利用水源热泵技术分区集中供冷供热节能示范项目可行性研究报告 (9).doc
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1、# #区利用水源热泵技术分区集中供冷供热节区利用水源热泵技术分区集中供冷供热节 能示范项目能示范项目 可行性研究报告可行性研究报告 # #建筑设计研究院建筑设计研究院 20072007 年年 0606 月月 0202 日日 I 目目 录录 1 总论1 1.1 #区概况.1 1.2 建设项目概述.1 1.3 建设项目综合效益.2 2 项目建设重要意义4 2.1 水源热泵技术简介.4 2.2 水源热泵系统的特点.6 2.3 水源热泵应用国内外现状.8 2.4 项目建设符合国家能源政策要求.10 2.5 项目建设符合示范区发展规划需要.11 3 项目建设背景13 3.1 现有住宅小区冬季供暖现状.1
2、3 3.2 现有集中供热热源状况.14 3.3 现有供热配套设施.15 3.4 现有集中供热存在问题.16 3.5 解决问题的途径.18 4 项目建设条件19 4.1 地理位置.19 4.2 自然条件.19 4.3 地形地貌及土壤.19 4.4 水资源状况.20 4.5 项目建设地点地下水资源及地质构造情况.24 II 4.6 建设地点地下水质情况.27 4.7 电力设施情况.28 5 水源热泵与冬夏流程29 5.1 水源热泵方案选择.29 5.2 运行模式.29 5.3 冬夏流程.30 6 设计方案与设备选择32 6.1 项目分布.32 6.2 设计方案原则.32 6.3 设计方案依据.33
3、 6.4 室内外计算参数.34 6.5 冷热负荷计算.35 6.6 设计方案系统形式.37 6.7 设备选择.39 6.8 浅层地下水井分布.39 7 关键技术问题的可行性论证41 7.1 热泵机组用地下水量验证.41 7.2 地下水体中吸热与排热的匹配性.41 8 经济的可行性与节能预测分析42 8.1 初投资估算.42 8.2 运行费用计算.48 8.3 水源热泵各项经济效益优势.55 8.4 经济可行性计算与分析.59 III 8.5 节能预测分析.64 9 环境与社会效益66 9.1 环境效益.66 9.2 社会效益.66 10 项目实施与组织计划67 10.1 项目实施单位简介.67
4、 10.2 项目资金筹措.67 10.3 项目实施进度计划.68 10.4 项目组织管理.68 11 结论与建议69 11.1 结论.69 11.2 建议.70 1 1 总论 1.1 #区概况 #区是全国唯一的国家级农业高新技术产业示范区。她前挹太白 之秀,后负周原之美,襟渭带湋,水源丰富,空气新鲜,阡陌如画, 颇具田园风光特色。#区,交通方便,区位优越,东距西安市 82 公 里,西距宝鸡 86 公里,陇海铁路、西宝高速公路、西宝中线二级公 路穿越而过。 #是中华农耕文明的发祥地。早在 4000 多年前,我国历史上最 早的农官后稷,就在这一带“教民稼穑,树艺五谷”,开创了我 国农耕文明的先河。
5、新中国成立后,国家和陕西省在这里又陆续布 局建设了一批农林水方面的科教单位,为了充分发挥这里的农科教 优势,推进我国干旱、半干旱地区农业发展,国务院于 1997 年 7 月 13 日决定设立#农业高新技术产业示范区,并实行“省部共建”的 领导和管理体制,由国家 19 个部委与陕西省共同领导和建设。自开 发建设十年来,#区在体制改革、招商引资、规划建设以及省部共建 等诸方面都取得了令人瞩目的成绩。#区,这个具有雄厚科技实力的 中国“绿色硅谷”必将以崭新的风姿立足西北,面向全国,走向世 界。 1.2 建设项目概述 #区居住小区的建设,是以绿色、生态特色小区建设为目标,是 以改善人们生活条件和生活环
6、境为目的。 2 本建设项目就是利用示范区浅层地下水可再生能源热泵技术进 行供冷供热,是一项节能环保、绿色生态的新技术。 在未来 3 年内,#区将建设化建小区、财富广场小区、永丰嘉苑 小区、高新初中片区等,总建筑面积约为 50 万 m2,此建设项目的 供暖、供冷方式,计划采用水源热泵中央空调系统。该供热、供冷 系统所采用的核心技术,属于可再生清洁能源利用技术,是目前国 家建设部重点推广应用的节能、环保型技术之一。 本系统工程项目,预计投资 8643.92 万元。投资来源包括:国 家财政资金、地方财政配套资金、企业自筹资金三部分。项目计划 申请国家财政资金 2500 万元,约占总投资的 28.92
7、%;地方财政配 套资金 2000 万元,约占总投资的 23.14%;鑫诚公司自筹资金 4143.92 万元,约占总投资的 47.94%。 1.3 建设项目综合效益 推广应用水源热泵技术,符合中央建设资源节约型和环境友好 型社会的要求。根据#区水资源特点和地质构造情况,为满足示范区 建设与可持续发展的要求,#区具有推广应用地下水源热泵技术十分 有利的条件。该建设项目的实施,在经济、节能、环保等方面,将 产生很好的综合效益。 经济效益。经济效益。国民经济内部收益率 EIRR= 44.5(大于基准收益 率 10%) ;国民经济净现值 ENPV= 9915.4 万元(大于 0) ;国民经 济投资回收期
8、 Pt= 4.6 年。该项目经济效益明显。 节能效益。节能效益。经计算,每年可节约标准煤 13363.39 吨,节能效益 3 显著。 环境效益。环境效益。经计算,每年可减少 CO2排放量 8953.47 吨,环保 效益突出。 综合各主要效益指标,本建设项目在经济性、节能性、环保性 等方面的综合效益显著,值得实施与应用推广。 4 2 项目建设重要意义 当今社会,能源危机和环境污染已成为威胁人类生存的头等大 事,如何解决这一问题,已成为全人类的课题。在这种背景下,以 节能、环保为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生,而 水源热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统。 2.1 水源热泵技术简
9、介 水源热泵技术是利用地球表面浅层地热资源(如地下水等吸收的 太阳能和地热能而形成的低品位热能),基于热泵原理,通过输入少 量的高品位电能,实现低品位热能向高品位热能转移的一种技术。 水源热泵中央空调系统是一种既可供热又可供冷的高效节能型 系统。它是由用户系统、热泵主机系统、水源系统三部分组成。水 源热泵中央空调系统组成示意见图 2-1。 热泵主机系统热泵主机系统 用用 户户 系系 统统 水水 源源 系系 统统 图 2-1 水源热泵中央空调系统组成示意 用户系统(室内空气处理末端等):由用户侧水管系统,循环 水泵,水过滤器,静电水处理仪,各种末端空气处理设备,膨胀定 压设备及相关阀门配件组成。
10、 5 热泵主机系统:由压缩机,蒸发器,冷凝器,膨胀阀,各种制 冷管道配件和电器控制系统等组成。 水源系统:由水源取水装置,取水泵,水处理设备,输水管网 和阀门配件等组成。 水源热泵中央空调系统可以实现冬季供热、夏季供冷多功能工 况。 (1)在冬季,为用户供热时,水源中央空调系统从水源中提取 低品位热能,通过电能驱动的水源中央空调主机“泵”送到高温热 源,以满足用户供热需求。 (2)在夏季,水源中央空调将用户室内 的余热,通过水源中央空调主机转移到水源中,以满足用户制冷需 求。水源热泵中央空调系统冬夏运行工况示意见图 2-2(a)、2-2 (b)。 图 2-2(a) 冬季供热工况原理图 6 图
11、2-2(b) 夏季制冷工况原理图 2.2 水源热泵系统的特点 (1)属可再生能源利用技术。)属可再生能源利用技术。水源热泵是利用了地球水体所储 藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地表 浅层(土壤和水体)是一个巨大的太阳能集热器,收集了 47%的太 阳辐射能量,比人类每年利用能量的 500 倍还多(地下的水体是通 过土壤间接的接受太阳辐射能量) ,而且是一个巨大的动态能量平衡 系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。 这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得水源热泵利用的 地能成为清洁的可再生能源的一种形式。 (2)属高效、节能、经济的技术。)属高效、
12、节能、经济的技术。浅层地下水温一年四季相对 稳定,冬季水体温度远高于室外环境空气温度,夏季水体温度远低 7 于室外环境空气温度,浅层地下水是很好的热泵热源和空调冷源, 这种温度特性使得水源热泵比传统空调系统运行效率要高 40,因 此要节能和节省运行费用 40左右。 (3)环境效益显著。)环境效益显著。水源热泵污染物排放,与空气源热泵相比, 相当于减少 30%以上,与电供暖相比,相当于减少 70%以上,如果 结合其它节能措施节能减排效果会更明显。水源热泵虽然也使用制 冷剂,但比常规空调装置减少 25的充灌量。水源热泵机组没有燃 烧,运行时无污染,可以建造在居民区内,且不用远距离输送热量。 (4)
13、运行稳定可靠、高效经济。)运行稳定可靠、高效经济。地下水体温度一年四季相对稳 定,受气候变化影响小,其波动范围远小于空气温度的波动,这就 使得即使在室外气候环境恶劣的情况下,地下水源热泵系统仍可以 保持良好的工作性能,系统运行稳定、可靠、高效、经济,自动化 程度高,运行管理简单,维护费用低。机组使用寿命长达15年以上。 (5)一机多用、应用范围广一机多用、应用范围广。水源热泵系统可以实现冬季供热和 夏季供冷两种运行模式,并且四季皆可产生热水。一套系统可以代 替原来的锅炉和制冷机两套装置,系统简单,没有冷却塔和其它室 外设备。所以,就没有其它冷热源设备集中占地问题,既减少初投 资,又节省了建筑面
14、积和地皮,从而产生附加经济效益,并且改善 了环境形象,保持建筑外部美观。各区域能独立选择制冷或供暖, 分区灵活,使用方便。水源热泵系统可广泛应用于住宅、学校、医 8 院、宾馆、商场、办公楼、厂房等各类建筑,特别适合于地下水资 源丰富地区。 2.3 水源热泵应用国内外现状 国外应用现状。国外应用现状。水源热泵是一种效果显著的节能技术,它的应 用发展速度很快。目前,水源热泵理论与技术均已高度发达,并且 在美、法、德、日等国家得以广泛使用。如美国,截止1998年,水 源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中新建筑中占30%。到2001 年,每年安装的水源热泵系统已达到14万台,其中,地下水源热泵 占
15、15%。每年减少温室气体排放一百万吨(相当于减少50万辆汽车 的污染物排放或种植树一百万英亩) ,年节约能源费用达4.2亿美元。 与美国的水源热泵发展有所不同,中、北欧如瑞典、瑞士、奥 地利、德国等国家主要利用浅层地热资源,地下土壤埋盘管(埋深 400米)的水源热泵,用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据 1999年的统计,家用的供热装置中,水源热泵所占比例:瑞士为96%, 奥地利为38%,丹麦为27%。同时,中、北欧海水源热泵的研究和应 用也比较多。 国内应用现状。国内应用现状。目前水源热泵技术在我国的发展呈现出以下特 点:(1)水源热泵技术的应用日益广泛。水源热泵应用工程项目省、 市分布表
16、见表2-1所示;水源热泵应用工程项目地区分布图见图2-3所 示;水源热泵系统应用在各类建筑的比例见图2-4所示。 (2)水源热 泵技术日益受到各级政府重视,把发展水源热泵作为发展经济的一 9 个契机,大力支持水源热泵应用技术方面的研究;(3)学术交流持 续升温,各类水源热泵技术相关的学术交流活动吸引了大量设计、 施工、开发。 水源热泵应用工程项目省、市分布 表 2-1 省份数量省份数量省份数量省份数量 北京758江苏68江西39福建20 河北303广东64贵州38广西18 天津154湖北58黑龙江36重庆13 辽宁147湖南58宁夏36新疆8 上海129吉林57西藏34青海7 河南112内蒙古
17、50山西28云南2 山东94浙江43四川25海南1 陕西70甘肃43安徽24总计2537 240 1293 397 85 228 164 130 东北华北华东华南华中西北西南 工程项目数 图 23(a) 水源热泵应用工程项目数地区分布图 10 东北 9% 华北 52% 华东 16% 华南 3% 华中 9% 西北 6% 西南 5% 东北华北华东华南华中西北西南 图 23(b) 水源热泵应用工程项目百分比地区分布图 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 住宅别墅学校医院宾馆商场办公楼厂房其他 图 24 水源热泵系统应用在各类建筑的比例示意图 人员,大家迫切要求了解相关
18、知识和经验;(4)水源热泵技术具有 显而易见的好处,其理念非常容易为大众所理解和认同,逐渐为普 通大众所接受,其发展得到了广大百姓的支持。 2.4 项目建设符合国家能源政策要求 可再生能源在建筑中应用的意义。可再生能源在建筑中应用的意义。根据中华人民共和国建设部、 财政部二零零六年八月二十八日建设部、财政部关于推进可再生 11 能源在建筑中应用的实施意见(建科2006213 号),充分认识推进 可再生能源在建筑领域规模化应用的重要意义: (1)推进可再生能源在建筑中应用是贯彻落实科学发展观,调 整能源结构,保证国家能源安全的重要举措; (2)推进可再生能源在建筑中应用是实施国家能源战略的必然
19、选择; (3)推进可再生能源在建筑中应用是满足能源需求日增长,改 善人民生活质量,提高建筑用能效率的现实要求。 可再生能源在建筑中应用的工作目标。可再生能源在建筑中应用的工作目标。在“十一五”期间,我 国可再生能源在建筑中应用取得实质性进展,基本形成相关政策法 规、技术标准和技术支撑体系,基本建成与建筑结合的可再生能源 自主知识产权技术和材料、产品体系;预计到“十一五”期末,太 阳能、浅层地能应用面积占新建建筑面积比例为 25%以上,到 2020 年,太阳能、浅层地能应用面积占新建建筑面积比例为 50%以上。 水源热泵技术是国家二零零六年一月一日颁布实施的中华人 民共和国可再生能源法中所列的可
20、再生能源技术之一。本项目建 设是#区贯彻实施建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应 用的实施意见的集中体现,也是我省实现国家“十一五”期间可 再生能源在建筑中应用工作目标的积极践行者、示范贡献者。 2.5 项目建设符合示范区发展规划需要 根据#城市发展总体规划 (20042015) ,城市发展建设方针 如下:提高城市居住舒适性,用宜人的居住环境吸引人才,完善城 12 市的服务功能、建设设施配套、环境宜人的高质量城市居住区;新 区建设和老区改造相结合,尽可能依托老区既有设施和发展条件, 加快新区发展,以农村现代化、城乡一体化为目标。 本项目建设为示范区商品住宅提供了水源热泵中央空调系统, 既
21、可冬季供热又可夏季供冷,提高了住房的舒适性和空气品质,提 高了住宅的档次和质量,使得商品房的市场竞争力较其他同类商品 房有所提高。虽然商品住宅中央空调系统会增加商品房的销售价格, 但是消费者购置该商品房后不需再自行购置安装空调了,而且该系 统运行费用比传统采暖和空调方式大大减少,总体来看经济上是合 算的,消费者是完全可以接受的。 #区是国家首批农业循环经济试点园区和国家环保卫生城区。为 改善示范区的环境质量,示范区正在大力推行采用清洁能源替代燃 煤锅炉;为解决城乡地区收入偏低人群的供热和制冷问题,必须结 合当地的资源情况,寻找廉价环保的能源利用方式,使之既在城乡 居民的经济承受能力之内,又满足
22、示范区中长期发展规划的要求。 水源热泵中央空调技术是对可再生水资源能源的循环利用的新技术, 比传统空调节能 40、运行成本低,且不污染水、不消耗水,该项 技术的应用是循环经济运行模式的示范载体。因此,在示范区进行 水源热泵中央空调工程项目的建设,恰好是充分利用#区丰富的地下 水资源,采用经济、节能、环保的水源热泵技术,既可有效解决示 范区的居民小区和企事业单位的供热和供冷的需求,又可改善示范 区的环境条件,进而促进示范区循环经济试点园区的建设,长远满 13 足示范区可持续发展要求。 14 3 项目建设背景 3.1 现有住宅小区冬季供暖现状 #区既有住宅小区 12 个,建筑总面积 73.2 万
23、m2。它包括: (1)现已采用了集中供热方式的小区:安居小区、田园小区、神农 小区,集中供热小区总建筑面积达 32.6 万 m2,占总面积的 44.5%;(2)正在规划中的集中供热小区:万安花园小区、金雅都 小区,总建筑面积达 10.5 万 m2,占总面积的 14.3%;(3)目前尚无 集中供热设施的其它住宅小区,建筑面积达 30.1 万 m2,占总面积的 412%。#区住宅小区集中供热现状统计见表 3-1。 #区住宅小区集中供暖现状统计 表 3-1 序号小区名称户数(户)建筑面积 (m2) 有无集中供暖 1安居小区1312146759有 2田园居小区1034120600有 3神农小区4265
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