新天地不夜城地源热泵系统项目可行性分析报告

新天地不夜城地源热泵系统项目可行性分析报告目录一、地源热泵发展史3二、地源热泵的相关推广政策41、国外政府关于地源热泵空调技术的推广政策42、全国各地地源热泵推广状况43、国家政策文件5三、地源热泵简介71、地源热泵简介72、地源热泵系统分类及其优劣性简单介绍7四、香樟园中央空调地源热泵系统的可行性分析91、埋管式地源热泵系统可行性分析911地下温度条件912地质条件1013面积、施工对周围环境影响102、地表水形式地源热泵系统可行性分析1121水量条件1122水温条件1223施工对周围环境影响1224开式系统、闭式系统可行性分析1225开式地表水源形式地表水换热器初投资分析13五、本工程水源热泵机组使用分析131、本工程机组设置建议132、采用水空机组、大型螺杆机组设置的计费方式建议14附空调计费介绍14一、地源热泵发展史地热源热泵”的概念最先于1912年由瑞士人F7GH提出。1946年美国建成第一个地源热泵系统。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19以上，其中在新建筑里面占30，并以每年10的速度递长。在欧洲，德国、法国以及北欧的一些国家应用较多，他们更多的是利用浅层地热资源，来供热或者取暖。而促使近年地源热泵持续升温的原因，则是由于上个世纪70年代以来,能源和环境危机日趋严重。人们在想方设法从各个方面节能的同时，也开始寻求传统能源之外的清洁、可再生的能源。正是在这种情况下，以清洁、可再生的地热源为能源的地源热泵引起了人们的关注。我国地源热泵技术的研究始于上世纪80年代。1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。1997年，中国科技部与美国能源部签署了中美地热开发利用的合作协议书。2000年山东建筑工程学院成立地源热泵研究所，这是我国首个以地源热泵技术为研究目标的科研机构。2004年，北京工业大学地热供暖示范工程通过验收。2005年，建设部将地源热泵技术列为建筑业十项新技术，有关方面正在制定相关政策，推动地源热泵技术的普及和发展。二、地源热泵的相关推广政策1、国外政府关于地源热泵空调技术的推广政策英格兰、加拿大、爱尔兰、苏格兰、澳大利亚、美国都有法律及政府基金给予地源热泵应用鼓励，包括提供廉价电力、政府低息贷款、现金折扣、财政补贴等多种单项或打包扶持；韩国等国家的政府投资的医疗、教育、军事等项目无一例外都规定了地源系统的应用比例；瑞士与挪威的地源热泵采暖及供应生活热水已超过96；在瑞典除非地源应用系统否则其他采暖以及热水供应系统必须获得政府的特别批准。美国地源热泵应用状况在美国，地源热泵是一种成熟的、完全产业化的技术目前，全美地源热泵数量占全部空调保有量的19，在个别州超过40地源热泵的销售数量以每年20的速度递增，2003年全美销售数量达40万台目前国内部分城市地源热泵技术应用推广情况北京市根据市规划委核定的建筑面积从本市固定资产投资中安排一次性补助，补助标准为地下（表）水源热泵35元/平方米，地源热泵和再生水源热泵50元/平方米。预计新政策推行后，地源热泵空调的应用面积将每年增加500万平方米。宁波市符合我市节能推广目录，单体投资额在100万元以上，达到20以上节能效果的企业节能项目，按项目实际投资额给予8的补助；单体企业的当年最大补助额原则控制在80万元以内。2、全国各地地源热泵推广状况天津市推广应用埋管式地源热泵，应用工程较多重庆市每年拨千万元专项资金扶持，利用长江、嘉陵江为水源，5年内将建设30万示范工程沈阳市全市已有地源热泵系统应用面积400万以上，市政府以世博园为示范，正积极制定鼓励大面积应用的政策大连市全国唯一的水源热泵技术规模化应用示范城市成都市今年将投入1000万元对使用地源热泵的建筑进行补贴乌鲁木齐市与重庆大学等合作，推广新型土壤源热泵系统呼和浩特市较早开始地源热泵技术区域级应用的研究。市委领导曾亲自带团赴京考察南京市与加拿大等国合作共同推动地源热泵系统应用武汉市市领导高度重视地源热泵技术的推广应用，组织成立了工作专班，专门负责武汉市推广应用地源热泵技术的准备工作滨洲市将推广地源热泵技术列为城市经济建设“三个亮点”之一，全力推进。在行政新区建设中率先采用地源热泵系统湘潭市率先在市政府大楼采用湖水源地源热泵系统，并以此为试点向全市推广青岛市青岛以奥帆基地、青岛发电厂等项目为试点，在全市推广海水源热泵鹤壁市率先在市政府办公楼节能改造项目中采用地源热泵系统大庆市研究利用油田采空区，应用地源热泵系统3、国家政策文件2006年9月4日，国家财政部、建设部联合出台的可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法（财建【2006】460号）第四条专项资金支持的重点领域（一）与建筑一体化的太阳能供应生活热水、供热制冷、光电转换、照明；（二）利用土壤源热泵和浅层地下水源热泵技术供热制冷；（三）地表水丰富地区利用淡水源热泵技术供热制冷；（四）沿海地区利用海水源热泵技术供热制冷；（五）利用污水源热泵技术供热制冷；（六）其他经批准的支持领域。建设部2003年科技成果推广转化指南项目目录首推的建筑节能技术节能型土壤热交换器地源热泵冷（热）水供给技术其他政策文件中华人民共和国节约能源法第四条规定“国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”，而地源热泵所使用的地热能正是属于可再生能源。建设部民用建筑节能管理规定第四条规定“国家鼓励发展太阳能、地热等可再生能源的应用技术和设备”。国家经贸委20002015年新能源和可再生能源产业发展规划要点指出“积极推广地热采暖和地热发电技术”，“加快地源热泵技术的引进和开发，加速国产化。要大力开拓地热采暖市场，到2005、2010、2015年地热采暖面积分别达到1500万、2250万、3000万平方米。要积极推动地热的综合利用”。建设部建筑节能“十五”计划纲要中明确指出“十五”期间建筑节能工作的重点之一是“大力推进太阳能、河水、湖水、海水与地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的的工作。建设部建筑节能“十五”计划纲要中列出的18项拟重点开展的科技项目其中的第13项指出“地源热泵及水源热泵技术系统开发与工程应用”。国家发展改革委办公厅2005年关于组织实施可再生能源和新能源高技术产业化专项的通知（发改办高技2005509号）中专项的主要内容第（三）项列出“太阳能供热和地源热泵供热（制冷）。开展新型太阳能热水器和地源热泵系统产业化。包括高可靠性新型真空管集热器、大面积中高温太阳能热水系统、全天候太阳能热水系统、高效地源热泵及其配套系统。三、地源热泵简介1、地源热泵简介众所周知，地下23米以下的土壤、河水、地下水温度常年基本恒定，始终保持在1326，地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多，可谓是人类尚未充分开发的“绿色聚宝盆”。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。新型地（水）源节能中央空调是充分利用了这一特点，它是把专用管道埋入地下深处或地表水（河、湖）等处，通过与地下土壤或河水等进行热量交换，达到室内一年四季如春的环境。而传统中央空调利用空气进行热量交换，但空气的温度变化很大，夏季一般达到38度左右，空调机组为了换热就要耗费更大的能量，相当于在1326的环境中提取“冷量”比在38的环境要容易的多，实际节能效果达3050。2、地源热泵系统分类及其优劣性简单介绍地源热泵系统根据地下换热器的不同可分为一下几种方式1、水平埋管式2、垂直埋管式3、地表水式4、地下水式水平埋管式优缺点优点室外施工费用相对较低缺点室外占地面积较大垂直埋管式优缺点优点运行及维护费用低占地面积较小冬季无需辅助热源不产生任何污染节能效果明显缺点初投资费用稍高地表水换热式优缺点优点运行及维护费用低无需占用土地室外施工费用低不产生任何污染缺点需临近较大面积水域系统效率低于其他方式地下水式换热器优缺点优点运行及维护费用低室外施工费用较低冬季无需辅助热源建筑周围环境影响小不产生任何污染换热效率高，节能效果明显缺点打井受政策限制系统易受地下水源状况影响四、新天地不夜城中央空调地源热泵系统的可行性分析新天地不夜城建筑群共分三期，其中其中包括风情酒吧、时尚购物、风情餐饮等不同区域，总的空调面积约为30000，按每平方米空调制冷负荷与新风负荷共170W计算，则总的制冷量约需要5100KW。常州属北亚热带湿润区，四季分明，雨水充沛，1月平均气温在28左右；7月平均气温在28左右。1、埋管式地源热泵系统可行性分析11地下温度条件地质与地球物理学家研究证明在地壳的近地表面（数百米以内）存在有恒温带，在恒温带以下随深度的增加，地下温度增加，存在有温度梯度，目前研究表明深度每增加1KM，全球的平均温度梯度约为2530/KM。地表温度变化可以向地下发送热波，其振幅随深度衰减，昼夜温差的变化只能透入地下1M左右，季节温度变化透入地下约达15M就衰减，长达100年的地表温度变化则可以在150M深度观测到，1000年周围地表温度变化可透入地下达500M。地球内部的热能向地球表面传递的方式有三种热传导、热对流和热辐射。大量热流数据表明海洋与大陆的热流值几乎相等。据推算，地壳散失热流总计每年约095141021J，此值与地壳内放射性元素衰变产生的热量相平衡。浅层地下相对恒温层示意图如图3，一般在地下15M开始至数百米之间，存在相对恒温带，我国恒温带温度水平在25以下。一般略高于当地的年平均气温。地下表层（3KM以内）温度分三层1、外热层（变温层）主要受太阳能影响，其温度随季节、昼夜而变化，一般在0515M深，年变化影响深度达20M。2、常温层（相对恒温层）受太阳能和大地热流的综合作用，地球内热与上层变温带的影响达到平衡，温度基本不变。该层地温与当年平均气温大致相当，四季基本恒温（25），北方155；南方205。全国各地恒温带温差一般78，深度在数百米以内。在常州地区恒温带温度一般为17193、增温层近地表恒温带（数百米）以下，深度每增加1KM，地温增值的温度梯度全球平均值为2530/KM。但到一定深度后，增温速度变缓。该层地温主要受地心放射性元素衰变产生的聚核反应热（即地芯热）的影响。地壳下5KM内储存的天然热量称地热能，此处的地温可达100200。在上地幔（370KM）固体岩石圈内温度已达1000左右。从以上分析可知，本工程地源热泵系统采用地埋管式地源热泵系统运行最稳定。12地质条件本案地质条件可参考土建方施工地质勘探报告，（根据勘探报告对其描述）可知本工程附近地埋施工成本的高低。13面积、施工对周围环境影响本方案总的制冷量约为5100KW，总的制热量约为3750KW，按照按照目前单U一般土壤每米换热井深散热量为65W/M，取热量40W/M计算，若全部采用地埋系统散热则需钻井94153M，按照每个孔钻井80M需要钻井数量为1177个，若钻孔间距为4M则最少占地面积为19200,按照冬季取热量计算配备辅助散热系统祖旭钻井70312M，若钻孔间距为8789M则最少占地面积为14400,因此，从面积因素考虑，若建筑群间空地不足，则需要考虑在建筑物下钻井埋管，若在建筑物下埋管需要和土建配合，施工难度高。14初投资因素地埋管换热系统与其它系统相比施工成本较高，按照目前普通土壤每米井深65元施工成本计算则需要460万元，系统初投资较高。从以上分析可知，本工程采用地埋管形式运行效果最稳定（热源温度最稳定），地埋管占地面积大，初投资较高。计算过程散热量计算公式为11QCOP212其中夏季每小时向地下土壤散发的热量KW夏季空调冷负荷KW1Q冬季每小时向地下土壤吸收的热量KW2冬季空调热负荷KWCOP1机组制冷运行时能效比WQL10其中L地埋垂直地耦孔总长度MQ地埋管计算换热量KWW地耦孔单位井深换热量W/M2、地表水形式地源热泵系统可行性分析21水量条件本方案位于里底河边，河面积较大，水最深处约9M，水冷充足本工程具有使用地表水源热泵的先天优势条件。22水温条件常州地区地表河水平均最低水温出现在1、2月份，温度为8左右7月8月9月平均水温为30，因此较适合做地表水形式地源热泵系统。但是当如2008年极端低温气候出现时，需提高空调机组水源侧进水温度，或者为机组添加防冻剂，系统才能保证正常运行。由于冬季湖水水温下降对机组的制热效果有所影响，会引起机组制热量的衰减，因此需校核机组制热量衰减后是否能满足热负荷需求，如果不满足需增加辅助加热设备。23施工对周围环境影响不夜城距离运河不超过50M，其管道及率水系统占地面积小，对本工程地下设施配合难度较小，施工难度最小。24开式系统、闭式系统可行性分析这里开式系统指的是直接抽取河水或者通过渗透井方式抽取河水的形式，闭式系统代表水平抛管系统。开式系统具有以下优点1、造价低，开式系统不需要购买大量的PE管作为盘管换热器，施工简单因此大大降低了安装成本，2、安装技术成熟，目前国内绝大部分地表水形式都为开式系统，安装技术成熟，安装方便，施工质量容易得到保证。3、使用区域少，开式系统热源侧施工占地面积小，只需一定数量的过滤池或者渗透井，占用河面面积或者陆地面积较少缺点1、相对闭式系统，开式系统需经常清洗水源侧，维护相对麻烦2、由于通过排水口集中向河内集中排水，因此会造成排水口区域温度集中上升，对此处的生态环境造成一定影响。闭式系统优点1、维护简便，由于此系统为闭式系统，只要保证初次注入系统内水质良好，系统清洗周期大大长于开式系统。2、散热均匀，由于盘管均匀的铺设在河面地下，热量均匀的从盘管中散出去，因此不会造成某处温度机组升高/降低的状况出现，对生态环境影响较少。缺点1、相对于开式系统来说，造价较高2、国内设计，安装经验均不成熟，使用此种系统的项目较少。3、由于运河并非单位专有，当使用换热盘管占用大量河区面积时有可能会出现渔船、货船坏换热盘管设施的事故发生，且日后会阻碍建筑附近水域增加基础设施。4、换热盘管发生泄露后难以察觉。由于换热盘管装有自动补水装置，万一发生泄露，察觉较为困难。如果换热盘管发生泄露，河内物质污染盘管，清洗较为困难。25开式地表水源形式地表水换热器初投资分析开式地表水源换热系统与地埋管系统换热系统相比，初投资成本较低。他需要用板式换热器将河水与机组系统隔开，需要一些水处理设备，当然还包括地表水取水系统。而这些设备的投资远远小于地埋管换热系统的初投资；和普通水冷螺杆空调系统相比散热系统相不需要冷却塔的投资、冬季取暖减少了锅炉加热设备的投资；和风冷空调相比空调主机本身的初投资要更低，且更节能。从以上分析可知，若本工程周围冷却水水量足够则较适合采用开式地表水地源热泵系统，采用此系统时比普通空调系统更节能，比采用地埋管空调系统更节省初投资。如果地表水资源不足，则可以考虑使用部分垂直埋管型式换热器予以弥补，争取达到初投资和运行费用最佳配置。五、本工程水源热泵机组使用分析1、本工程机组设置建议本工程可使用水（地）源螺杆机组，也可使用地源水空机组。这两种类型设备有以下特点地源水空机组1、节能高效分体水源热泵机组具有比风冷热泵机组高的效率，故可降低电耗。当整幢建筑中只有部分用户使用时，只需启动自身机组和循环水系统。另外在需同时供冷和供热时，可实现系统内部能量平衡，减少冷却塔和加热设备的运行时间，达到节能目的。2、节约投资与一般的中央空调系统比较，分体水源单冷/热泵中央空调系统无需考虑制冷机房、锅炉房、空调机房，也不需设大的通风管道。机组在工厂预先组装，减少了工地的装配工作。无保温的水管系统减少了材料费。温度控制装置由机组自带，无需另设控制中心或控制室。3、计量方便分体水源单冷/热泵机组可与用户的单独电表连接，由用户自己承担空调的电费，至于冷却塔或加热装置的耗能费，可以分摊到各户收取。4、控制简单空调系统由微电脑控制，在房间内便可实现独立调节和控制，操作简单便利。5、运行维修简便系统设备简单且安装方便，启动调整容易，分区设计灵活，故障非常少，不需配备熟练的工程师。即使一台机组出故障也不会影响大楼其他用户。6、应用灵活新建建筑可先安装水源单冷/热泵空调循环水管的主管和支管，机组可在住户装修时按实际需要来配置。可减少开发商的一次性初投资。改建工程采用水源热泵系统则更为方便，它可以省去用户为改建制冷机房增添的烦恼。7、如果机组为分体式的型式多样室内机组有暗装吊顶式、天花嵌入式、明装吊顶/落地两用式、高静压风管式等多种形式可供选择，满足您个性化的居室设计。8、满足用户的各种需要用户可根据不同季节或实际需要来选择制冷或供暖，或部分供暖部分制冷，而且系统热效率不会受室外温度变化的影响。地源螺杆机组1、一机多用，应用范围广，一次性既达到夏天制冷冬天制热双功效。2、高效节能，运行可靠。COP值可达50以上，地下土壤的温度一年四季比较稳定，对机组恒定运行提供保障。3、运行维护方便，使用寿命长。机组的运动部件较少，故障率低，易于维保。4、压缩机吸气冷却电机，使电机的运行温度降低，电机寿命增加。内置高效油分离器，体积小，分油效率高。5单机双系统设计，既满足部分负荷的节能，又能平衡磨损，延长使用寿命。6使用带热回收功能机组，在夏季可免费回收热量，冬季可以较低代价获得热水。通过以上分析，本方案可根据实际情况配置机型，采用螺杆机与整体/分体式水风机机组结合的方式配置机组。在面积较大的商场或者商铺可使用螺杆机组，对以较小的零散店铺可使用整体/分体式氺空机组。这样既保证了大型区域使用螺杆机组在满负荷运行时获得较高的效率，又能保证合理精确的计费。2、采用水空机组、大型螺杆机组设置的计费方式建议在出租商户设置空调主机为水空机组（为每个用户配置一台小主机），在自用区域设置大型螺杆机组时，空调使用公共费用为冷却水循环水泵的费用。与空调主机的使用相比，冷却循环水泵运行费用占整个空调系统运行费用的比例极低，因此在分摊其使用费用时根据每台主机运行费用占总的空调运行费用比例来进行分摊循环水泵运行费用。采用此种计费方式时最计费最精确。附空调计费介绍计费系统一般有以下几种方式（1）直接计量直接计量形式的中央空调计量器具主要是能量表。目前，大家了解到的中央空调的计量只有在近二年暖气计量中发展起来的能量表这一种计量器具。因暖气的巨大温差与中央空调小温差存在较大差别，所以计量暖气用的能量表（精确度395）不能满足中央空调的计量精度（05）要求。并且能量表成本太高（最小型号DN20的就在2000元左右），应用中需要对空调系统设计作出变更，安装中易造成测温不准引起人为误差，对中央空调系统的水质要求较高，使用中容易发生脏堵，受潮等故障，这些都不利於能量表的应用推广。根据能量守恒原理，中央空调对空间的热交换量与其介质中的能量变化量相等，能量表就是通过直接计量中央空调介质冷冻水的能量变化量来实现对中央空调的量化的，其工作原理是依据物质的热交换能量计算热力学公式QCTVC（T2T1）QT。能量表由带信号输出的流量计、两只温度传感器和能量积算仪三部分组成，它通过计量中央空调介质（冷冻水）的某系统内瞬时流量、温差，由能量积算仪积分计算出系统的热交换量。这种中央空调计费方式原理明确，结果直观，易於理解。由於它要计量多个参数，特别是中央空调系统的大流量小温差环境，对能量表的温差的精度要求较高，所以其生产成本较高，同时改变中央空调的系统设计和要求水质，普遍采用受到制约，主要用在分层、分区的中央空调计费上。有些热量表生产厂商将其暖气表的能量积算仪上加“取正”功能后就认为可以用在中央空调的计费上，这是一种误解。暖气和中央空调计量原理虽相同，但实际应用环境不一样暖气是通过调节水流量来调节热交换量的,属小流量、大温差环境，其进、回水温差在35左右，对流量精度要求较高而温差精度要求较低，所以热量表标准温差精度在395；中央空调未端是定流量，小温差系统，它是通过调节风速来改变热交换面积，从而达到调节热交换量之目的因此其对流量精度要求较低而温差精度较高，因中央空调的进、回水标准温差是5，如