效率(250%) =2150kcal/度 。系统每天制176吨热水，则每年耗电费：日耗电量为：5280000kcal2150kcal/度=2456度/天日耗电费为：2456度0.8元/度=1965元年耗电费为：196530天9个月=53.06万元冬季电辅电费：176（50-30）1000/86060=24.56万元/年则年耗电量合计：77.62万元/年 地源热泵在武汉地区，地源热泵机组制热水全年平均能效比4.0以上，则地源热泵机组热值为(860kcal/度)热效率(400%) =3440kcal/度。系统每天制176吨热水，则每年耗电费：日耗电量为：5280000kcal3440kcal/度=1535度/天日耗电费为：1535度0.8元/度=1228元年耗电费为：122830天9个月=33.16万元各种热水系统运行费用与节省费用比较表2 各种热水系统运行费用比较方 案每年运行费用（万元/年）地源热泵与其他系统运行费用比较太阳能+电辅助73.68方案比方案节约55%； 方案比方案节约57%；空气源热泵77.62地源热泵33.162、技术性分析地源热泵相比空气源热泵以及太阳能热水系统有以下几个方面的优势：（一）运行成本低空气源热泵是以空气为热源，通过换热器与空气进行热交换。由于其室外换热器受环境气温影响，夏季需热水量比较少时室外气温比较高，而冬季需热水量非常大的时候室外气温缺比较低。而地源热泵以大地为热源和热汇，通过埋入地下的换热器与大地进行冷热交换。地下土壤温度全年基本稳定在1621，一年四季可以为地源热泵提供相对较高的蒸发温度。根据热力学原理，若降低冷凝温度或者提高蒸发温度都将提高空调机组运行效率从而节约能源。因而土壤源热泵比空气源热泵更高效节能，在制热水工况下，地源热泵比空气源空调节能44%以上。太阳能热水系统在夜里或阴雨天气不能运行，只能借助电辅助加热才能制备热水。而电辅助加热是直接利用电产生的热量烧制热水，运行费用非常高。（二）不受外界环境影响，运行平稳，寿命长空气源热泵是以空气为热源和热汇，通过换热器与空气进行冷热交换。由于空气温度随季节和昼夜的变化而高低起伏不定，容易致使空气源热泵机组压缩机运行不稳定而损坏，使用寿命不长，一般是58年。同样，太阳能会受日照强度和阴雨天气的影响，在夜里或阴雨天气，太阳能需借助电辅助加热才能生产出热水。而地源热泵以大地为热源和热汇，通过埋入地下的换热器与大地进行冷热交换。土壤温度全年基本保持在18左右，所以地源热泵不受外界环境温度和天气的影响，一年四季全天候使用，并且运行平稳，使用寿命比较长，一般在15年20年。（三）一机多用地源热泵既可单独制热水又可用于空调系统的制冷或供热。空调制冷时制热水不耗电，运行费用大大降低，对于即制热水又制冷的系统，地源热泵系统是最好的选择。表1：地源热泵热水系统与其他热水系统技术特点比较 项目类型主要指标地源热泵 太阳能+辅助加热空气源热泵环境保护无燃烧污染，水不和制冷剂接触，水没有污染太阳能无污染，但辅助的燃油/燃气污染大气，直接式系统，水有污染有风机，噪声污染比较大运行成本本身不耗能，只是热泵机组耗电太阳能几乎不耗电，但全年有约1/3需要辅助加热，费用较高，维修成本较高只机组、风机工作，耗电量比地源稍高使用寿命热泵机组15年，地下换热器50年集热板容易堵塞，