热泵与市政热力方案比较

1、 鄂尔多斯市环保局环境 监测监控中心 空调系统方案设计 北京市华清地热开发有限责任公司 2009 年 5 月 目目 录录 1、工程概况.4 2、设计依据.4 3、冷、热负荷.4 4、热泵技术简介.5 5、地源热泵空调系统.7 5.1、系统设备的配置.7 5.2、土壤换热器系统.8 5.3、系统设备配置表及初投资.11 5.4、地源热泵空调系统行费用测算.12 6、常规空调系统.13 6.1、系统设备配置表及初投资.13 6.2、系统运行费用测算.13 7、两方案对比分析.14 7.1、运行费用及初投资对比.14 7.2、地源热泵空调系统效益分析.15 摘 要 一、项目总体情况一、项目总体情况

2、建筑面积 2.2 万万 m2，夏季最大冷负荷为 2530kw，单位面积冷负荷 115w/m2； 冬季最大热负荷为 1320kw，单位面积热负荷 60w/m2。 二、主要设备的配置二、主要设备的配置 热泵机组：热泵机组：著名品牌 意大利克莱门特意大利克莱门特公司生产的 PSRHH 系列螺杆式螺杆式热泵 机组 空调循环泵：空调循环泵：全部为国内著名品牌上海创科上海创科公司生产的优质屏蔽泵屏蔽泵。 三、室外换热孔配置三、室外换热孔配置 地源热泵系统共布置换热孔 427 个，双 U，孔间距 5 米，孔深 100 米。 四、地源热泵系统与常规空调系统对比四、地源热泵系统与常规空调系统对比 初投资运行费用

3、 系统形式 总投资 （万元） 单位面积初投资 （元/m2） 全年费用 （万元） 单位面积费用 （元/m2） 地源热泵空调系统810.2368.367.8130.8 常规空调系统642.5292.073.4133.4 1、工程概况、工程概况 该项目为内蒙古鄂尔多斯市环保局环境监测监控中心项目，建筑面积为 2.2 万平方米，冷热源需要满足建筑冬季供暖，夏季供冷需求。 2、设计依据设计依据 2.1、国家有关的规范标准和业主提供的相关资料、国家有关的规范标准和业主提供的相关资料 1、 采暖通风与空气调节设计规范GB500192003 2、 高层民用建筑设计防火规范GB50045-95 (2005 年版

4、) 3、 建筑给水排水设计规范GB50015-2003 4、 全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调 动力 5、 全国民用建筑工程设计技术措施 给水排水 6、 建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB50242-2002 7、 通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-2002 8、 供水水文地质勘察规范GB 50027-2001 9、 埋地聚乙烯给水管道工程技术规程CJJ101-2004 J362-2004 10、 地源热泵系统工程技术规范 GB 50366-2005 2.2、室外设计参数、室外设计参数 1、夏季空调室外计算干球温度：32.5 2、夏季空调室外计算湿球温度：24.7 3

5、、夏季平均日较差：10.4 4、冬季空调室外计算干球温度：-20 相对湿度 56 5、冬季采暖室外计算干球温度：-18 6、冬季通风室外计算干球温度：-11 7、室外平均风速：夏季 2.1m/s 冬季 2.4m/s 8、大气压力：夏季 940.9kPa 冬季 954.9kPa 3、冷、热负荷、冷、热负荷 冬季热负荷指标为：60w/m2，最大热负荷为：1320kw； 夏季冷负荷指标为：115w/m2，最大冷负荷为：2530kw。 4、热泵技术简介、热泵技术简介 近年来由于环保要求的提高，对建筑的采暖空调方式提出了新的要求。作 为独立的建筑物，既需要冬季供暖又需要夏季空调。根据这种实际需求，我们

6、推荐采用当今最新技术的热泵系统。 热泵技术是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或 地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。热泵机组通过输入少量 的高品位能源（如电能） ，实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为 热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来， 提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。 热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即 电能+吸收的热能）一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里 昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。请参见能流图 所示

7、。 消耗的电能消耗的电能 2.91kW 即即2,500大卡大卡 (25%) 热泵机组热泵机组 性能系数性能系数 COP=4 供热量供热量 10,000大卡大卡 (100%) 吸收的地下水热量吸收的地下水热量 7,500大卡大卡 (75%) （免费的自然能源免费的自然能源） 热泵系统是一种先进的高效节能、无任何污染的采暖空调方式，在建筑用 能领域，是作为环保和节能首推的新技术应用项目。2003 年建设部将热泵采暖 空调技术列为建筑节能新技术成果大力推广。推广热泵技术，将对保护环境、 提高环境质量、进一步推动和落实“还人类碧水蓝天”起到更好的积极效果。 热泵机组根据对水源的利用方式的不同，可以分为

8、开式系统和闭式系统两 种。开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过热泵机组换热后直接排放的系 统；闭式系统是指利用闭式循环的土壤换热器进行换热，土壤换热器一般水平 或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或湖水海水换热来实现能量转移。 即通常说的水源热泵和地源热泵。 水源热泵系统夏季工作原理示意图 水源热泵系统冬季工作原理示意图 地源热泵系统夏季工作原理示意图 地源热泵系统冬季工作原理示意图 根据我公司掌握的水文地质资料，该地区第四系以砂、粘土为主，厚度较 大，颗粒较细，富水性较差，不适宜采用水源热泵系统，相反此类地区可钻性 较强，钻孔成本相对较低，非常适合做地源热泵系统。所以本项目的空调系统 就

9、热泵技术我们推荐采用地源热泵系统。 为了便于业主从运行费用及初投资等方面进行比较，以下给出两种方案， 方案一：采用地源热泵空调系统；方案二：采用常规空调系统（冬季采用城市 热网，夏季采用冷水机组冷却塔） 。 5、地源热泵空调系统、地源热泵空调系统 5.1、系统设备的配置、系统设备的配置 5.1.1、热泵机组的配置、热泵机组的配置 根据建筑物的冷热负荷，选用国际著名品牌意大利克莱门特公司生产的 2 台 PSRHH-3302 地源热泵机组，其中，夏季开启 2 台机组满足建筑物夏季冷 负荷，冬季开启 1 台热泵机组即可满足冬季热负荷需求。 PSRHH-3302 地源热泵机组的详细参数见下表： 单位P

10、SRHH-3302 制冷量KW 1275.2 制冷工况 电功率KW 254.5 制热量KW 1377.3 制热工况 电功率KW 307.7 电源 380V-3ph-50Hz+接地 机型 半封闭螺杆压缩机 压缩机 冷媒 R22 机组外型尺寸长宽高435011502100mm 运行重量Kg5150 制冷工况：冷冻水进出口温度 7/12，冷却水进出口温度 30/35； 制热工况：冷水进出口温度 3/0，热水进出口温度 40/45； 5.1.2、循环泵的配置、循环泵的配置 循环泵均选用上海创科泵业的上海创科泵业的优质屏蔽泵优质屏蔽泵，该泵对泵和电机进行了一体化 设计，把泵腔与电机制成了一个绝对密封的整

11、体，一方面，普通水泵的主要易 损件机械密封（轴封） ，从而彻底解决了水泵因轴封（动密封）损坏而漏水的难 题，因而使水泵滴水不漏，泵房干净整洁；二方面，去掉了滚动轴承，采用浸 渍石墨材质制成的滑动轴承，具有摩擦系数小，自润滑性能好，高耐磨，用输 送介质润滑，因而整机呈静音静音设计，低噪声运行，同时还省略了对轴承的定期 加油和保养费用。另外，对叶轮采用了悬浮式设计，使转子在运转中始终处于 悬浮状态，降低了转子对石墨轴承的轴向磨损，从而使石墨轴承的使用寿命成 倍增加，可以达到 3 万个小时以上。 5.1.3、补水及软化水系统、补水及软化水系统 空调系统末端循环水侧由于要经常运行，同时要适应冷、热两种

12、工况，必 须进行软化处理，选用全自动软水器制取软化水供空调系统末端侧循环系统使 用。同时采用补水泵与定压罐为空调系统的末端侧及地源侧补水定压。 5.2、土壤换热器系统、土壤换热器系统 土壤换热器系统介绍土壤换热器系统介绍 土壤换热器采用地下埋管（即埋置地下热交换器）的方式来实现，埋管方 式多种多样。目前普遍采用的有水平埋管和垂直埋管两种基本的配置形式。 水平埋管是在浅层土壤中挖沟渠，将 HDPE 管水平的埋置于沟渠中，并填 埋的施工工艺。水平埋管占地面积较垂直埋管大，效率较垂直埋管低。 垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下热交换器（HDPE 管）以一定 的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的

13、施工工艺。 地下热交换器型式和结构的选取应根据实际工程以及给定的建筑场地条件 来确定。本项目采用垂直埋管的形式。 土壤换热器系统设计土壤换热器系统设计 现结合我们对与本项目所在地区类似地层结构的实测数据，换热器采用双 U 形式，孔深选用 100m，需要布置土壤换热器双 U 管，427 个，孔径 150mm，换热器间距为 55m，孔位分布总面积约为 10675m2。 （换热孔的准 确数目需要通过对现场进行具体测试后确定。 ） 土壤换热器管材及技术参数土壤换热器管材及技术参数 主要技术参数 采用抗高压的高密度聚乙烯管（HDPE100） ，原材料为进口材料，技术参 数为：管外径 32mm、管壁厚 3

14、mm、承压能力 1.6Mpa，其具有接口稳定可靠、 抗应力开裂性好、耐化学腐蚀、水流阻力小、耐磨性好、耐老化使用寿命长 （寿命可达 50 年）等多种优点，除了应用在地下换热孔中外，还广泛应用于 水平埋管 垂直埋管 城镇供水、天然气、煤气输送管道、食品、化工等领域。 施工工艺和质量保证措施 土壤换热器系统是整个地源热泵系统的核心和关键，其质量的好坏直接关 系到整个系统能否安全可靠地运行。而且工程一旦完成，其将不可修复。为此， 针对地源系统工程为隐蔽性工程的特殊性，我公司在多个类似项目经验的基础 上，形成了一整套完善的地埋管系统质量保证措施，主要从以下几个方面来保 证工程质量万无一失： 1） 高密

15、度 PE 管质量方面：a）产品出厂时要有产品合格证，要有原材料 进口证明；b）进货后，现场分批取样送检，并现场对长度、壁厚、外径等进行 检验；c）合格的 PE 管，要在工厂进行管底连接，然后进行打压试验；d）货 到现场，下管前要进行打压，并保压 1 小时以上，合格的 PE 管，方可下入钻 好的换热孔；e）PE 管下到孔底后，在回填料之前，再进行二次打压试验，合 格后方可进行回填料（不合格的将该 PE 管提出，下入新的合格的 PE 管） 。 2） PE 管下入孔前的技术准备：传统的方法是 将连接好的 PE 管直接下入换热孔内，PE 管在下入 孔内后的形状将不规则，PE 管之间会发生强烈的换 热干

16、扰，从而影响整个换热孔的换热效率；我公司的 做法是在 PE 管下入换热孔之前，在 PE 管之间安装 专用支架，分隔管材，支架间距 34 米，使 PE 管 之间具有一定的距离，且尽可能紧靠换热孔的孔壁， 加强换热管与地层的换热效果，减小 PE 管之间的换 热干扰。同时选用加重管底接头，保持管材下入时的 垂度。通过该种方法可以确保地下换热管的有效换热 量。 （如图所示，左边的为传统的做法，右边的为我公司采用的方法） 。 3） 下管后的填料：填料的密实与否直接关系到换热孔的换热效率，为了 提高填料的密实程度，一方面，要严格控制填料的速度，沿孔壁四周均匀慢速 填料，减少因填料过快而造成填料在孔内搭桥的

17、机会；另一方面，要分批次进 行填料，在均匀填料的过程中向孔内注入水，从而避免填料在孔内形成搭桥， 即使形成搭桥也可冲开，确保填料密实。 通过以上质量控制措施，可确保室外换热管系统使用寿命在 50 年以上。 换热孔通过联络管分区连接后汇入机房内。循环液在完全封闭的地下管路中流 动，对地下环境无任何污染。 4） 采用专用管件 专用管卡 专用连接四通 专用双 U 头 专用电熔接头 禁用四通 禁用管底 施工工艺 钻换热孔 换热管打压更换换热管 不合格 下管 合格 换热管打压取出并更换换热管 不合格 合格 填料 成孔 换热孔联络 重新打压合格 重新下管打压合格 管沟开挖 敷设垫层 主管道融接 支管与主管

18、融接 打压试验 回填土 5.3、系统设备配置表系统设备配置表及初投资及初投资 序 号 设备名称规格型号技术参数 功率 /kw 数 量 单 位 单价 /万元 合价 /万元 备注 设备机房系统设备机房系统 1热泵机组PSRHH33021275/1377kw254.5/307.72台104.0 208.0 2冷热水循环泵QPG200-400CL=260m3/hH=32m373台3.5 10.5 2 用 1 备 3地源侧循环泵QPG200-315AL=300m3/hH=28m373台3.5 10.5 2 用 1 备 4空调系统定压罐SQL1000-0.6V=1.37m31台1.5 1.5 5软化水装置

19、YS-DS-3L=35m3/h1套1.8 1.8 6软化水箱1500150010001台0.6 0.6 7空调系统软化水补水泵QPG25-160L=2m3/h H=32m2.22台0.5 1.0 1 用 1 备 8地源侧定压罐SQL1000-0.6V=1.37m31台1.5 1.5 9地源侧补液泵QPG25-160L=2m3/h H=32m2.22台0.5 1.0 1 用 1 备 10地源侧补液箱1500150010001台0.6 0.6 11配电系统1套47.4 47.4 12机房系统安装1套59.2 59.2 小计343.5 土壤换热器系统土壤换热器系统 13打孔、下管、填料孔深 100m

20、 427个0.8 341.6 14系统打压、联络1项106.8 106.8 15乙二醇36.7 吨0.5 18.4 小计466.7 总计总计810.2 初投资估算说明：初投资估算说明： 以上报价为暂估价，最终报价要根据施工图确定。 初投资估算费用包括：机房内所有设备的购置及安装；机房内配电、控制 柜的制作与安装；室外水井系统的全部施工。 初投资估算费用不包括：机房土建施工费；由变电站至机房配电柜的主电 源引入费用。 5.4、地源热泵空调系统行费用测算、地源热泵空调系统行费用测算 5.4.1、夏季空调系统运行费用、夏季空调系统运行费用 鄂尔多斯市夏季空调期为 5 月中到 9 月中，约 120 天

21、，运行费用统计上， 采用分时段计算法，即把整个空调期划分为 5 个时段：20负荷段、40负荷 段、60负荷段、80负荷段和 100负荷段，分别逐时计算相应时段的运行 费用，并加以汇总，得出总的运行费用，详见下表。 （电价按 0.50 元/kwh 计 算） 。 地源热泵空调系统夏季运行费用汇总 日耗电量日运行费用运行天数总运行费用 夏季KWH元天元 100%负荷段8379 4189 1041894 80%负荷段7029 3514 30 60%负荷段5382 2691 40 40%负荷段4032 2016 3060485 20%负荷段2904 1452 1014521 合计 120 单位面积15.

22、0 元元/m2 （以建筑面积 2.2 万 m2计算） 通过上表看出，地源热泵空调系统夏季的运行费为元，每平方米运行费 用合 15.0 元元/m2。 5.4.2、冬季空调系统运行费用、冬季空调系统运行费用 鄂尔多斯市冬季采暖季时间较长，从 10 月中到次年的 4 月中，约 180 天， 运行费用统计上，仍采用上述分时段计算法，运行费用，详见下表。 （电价 按 0.50 元/kwh 计算） 。 水源热泵空调系统冬季运行费用汇总 日耗电量日运行费用运行天数总运行费用 冬季KWH元天元 100%负荷段6190 3095 1030949 80%负荷段5307 2654 3079606 60%负荷段442

23、4 2212 4088486 40%负荷段3542 1771 3053123 20%负荷段2659 1329 1013294 合计 120 单位面积12.1（以建筑面积 2.2 万 m2计算） 通过上表看出，地源热泵空调系统冬季的运行费为元元，每平方米运行费用 合 12.1 元元/m2。 通过以上计算，地源热泵空调系统全年的运行费为 67.81 万元万元，每平方米 年运行费用为 30.8 元元/m2。 6 6、常规空调系统常规空调系统 常规空调系统夏季采用冷水机组+冷却塔为建筑供冷，冬季采用城市热网为 建筑供暖，系统设备配置及运行费用计算如下。 6.1、系统设备配置表、系统设备配置表及初投资及

24、初投资 序 号 设备名称规格型号技术参数 功率 /kw 数 量 单 位 单价 /万元 合价 /万元 备注 设备机房系统设备机房系统 1冷水机组CSRH3602制冷量 1328kw2842台92.5 185.0 2城市热网接口费 1项176.0 176.0 3冷冻水循环泵QPG200-400CL=260m3/hH=32m373台3.5 10.5 2 用 1 备 4冷却水循环泵QPG200-315AL=300m3/hH=28m373台3.5 10.5 2 用 1 备 5冷却塔300m3/h2台16.0 32.0 6半即热式换热器 700KW2台6.0 12.0 7换热器二次侧循环泵QPG100-3

25、15AL=65.4m3/hH=32m113台1.7 5.1 2 用 1 备 8 空调系统定压罐 SQL600-0.6V=1.37m31台1.5 1.5 9软化水装置YS-DS-3L=35m3/h1套1.8 1.8 10软化水箱1500150010001台0.6 0.6 11空调系统软化水补水泵QPG25-160L=2m3/h H=32m2.22台0.5 1.0 1 用 1 备 12冷却水加药装置 1套10.0 10.0 13配电及自控系统1套85.0 85.0 14机房系统安装1套111.5 111.5 总计总计642.5 初投资估算说明初投资估算说明： 以上报价为暂估价，最终报价要根据施工图

26、确定。 初投资估算费用包括：机房内所有设备的购置及安装；机房内配电、控制 柜的制作与安装，机房外冷却水系统的全部购置与施工。 初投资估算费用不包括：机房土建施工费；由变电站至机房配电柜的主电 源引入费用。 6.2、系统运行费用测算、系统运行费用测算 6.2.1、常规空调系统夏季运行费用、常规空调系统夏季运行费用 常规空调系统夏季运行费用计算方法与地源热泵空调系统相同，计算结果 详见下表。 （电价按 0.50 元/kwh 计算） 。 常规空调系统夏季运行费用汇总 日耗电量日运行费用运行天数总运行费用 夏季KWH元天元 100%负荷段9663 4832 1048317 80%负荷段8056 402

27、8 30 60%负荷段6153 3077 40 40%负荷段4546 2273 3068193 20%负荷段3161 1581 1015805 合计 120 单位面积17.1 元元/m2 （以建筑面积 2.2 万 m2计算） 6.2.2、常规空调系统冬季运行费用、常规空调系统冬季运行费用 常规空调系统冬季采用城市热网进行供暖，其运行费用分为两部分：一部 分为上交给热力公司的热网采暖费，此部分按 14.5 元元/ m2计算，总计 31.9 万万 元元；一部分为采暖用水泵的运行费用，此部分仍按照分时段计算法进行计算。 冬季水泵的运行费用详见以下各计算表。 城市热网采暖水泵冬季运行费用汇总 日耗电量日运行费用运行天数总运行费用 冬季KWH元天元 100%负荷段585 293 205850 80%负荷段570 285 4011400 60%负荷段360 180 6010800 40%负荷段360 180 407200 20%负荷段360 180 203600 合计 18038850 单位面积1.8（以建筑面积 2.2m2计算） 通过以上计算，常规空调系统冬季采暖费用为