西安中醫(yī)院地源熱泵可行性報告

1、西安中醫(yī)院綜合醫(yī)療建筑地源熱泵制冷/采暖、熱水系統(tǒng)可行性報告安徽意園建設工程有限公司西安分公司二零壹壹年六月二十日目 錄1. 地源熱泵系統(tǒng)提出的背景及必要性2. 設計依據(jù)3. 室外主要設計參數(shù)4. 室內(nèi)主要設計參數(shù)5. 空調(diào)冷、熱負荷6. 地源熱泵系統(tǒng)7. 投資概算8. 地源熱泵與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的綜合分析比較9. 投資與運行分析10.節(jié)能減排項目基本資料項目概況：該項目為西安中醫(yī)院綜合醫(yī)療建筑，建筑面積為96920m2。其中：空調(diào)面積約為55500 m2。擬采用地源熱泵系統(tǒng)。1.項目提出的背景及必要性1.1 項目提出的背景隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，不僅公共建筑和住宅的供熱和空調(diào)已成為普

2、遍的需求，在許多行業(yè)領(lǐng)域，為滿足生產(chǎn)需要和改善勞動條件，工業(yè)生產(chǎn)車間對空調(diào)要求也日益增加。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)通常需分別設置冷源（制冷機）和熱源。熱源的來源或直接采用煤、油直接燃燒供給，或采用二次能源（電、蒸汽）供應，無論采用何種熱源方式，均需消耗不可再生資源、而且還將產(chǎn)生大量污染物，包括SO2 有害氣體以及CO2等溫室效應氣體。為應對能源需求緊張局勢和環(huán)境保護的要求，世界各國積極尋求發(fā)展節(jié)能、環(huán)保的新型能源研究，新型的地源熱泵技術(shù)逐步得以推廣應用。地源熱泵是一種利用地下淺層地能的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能系統(tǒng)。該項技術(shù)被廣泛應用在建筑采暖、空調(diào)和熱水供應等多項領(lǐng)域。它的原理是利用水或其他介子與地能

3、（地下水、土壤或地表水）進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。地源熱泵作為一種可再生能源技術(shù)受到了世界各國普遍重視。上世紀末，我國開始了淺層地熱應用技術(shù)的應用，淺層地熱資源作為一種可再生、環(huán)保、清潔新型能源，逐漸被人們所認識和接受。特別是近年來受益于國家政策鼓勵、財政支持，采用地源熱泵空調(diào)應用面積平均以每年20%以上的速度快速增長，其中單項最大的應用面積已經(jīng)達到了24萬m2。近年來沈陽、北京等城市地源熱泵的應用面積均已突破千萬平方米大關(guān)。我國地源熱泵技術(shù)的應用得

4、以快速發(fā)展。1.2項目建設的必要性1.2.1項目建設符合國家相產(chǎn)產(chǎn)業(yè)政策為保護環(huán)境、緩解我國面臨能源緊張局面，在注重節(jié)能減排的同時，積極倡導清潔能源的開發(fā)和利用，國家先后出臺了中華人民共和國節(jié)約能源法、中華人民共和國可再生能源法、民用建筑節(jié)能條例、關(guān)于大力推進淺層地熱能開發(fā)利用的通知等一系列的法律、法規(guī)等政策，全國各級政府為落實中央的有關(guān)法規(guī)和條例，相關(guān)部門也先后出臺了相應的政策，鼓勵和支持新型能源的應用。充分體現(xiàn)了各級政府對節(jié)約能源、保護環(huán)境的高度重視。政府明確對新建、改建、擴建及既有建筑節(jié)能改造中采用可再生能源新技術(shù)應用并列入“建設領(lǐng)域可再生能源新技術(shù)應用示范項目”的項目，省級財政利用建設

5、領(lǐng)域可再生能源新技術(shù)應用“以獎代補”專項資金，給予示范項目獎勵或補助。本項目建設符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，并屬國家鼓勵建設項目。1.2.2地源空調(diào)具有的優(yōu)勢煤炭、石油、天然氣等能源對推動世界經(jīng)濟發(fā)展和人類社會進步發(fā)揮了巨大的作用。但由于其不可再生性，經(jīng)人類大規(guī)模的開發(fā)利用，地球億萬年積存下的寶貴資源迅速消耗，同時也帶來了氣候變化、生態(tài)破壞等嚴重的環(huán)境問題，直接威脅著人類的可持續(xù)發(fā)展。地源熱泵屬可再生能源利用技術(shù)。它利用了地球表面或淺層土壤和水源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其主要特點表現(xiàn)在以下幾個方面：1）地源熱泵空調(diào)無需另設熱源和冷卻系統(tǒng)，其制冷、制熱系數(shù)可達4.05.4，與傳統(tǒng)的空氣

6、源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調(diào)的3050，具有高效節(jié)能的優(yōu)點。2）地源熱泵系統(tǒng)：夏季空調(diào)冷凝熱不向大氣排放，而是儲存在土壤內(nèi)，冬季通過地源熱泵系統(tǒng)將儲存在土壤冷凝熱供采暖使用，減少因采暖使用化學能產(chǎn)生CO2排放，是“低碳、綠色”技術(shù)，可循環(huán)使用。3）地源熱泵空調(diào)介質(zhì)密閉在管道中，對土壤不會產(chǎn)生污染，空調(diào)系統(tǒng)也不會產(chǎn)生有害氣體，環(huán)保特性突出。4）地源溫度具有較恒定的特性，一般為1025，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，從而可降低系統(tǒng)的維護費用。5）本系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)對建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機多用。6）系統(tǒng)緊湊，節(jié)省建筑空間，利于建筑的美觀。2設計依據(jù)采暖通風與

7、空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范 GB50019-2003建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 GB50242-2002通風與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 GB50243-2002簡明空調(diào)設計手冊 GB50045-95地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范 GB50366-2005全國民用建筑工程設計技術(shù)措施 暖通空調(diào)、動力2009業(yè)主提供的相關(guān)資料和要求3室外主要設計參數(shù)大氣壓力： 夏季 Px=95.92kPa 冬季 Pd=97.87kPa空調(diào)室外計算干球溫度： 夏季 35.2 冬季 -5.6夏季室外計算濕球溫度： TWS=25.8冬季采暖室外計算溫度： -3.24.室內(nèi)主要設計參數(shù)以國家相關(guān)規(guī)范標準為依據(jù)。5空調(diào)冷、熱負

8、荷夏季空調(diào)總冷負荷：5950KW；總冬季空調(diào)總熱負荷：4121KW。生活熱水熱負荷：按700個床位，生活熱水量為90 m3 d，熱負荷5240KW天（冬季生活熱水出水溫度為60，進水溫度為10）6.地源熱泵系統(tǒng)：6.1機組選型冷熱源系統(tǒng)擬采用土壤源熱泵系統(tǒng)，采用3臺制冷量為1865kW電動螺桿（地源）熱回收熱泵機組，制熱量為1845kW；2臺制冷量為300kW電動螺桿（地源）高溫熱泵機組，制熱量為299kW。夏季：冷凍水供回水溫度為712；冷卻水供回水溫度為2530。冬季：機組供熱供回水溫度為4045；冷水供回水溫度土壤源熱泵系統(tǒng)為105；生活熱水溫度為60，熱源由土壤源熱泵系統(tǒng)提供。土壤源熱

9、泵機組采用一對一冷凍水泵、冷卻水泵。水源熱泵系統(tǒng)冷凍水泵、冷卻水泵各備用一臺。生活熱水：夏季及冬季利用全熱回收熱泵機組提供生活熱水，過渡季節(jié)采用地源高溫熱泵機組供生活熱水。夏季熱泵機組可采用熱回收機組，可免費提供生活熱水，冬季、過渡季節(jié)可采用高溫熱泵機組供熱，每天提供生活熱水量為90m3/h，供水溫度為60，生活熱水總熱量為5240kWd，采用2臺45m3蓄熱水罐，熱水泵采用兩臺，流量為25m3/h，水泵壓力變頻控制。6.2土壤源熱泵地下埋管換熱系統(tǒng)6.2.1地下埋管場地水文地質(zhì)狀況應根據(jù)工程勘測結(jié)果進行分析，主要對地下土壤的地質(zhì)構(gòu)成、地下土壤含水情況、土壤初始平均溫度等參數(shù)分析。地質(zhì)構(gòu)成暫估

10、：08m為回填土890m為黃土90120m中風化砂巖6.2.2土壤換熱裝置土壤耦合器采用單孔雙U管方式，采用HDPE管，管的公稱內(nèi)徑為25。埋管間距為4.5m4.5m。單井埋管深度為120米。冬季釋熱量5.64kW；夏季蓄熱量8.04kW夏季逐時釋熱量為空調(diào)逐時冷負荷（1+1/EER）加輸送過程得熱量加水泵釋熱量，冬季逐時吸熱量為空調(diào)逐時熱負荷（1-1/COP）加輸送過程失熱量減水泵釋熱量6.3地下埋管熱平衡計算空調(diào)擬采用土壤源熱泵系統(tǒng)。夏季根據(jù)土壤熱平衡確定土壤源熱泵運行時間。6.3.1冬季累積取熱量:按照冬季運行120天，三臺熱泵機組運行,其中病房每天運行24小時計，負荷系數(shù)為0.65（優(yōu)

11、先運行），冬季采暖負荷4121kW。生活熱水負荷每天5240kWd；負荷系數(shù)為0.65。冬季釋熱負荷為3966kW。過渡季節(jié)生活熱水每天5240kWd，運行155天，負荷系數(shù)為0.52，釋熱負荷為,4420kWd。夏季生活熱水每天5240kWd，運行90天，負荷系數(shù)為0.45。冬季累積提取熱量3966*24*120*0.65=7424352kw過渡季節(jié)生活熱水提取熱量4420*155*0.52=356252kw夏季生活熱水提取熱量5240*90*0.45=212220kw全年累積取熱量=7424352+356252+212220=7992824kw6.3.2夏季累積釋放熱量:按照夏季運行90天

12、, 三臺熱泵機組優(yōu)先運行,每天運行24小時計,綜合供冷負荷系數(shù)0.52，機組向地源側(cè)釋放熱量7140kW。地源熱泵機組夏季累積釋放熱量7140*24*90*0.52=8019648kw6.3.3熱平衡分析:全年土壤取熱量比釋熱量小0.3%,根據(jù)相關(guān)文獻一般大型土壤換熱器自身平衡為25%左右,因此本工程土壤熱平衡不存在問題。6.4地埋管換熱器循環(huán)水系統(tǒng)6.4.1地埋管換熱器循環(huán)水采用二管制閉式循環(huán)，系統(tǒng)膨脹定壓采用囊式氣壓罐補水定壓方式，同程系統(tǒng)，各支管水力平衡調(diào)節(jié)采用靜態(tài)水量平衡閥調(diào)節(jié)運行。補給水采用軟化水裝置。水處理采用旁流式水處理器。6.4.2地埋管換熱器采用豎直鉆孔埋管方式，地埋管換熱器

13、場地設置地下室，基坑開挖完畢后，首先進行地埋管施工，地埋管施工完畢后，再進行地下室底板施工，地埋管鉆孔間距為4.5m4.5m，鉆孔942孔，孔徑150mm，鉆孔深度121.5m，有效利用深度120m，總占地面積21240平方米，中醫(yī)院遷建新址占地面積約89000平方米，所以有足夠的埋管空間。地埋管換熱器夏季排熱量為7140kW，冬季取熱量為4720kW，地埋管換熱器采用單孔雙U管方式，采用HDPE管，管道承壓為1.6Mpa,管的公稱內(nèi)徑為25。6.4.3地埋管換熱器埋管設置8個地埋管換熱場地，同時設置8個二級分、集水器；地埋管換熱器供回水管均接至二級分、集水器，每個二級分、集水器帶118口豎直

14、孔井，共944個，每個二級分、集水器設調(diào)節(jié)裝置。6.4.4二級分、集水器供回水管匯入一級分、集水器，一級分、集水器分為10個區(qū)域，同時預留二個分區(qū)接口。6.4.5一級分、集水器供回水管接入地源熱泵機房，其管道采用內(nèi)涂塑無縫鋼管，采用溝槽連接，防止管道銹蝕，堵塞U型埋地管。6.5自動控制空調(diào)自控采用直接數(shù)字控制（DDC控制）與整棟建筑融為一套系統(tǒng)，由電腦等終端設備加若干現(xiàn)場控制 DDC和傳感器.執(zhí)行器等組成,應包括: 設備臺數(shù)控制、動態(tài)圖形顯示、各控制點狀態(tài)顯示、故障報警以及運行記錄打印功能。6.5.1冷水機組的聯(lián)鎖控制： 機組啟動指令冷水機組前電動閥打開地源換熱器循環(huán)水泵運行空調(diào)側(cè)循環(huán)水泵運行

15、冷水機組運行；停機順序與之相反。6.5.2空調(diào)水循環(huán)泵、地源換熱器、水源換熱器循環(huán)水泵采用變流量系統(tǒng)，根據(jù)冬、夏水路轉(zhuǎn)換，各循環(huán)水泵功能的轉(zhuǎn)換引起的循環(huán)水量變化智能變頻控制，充分降低能源消耗。6.5.3監(jiān)測井：在每個獨立地埋管換熱器區(qū)域設置溫度監(jiān)測井，能夠?qū)Φ卦礋岜孟到y(tǒng)長期運行后巖土溫度變化進行監(jiān)測，以便采取有效措施保證巖土總體熱平衡。6.5.4機組運行根據(jù)負荷變化情況，采用運行臺數(shù)控制及冷水機組自身調(diào)節(jié)方式，即根據(jù)供回水溫差及供水量，計算出系統(tǒng)所須負荷，由機組自身調(diào)節(jié)，當負荷變化超出自身調(diào)節(jié)范圍時，根據(jù)計算負荷自動投入或關(guān)閉冷水機組運行臺數(shù)。對冷水機組啟停順序及機組運行時間優(yōu)化進行控制。7.

16、投資概算概算匯總表方案名稱對比項名稱地源熱泵系統(tǒng)作用效果供冷、供熱總初投資概算3652萬元各分項投資概算冷凍/熱力站系統(tǒng)760萬元空調(diào)安裝系統(tǒng)530萬元地埋管系統(tǒng)962萬元空調(diào)末端系統(tǒng)1400萬元注：以上所列的造價僅為估算造價，不作為最終報價。在以上所列造價中，不含電氣一次變配電系統(tǒng)，用戶需將機房用主配電系統(tǒng)接至機房配電柜處。8.地源熱泵與VRV+燃氣爐制冷/供暖系統(tǒng)的綜合分析比較地源熱泵與其他空調(diào)系統(tǒng)比較情況詳見下表項目地源熱泵空調(diào)冷水機組+燃氣鍋爐（傳統(tǒng)中央空調(diào)）VRV空調(diào)系統(tǒng)風冷熱泵空調(diào)（傳統(tǒng)中央空調(diào)）制冷效果不受室外氣溫影響夏季室外氣溫越高，冷卻塔散熱差，影響制冷效果夏季室外氣溫越高，

17、制冷越差制熱效果不受室外氣溫影響不受室外氣溫影響冬季室外氣溫越低，制熱越差，低于-50C會使熱泵無法正常工作，往往需要設置輔助電加熱裝置，增加能耗除霜問題不存在結(jié)霜及除霜問題不存在結(jié)霜及除霜問題當冬季室外溫度在40C左右時，室外換熱器會出現(xiàn)結(jié)霜，所以要采取除霜措施，這必然會影響到室內(nèi)熱環(huán)境品質(zhì)及多耗能量年維修管理費地埋管不需維護，主機為操作方便冷卻塔易損失，過一定時間要更換填料，操作復雜主機在室外，日曬風吹易損壞，操作簡單使用靈活性可隨時開機可隨時開機可隨時開機占地無室外系統(tǒng)，地下室機房占地較少。另設熱交換站，占地下室面積較大不占地下室，但屋頂需較大面積不占地下室，但屋頂、外墻需較大面積故障率

18、極低一般較高較高噪音全封閉，噪音低冷卻塔在屋頂，噪聲較高噪聲較高污染無污染冷卻塔灑水，容易產(chǎn)生軍團病菌，引起各種污染，正引起空調(diào)界重視有熱污染調(diào)節(jié)方式10100%無節(jié)調(diào)速主機可調(diào)，冷卻塔不可調(diào)調(diào)節(jié)方便調(diào)節(jié)方便安全評價可靠一般一般一般使用壽命主機25年，地下埋管50年以上主機25年，但冷卻塔只有8年，電熱鍋爐也需維修露天放置，較短相對優(yōu)勢節(jié)能環(huán)保一般初投資較少相對劣勢鉆孔費用較高占地面積大，天燃氣受限制引起熱島效應，高溫和極端低溫時機組出力大量衰減9. 投資與運行分析9.1投資在滿足本項目使用要求前題下，采用地源空調(diào)系統(tǒng)較其他空調(diào)系統(tǒng)相比，固定資產(chǎn)投資增加約10-30%，其年運行成本在不計算熱水

19、供應情況下可降低約35-45%，如考慮熱水供應條件下，其運營成本可降低約45-60%。各空調(diào)系統(tǒng)如下：地源熱泵空調(diào) 3652萬元冷水機組+燃氣鍋爐空調(diào)系統(tǒng) 3220萬元風冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)+市政供熱 3180萬元9.2系統(tǒng)運行能耗比較9.2.1空調(diào)冷熱源方案選擇1） 地源熱泵系統(tǒng)加生活熱水系統(tǒng)；2） 風冷熱泵系統(tǒng)加燃氣鍋爐供生活熱水；3） 水冷冷水機組加燃氣鍋爐供暖、供生活熱水。9.2.2各方案參數(shù)夏季空調(diào)冷負荷5950kW；冬季采暖負荷4121kW。生活熱水負荷每天5240kWh。1）地源熱泵系統(tǒng)主機性能系數(shù)，夏季COP6.02，冬季COP4.64，夏季免費提供生活熱水，生活熱水主機性能系數(shù)為4

20、.39；2）風冷熱泵系統(tǒng)主機性能系數(shù)，夏季COP3.1，冬季COP2.8。3）水冷冷水機組性能系數(shù)，夏季COP5.4.冬季燃燒效率90%。9.2.3運行能耗按照夏季運行90天,每天運行24小時，負荷系數(shù)0.59，冬季運行120天,每天運行24小時，負荷系數(shù)0.65；生活熱水全年運行，負荷系數(shù)0.65。A地源熱泵系統(tǒng)1）夏季：電能耗G1=（59506.02）90240.59=1354050（kWh）2）冬季：電能耗G2=（41214.64）120240.65=1677067（kWh）3）生活熱水，夏季免費提供，過渡季節(jié)、冬季采用地源熱泵電能耗G3=（52404.39）2750.65=203619

21、（kWh）B風冷熱泵系統(tǒng)1）夏季：電能耗G1=（59503.1）90240.59=2446026（kWh）2）冬季：電能耗G2=（41212.8）120240.65=2755182（kWh）3）生活熱水，采用天然氣熱水機組天然氣耗能M1=52403650.65=1243190（kWh）C水冷冷水機組加燃氣鍋爐1）夏季：電能耗G1=（59505.4）90240.59=1404200（kWh）；2）冬季：天然氣耗能M2=41210.90120240.65=8569600（kWh）3）生活熱水，采用天然氣熱水機組天然氣耗能M1=52403650.65=1243190（kWh）電費按0.8元kWh；天

22、然氣熱值按8000Kcal/ Nm3，單價按2.1元/Nm3計。A） 地源熱泵系統(tǒng)加生活熱水系統(tǒng)全年運行費用：電能耗G=G1+G2+G3=3234736（kWh）；運行費用￥=3234736*0.8=2587789259（萬元）B）風冷熱泵系統(tǒng)加燃氣鍋爐供生活熱水；電能耗G=G1+G2 =5201208（kWh）；天然氣耗量M=12431908608000=133642 Nm3運行費用￥=4160966+280650=4441616444（萬元）C）水冷冷水機組加燃氣鍋爐供暖、供生活熱水。電能耗G=G1 =1404200（kWh）；天然氣耗量M=（8569600+1243190）8608000

23、=1054875 Nm3運行費用￥=1123360+2215237=3338597334（萬元）各空調(diào)系統(tǒng)投資、運行費用見表1：表1：投資、運行費表方案及對比內(nèi)容 投資情況（萬元）運行費用（萬元）靜態(tài)投資回收期（年）投資額 投資增加值增幅(%)年運行費用運行費增加值增幅(%)地源熱泵空調(diào)3652259冷水機組+燃氣鍋爐空調(diào)系統(tǒng)3220-432-13.42%3347528.96%5.76風冷熱泵空調(diào)3180-472-14.84%44418571.4%2.5510. 節(jié)能與減排發(fā)展地源熱泵技術(shù)是運用可再生能源的重要技術(shù)手段。也是改變我國目前能源供應結(jié)構(gòu)的需要，是減少環(huán)境污染、確保能源安全的重要保障。在全球能源緊張的今天，地源熱泵空調(diào)技術(shù)所具有環(huán)保、節(jié)能、能源可再生特性，是符合包括我國在內(nèi)的世界各國新型能源、可再生資源利用的產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展方向