水源热泵空调方案Word文档格式.docx
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本项目空调区总面积约为63161㎡，其中酒店17110㎡，会展中心12578㎡，餐饮、影楼7994㎡，奥特莱斯商城25479㎡，各建筑单体空调负荷如下：
表1-1项目空调负荷分析表
项目
面积（m2）
冷负荷指标（W/m2）
热负荷指标（W/m2）
同时使用系数
冷负荷（kW）
热负荷（kW）
酒店
17110
100
80
0.7
1198
958
会展中心
12578
140
1233
704
餐饮、影楼
7994
783
448
奥特莱斯商城
25479
2497
1427
合计
63161
——
5711
3537
该项目拟采用水源热泵系统供能，装机负荷为5711KW，采用三台热泵机组为厂区建筑集中供能，1、2号机组制冷量为2000KW的水源热泵机组，3号机组为1800KW的水源热泵机组。
酒店夏季空调制冷时间按120天计，冬季制热时间取80天，每天24小时供能；
会展中心、餐饮、影楼、奥特莱斯商城夏季空调制冷时间按150天计，冬季制热时间取100天，每天12小时供能；
日平均负荷系数均取0.66。
由此可知该项目全年供能量，具体如下表：
表1-2项目全年供能量分析表
名称
供冷时间（天）
供热时间（天）
冷负荷（kw）
热负荷（kw）
每天供能时间（H）
全年总冷量（KWH）
全年总热量（KWH）
120
1198
958
24
2277158
1213978
150
1233
704
12
1464804
557568
783
448
930204
354816
2497
1427
2966436
1130184
平均负荷系数
0.66
各建筑单体全年供能量如上表所示，则项目全年总冷量为7638.6MWH，全年总热量为3256.5MWH。
1.3当地天然气价格及电价
该项目所在地天然气价格为3.4元/m³
，江苏最新电网销售电价表如下：
表1-3江苏省电网销售电价表
单位:
元/千瓦时
用电分类
电度电价
基本电价
不满1千伏
1-10千伏
20-35千伏以下
最大需量（元/千瓦·
月）
变压器容量（元/千伏安·
一、居民生活用电
0.5283
0.5183
二、一般工商业及其他用电
0.882
0.867
0.861
其中：
1、中小化肥生产用电
0.439
0.424
0.418
2、限制类高耗能生产用电
0.982
0.967
0.961
3、淘汰类高耗能生产用电
1.182
1.167
1.161
三、大工业用电
0.667
0.661
40
30
1、离子膜法氯碱生产用电
0.649
0.643
2、中小化肥生产用电
0.297
0.291
32
23
3、限制类高耗能生产用电
0.767
0.761
4、淘汰类高耗能生产用电
四、农业生产用电
0.509
0.499
0.493
第二章水源热泵空调系统简介
2.1热泵的基本概念
“热泵”是借鉴水泵而来。
水泵是消耗一定的机械能，将水从低位泵送到高位的设备；
与之相对应的说，热泵是消耗一定的机械能，将低温位热能“泵送”到高温位热能加以应用的设备。
2.2热泵的优点
在自然界和工业生产中，存在大量的低温位热源，储藏于空气、土壤、水等介质中，以及废气、废水等工业介质中，利用热泵可以回收这些低温位热量，产生的高温位的热量来供应生产和生活的应用。
热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源，而且拥有较高的能量利用率。
表2-1不同热量提供方式的能量利用率
能量提供方式
燃油锅炉
燃气锅炉
电锅炉
热泵
性能系数
0.70～0.90
0.80～0.95
1.0
>
3.5
另外，热泵的应用可以带来良好的环境效益，在提高能源利用率的同时，减少对电能的需求，进而为减少温室气体CO2的排放发挥作用。
2.3热泵基本分类
在实际应用中，根据热泵系统换热设备中进行热量传递的载能介质，可以将热泵设备归纳为四种类型：
空气-空气热泵：
在这类热泵中，热源和供热的介质都是空气，这是最简单和普通的热泵形式。
空气-水热泵：
在这类热泵中，热源为空气，供热介质为水。
一般冬季按制热循环，可以供热水进行采暖；
夏季按制冷循环运行，供冷水用于空调。
制热与制冷循环的切换通过换向阀改变热泵工质的流向来实现。
水-空气热泵：
在这类热泵中，热源为水，供热（冷）介质为空气。
水-水热泵：
无论是制热还是制冷运行时，均以水作为介质。
一般可用切换热泵工质回路来实现制冷或制热，有时更方便的是用水回路中的多向阀来完成切换。
如果水质较好，可允许水源水直接进入蒸发器，在某些特殊场合，为了避免污染，常采用中间换热器来实现水源水与进行过水处理的封闭冷水系统的热交换。
2.4水源热泵技术的概念和工作原理
水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
地球表面浅层水源如地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。
水源热泵机组工作原理在夏季制冷时将建筑物的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量。
水源热泵机组工作的系统示意图如下：
图2-1水源热泵系统示意图
水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可以分为闭式系统和开式系统两种。
闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热套管，该组套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或海水换热来实现能量转移。
（其中埋于土壤中的系统又称土壤源热泵，埋于海水中的系统又称海水源热泵）。
开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过换热器直接排放的系统。
与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具明显的优势。
锅炉供热只能将90%~98%的电能或70～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；
由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～28℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。
2.5水源热泵系统的特点
由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：
1、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。
其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。
地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。
2、高效节能
水源热泵机组可利用的水体温度冬季为10-22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。
而夏季水体为18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。
据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
3、运行稳定可靠
水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。
是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。
极端工况下有电锅炉作为辅助热源，保证了供暖的可靠性。
4、环境效益显著
水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。
所以节能的设备本身的污染就小。
设计良好的水源热泵机组的电力消耗，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。
水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代工质。
水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
5、一机多用，应用范围广
水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。
不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。
水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。
6、使用方便
可根据各区域的实际需要开启关闭空调，各区域的空调使用独立方便，对租售的功能调整，可轻松更换机组，满足大范围负荷的不同需求，轻松配合二次装修与区域分隔，并可根据需要独立电表计费。
7、自动运行
水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；
自动控制程度高，使用寿命长可达到30年。
当然，像任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。
第三章水源热泵空调技术方案
3.1能源站的位置确定
能源站选址原则：
1、能源站尽量建设在负荷中心区处，以减少冷热水的输送能耗及能量散失；
2、能源站尽量建设于绿化带下方，有利于降低噪声；
3、能源站的建设位置需考虑取回水管网的布置，尽量降低取回水管网的投资；
根据以上原则，从项目附近引江河上游取水，下游回水，能源站位置及取回水管线如下图所示：
图3-1能源站位置示意图
3.2水源热泵系统水源水小时流量的计算
1、夏季水源水最大小时取水流量的计算
夏季最大冷负荷为5711KW，热泵主机cop约为4.5，加上机组的输入功率，则取冷凝器总的换热量约为5711×
（1+1/4.5）kw=6980kw，水源水进出水温度为27/32℃，温差为5℃。
则夏季小时最大需水源水量为：
式中：
q------水源水小时流量，m³
/h;
Q------冷凝器总的换热量，kw；
t-----冷凝器换热温差，℃。
2、冬季水源水最大小时取水流量的计算
冬季最大热负荷为3537KW，热泵主机cop约为4.0，加上机组的输入功率，则取蒸发器总的换热量约为3537×
（1-1/4.0）kw=2653kw，水源水进出水温度为12/7℃，温差为5℃。
则冬季小时最大需水源水量为：
Q------蒸发器总的换热量，kw；
t-----蒸发器换热温差，℃。
3.3取回水方式与取回水管线敷设初步确定
3.3.1取回水方式确定
1、取水多方案比较
固定式取水构筑物，位置固定不变，安全可靠，应用较为广泛。
由于水源的水位变化幅度、岸边的地形地质和航运等因素，可有多种布置。
常见的有四种：
（1）江/河边进水头式
由取水头部、进水管、集水井和取水泵房组成。
常用于岸坡较陡、深水线靠近岸边、高低水位相差不大、含砂量不高的江河和湖泊（图3-2）。
源水通过设在水源最低水位之下的进水头部，经过进水管流至集水井，然后由重力自流或泵房加压送至水厂。
集水井可与泵房分建或合建。
当取水量小时，可以不建的集水井而由水泵直接吸水。
取水头部外壁进水口上装有格栅，集水井内装有滤网以防止原水中的大块漂流杂物进入水泵，阻塞通道或损坏叶轮。
图3-2河边进水头部式取水原理图
（2）江心桥墩式
也称塔式。
常用于水库，建于尚未蓄水时。
构筑物高耸于水体中，取水、泵水设施齐全，用输水管送水上岸。
可以在不同深度取水，以得到水质较好的原水。
（3）岸边广口井顶管式
集水井与泵房分建或合建于岸边，原水直接由进水口进入。
一般适用于岸坡较缓，深水线离岸边较远的江河。
对含砂量大或冰凌严重或两者均出现的河流，取水量又较大时，可采用斗槽式取水构筑物，它是一种特殊的岸边式取水构筑物,其前以围堤筑成一个斗槽,粗砂将在斗槽内沉淀，冰凌则在槽内上浮。
中国西北地区有多处斗槽式取水构筑物。
图3-3广口井顶管取水原理图
（4）岸边广口井渗水式
集水井与泵房分建或合建于岸边，原水由石间缝隙渗水至集水井。
图3-4广口井渗水取水原理图
（5）梁式悬臂桥取水形式
梁式悬臂桥形式见图3-5，由钢筋混凝土悬臂桥、深井泵、输水管、水泵安装检修起重架四部分组成。
使用范围为岸陡水深的取水部位。
悬臂的长度以丰枯水位差和湖（河）岸坡度来确定，在枯水位保证吸入口伸入水面1m，由于钢筋混凝土悬臂自重较大，悬臂长度宜控制在20m以内。
图3-5悬臂桥取水构筑物剖面示意图
2、取水方案及水源管线的设置方案
结合本项目水源条件以及以上各方案对比，建议该项目采用河边进水式取水方式。
由取水头部、进水管、集水井组成。
源水输送采用重力自流式供水方式，利用水源站室循环水处理泵的余压提升回水至河里。
取水口端部设闸板，用于调节水量和关闭、开启输水管线。
为保证水源站室的安全性，防止水淹，所有与源水管线连接的设备均为封闭式。
进入水源站室的原水管线设置专用控制阀门。
该方案省去取水头部的提升泵站，节约运行费用，经济可行。
缺点是重力输水管线对管道的坡度、标高有严格的要求，穿越市政道路、河流须与市政管线进行仔细综合，并提前进行预留管道或套管的施工。
3.3.2取回水管线的布置
取水管线和回水管线，尽量沿道路敷设，拟取水口负责能源站取水，回水口负责能源站回水，管线布置方案：
取回水管线直接在地下埋管铺设进能源站。
该取回水管线只是初步决定，具体实施时还要据具体情况而定。
3.4水源水管确定
1、所需水源水管径计算
水源水管径，取流速v=2.0m/s，则水源水管半径r：
则水源水管径经综合考虑，规格取DN500。
2、所需水源水管长度估算
项目所在区域离引江河河岸约0.5公里，水源水取回水管总长度预估为1100m。
3.5水源水处理措施
3.5.1水处理主要措施
（1）一级过滤处理：
取水口前设置斜板过滤装置（格栅）作为一级处理，有效去除水体中大型悬浮物、水藻等物体。
防止水源中的大块漂流杂物、水藻等进入水泵，阻塞通道或损坏叶轮以及换热管（板）。
常采用斜板式机械格栅，一般为10目-20目。
（2）二级过滤处理：
为了保障系统的安全运行，加装二级机械旋流除砂器，可以有效去除水中的砂子等细小颗粒，可有效保护主机等设备的安全稳定运行。
（3）三级过滤处理：
为了保障系统安全运行，在二级过滤器后，加装三级机械过滤器或自动反冲洗装置，过滤等级为80目/英寸。
过滤等级更高，确保细小的藻类等杂物无法进入机组换热器而影响换热器的正常换热。
3.5.2水处理工艺流程
图3-6水源水处理工艺流程图
地表水源热泵作为地源热泵的一种形式，水质的影响远大于土壤源耦合热泵和地下水源热泵。
地表水源热泵系统的良好运转，必须解决水源引起的相关问题，而水源的问题主要集中在水温和水质两个方面。
本项目将根据湖水水质特点，制定合理可行的水处理方案，妥善解决泥沙、藻类堵塞、微生物繁殖等主要问题。
3.5.3胶球清洗装置
图3-7胶球清洗装置示意图
利用胶球清洗装置不断清洁机组换热壁，使得换热壁面时刻保持洁净状态，提高了主机效率。
此项技术在我公司建设的南通新城小区污水源热泵三联供项目中成功运行至今。
胶球清洗装置主要功能有如下两点：
（1）防止产生生物黏泥，避免对管线、设备及换热器的堵塞和结垢，进而导致降低热交换器的传热效率，水头损失增加。
（2）防止微生物生长繁殖对换热器及管道的腐蚀。
因为生物黏泥在金属表面上的黏附不可能是均匀的，于是黏泥较厚或有黏泥的金属部位则贫氧而成为腐蚀电池阳极，而黏泥较薄或无黏泥的金属部位则氧浓度较高而成为电池的阴极，从而加速金属的腐蚀。
第四章年运行费用及初投资分析
4.1水源热泵系统年运行费用及初投资及估算
4.1.1年运行费用估算
1、该项目全年总制冷量为7638.6MWH。
夏季采用水源热泵空调系统供冷，由于河水温度一般为27～28℃，较冷却塔32℃的进水温度低4～5℃，对于主机而言，冷却水温度每降低1℃，主机的效率将提高3%左右，因此水源热泵主机的效率比同类的冷水机组效率一般高12%～15%。
一般冷水机组+冷却塔系统COP为3.3，则水源热泵系统制冷平均能效比约可达到3.8，当地电价为0.867元/KWH，可知水源热泵空调系统制冷运行电费为：
单位制冷量的电费成本为0.867元/KWH/3.8=0.2282元/KWH
2、该项目全年总制热量为3256.5MWH。
水源热泵系统制热平均能效比约为3.2，平均电价取0.867元/KWH，可知水源热泵空调系统制热运行电费为：
单位制热量的电费成本为0.867元/KWH/3.2=0.2709元/KWH
有上述计算可知：
该项目采用水源热泵空调系统供能，全年运行电费为262.5万元。
4.1.2初投资费用估算
一、直接工程费用
序号
参数
数量
单位
单价
总价
（万元）
1
机房土建
600
㎡
0.3
180
2
水源热泵机组
2000KW制冷量
台
240
3
1800KW制冷量
108
4
取水头部分
套
60
5
取回水管网
DN500
1100
元/m
0.16
176
6
自动反冲洗装置
15
45
7
旋流除砂器
36
8
胶球清洗装置
10
9
水源水循环泵
16
冷冻水泵
11
软化水装置
定压补水装置
13
机房空调管网及阀门
0.13元/W
5711
KW
0.013
74.2
14
自动控制系统
0.15元/W
0.015
85.7
高低压配电系统
1653KVA
1653
KVA
0.1
165.3
1267.2
二、工程建设其它费用
税率
金额
设计费
1.50%
19.0
监理费
1.38%
17.5
建设单位管理费
1.23%
15.6
前期可研、环评费用
0.40%
5.1
竣工图纸编制费
0.16%
2.0
结算审查费
0.05%
0.6
税费、规费
8%
101.4
161.2
三、项目总投资
1428.4
注：
以上为系统能源站投资估算价格，本投资不包括空调末端部分和室外管网投资
本项目采用水源热泵空调系统，较传统空调增加了水源水取回水部分的投资，系统能源站部分初投资约1428.4万元，空调建筑面积为63161平方米，折算成单位建筑面积总投资为226.2元/㎡。
4.2传统空调系统初投资及运行费用估算
4.2.1年运行费用估算
传统空调夏季采用冷水机组+冷却塔制冷，冬季采用燃气锅炉供暖。
冷水机组+冷却塔系统制冷平均能效比为3.3，电价为0.867元/KWH，可知该空调系统制冷运行电费为：
单位制冷量的电费成本为0.867元/KWH/3.3=0.2627元/KWH
2、全年总制热量为3256.5MKWH。
冬季燃气锅炉能效比约为0.9。
可知传统空调系统燃气锅炉供暖冬季运行成本为：
单位制热量的能源成本为127.5万元/3256500KWH=0.3915元/KWH
有上述计算可知:
采用该传统空调系统供能，全年运行电费和天然气费总计为328.2万元。
4.2.2初投资费用估算
传统空调系统采用冷水机组+冷却塔形式夏季制冷，冬季采用燃气锅炉供暖。
初投资费用如下表:
空调机房土建
700㎡
700
210.0
冷水机组
2900KW制冷量
145
29
升级会员 