热泵与市政热力方案比较

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月鄂尔多斯市环保局环境监测中心地源热泵空调系统工程技术方案清洁能源专家――北京市华清地热开发有限责任公司第2页共15页目录1、工程概况........................................................42、设计依据........................................................43、冷、热负荷......................................................44、热泵技术简介....................................................55、地源热泵空调系统................................................75.1、系统设备的配置..............................................................................................75.2、土壤换热器系统..............................................................................................85.3、系统设备配置表及初投资............................................................................115.4、地源热泵空调系统行费用测算....................................................................126、常规空调系统....................................................136.1、系统设备配置表及初投资............................................................................136.2、系统运行费用测算........................................................................................137、两方案对比分析..................................................147.1、运行费用及初投资对比................................................................................147.2、地源热泵空调系统效益分析........................................................................15鄂尔多斯市环保局环境监测中心地源热泵空调系统工程技术方案清洁能源专家北京市华清地热开发有限责任公司第3页共15页摘要一、项目总体情况建筑面积2.2万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、主要设备的配置热泵机组：著名品牌意大利克莱门特公司生产的PSRHH系列螺杆式热泵机组空调循环泵：全部为国内著名品牌上海创科公司生产的优质屏蔽泵。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系统形式初投资运行费用总投资（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鄂尔多斯市环保局环境监测中心地源热泵空调系统工程技术方案清洁能源专家北京市华清地热开发有限责任公司第4页共15页1、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2.1、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》GB50019－20032、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)3、《建筑给水排水设计规范》GB50015-20034、《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》GB50242-20027、《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-20028、《供水水文地质勘察规范》GB50027-20019、《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101-2004J362-200410、《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-20052.2、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、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/s8、大气压力：夏季940.9kPa冬季954.9kPa3、冷、热负荷鄂尔多斯市环保局环境监测中心地源热泵空调系统工程技术方案清洁能源专家北京市华清地热开发有限责任公司第5页共15页冬季热负荷指标为：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。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消耗的电能2.91kW即2,500大卡(25%)热泵机组性能系数COP=4供热量10,000大卡(100%)吸收的地下水热量7,500大卡(75%)（免费的自然能源）鄂尔多斯市环保局环境监测中心地源热泵空调系统工程技术方案清洁能源专家北京市华清地热开发有限责任公司第6页共15页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，方鄂尔多斯市环保局环境监测中心地源热泵空调系统工程技术方案清洁能源专家北京市华清地热开发有限责任公司第7页共15页案一：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5.1、系统设备的配置5.1.1、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PSRHH-3302制冷工况制冷量KW1275.2电功率KW254.5制热工况制热量KW1377.3电功率KW307.7压缩机电源380V-3ph-50Hz+接地机型半封闭螺杆压缩机冷媒R22机组外型尺寸长×宽×高4350×1150×2100mm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均选用上海创科泵业的优质屏蔽泵，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，降鄂尔多斯市环保局环境监测中心地源热泵空调系统工程技术方案清洁能源专家北京市华清地热开发有限责任公司第8页共15页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φ150mm，换热器间距为5×5m，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水平埋管垂直埋管鄂尔多斯市环保局环境监测中心地源热泵空调系统工程技术方案清洁能源专家北京市华清地热开发有限责任公司第9页共15页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3mm、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，还广泛应用于城镇供水、天然气、煤气输送管道、食品、化工等领域。施