秦皇岛开发区数据产业园.docx
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秦皇岛开发区数据产业园
秦皇岛开发区数据产业园
供热方式研究
中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司
2009-5-11
课题参加人员
热力给排水工程技术所所长：
李来壮高级工程师
课题负责人：
周占林高级工程师
课题组成员：
霍焰工程师
张淼工程师
王钊
岳玲玲：
陈旋顺
张祥
1、秦皇岛开发区基本情况
1．1秦皇岛开发区基本情况
秦皇岛经济技术开发区，位于秦皇岛市海港组团西部，是于1984年10月经国务院批准设立的首批国家级沿海经济技术开发区。
分东区两区，规划面积56.72平方公里，已开发面积19平方公里。
秦皇岛开发区数据产业园位于海港组团西部深河片区，重点发展现代制造业和以科研中心、软件中心、现代服务业外包业为代表的高附加值服务业。
区内规划建筑物有工业建筑、公共建筑、住宅建筑。
1.2、区域基础设施配套条件
开发区经过15年的建设，周边基础设施十分完备，具有220kv变电站两处、110kv变电站2处，水厂、污水处理厂、供热中心、天然气门站、消防支队各一处，数据园区不需要另外配置水厂、污水处理厂、供热中心、天然气门站、消防队。
市政设施可以直接接入开发区市政管网。
110kv变电站根据数据产业的特点另行规划。
2.1供热气象参数
根据河北省《居住建筑节能设计标准》DB13（J）63-2007室外气象数据，
采暖天数为：
135天，
采暖期日平均气温为：
-2.4℃。
历年极端最低温度为：
-21.5℃，
历年平均最低温度为：
-18.2℃。
采暖设计室外温度为：
-11℃。
采暖期度日数为：
2754℃.d。
最大负荷小时数：
2279h。
根据计算统计，数据产业园总热负荷为112.51MW。
采暖热负荷预测：
序号
供热项目
热负荷指标（W/m2）
建筑面积（万m2）
热负荷（MW）
1
住宅用地
25
138.38
34.60
2
商业金融业用地
25
25.23
6.31
3
文化娱乐用地
36
4.61
1.66
4
教育科研设计用地
25
6.09
1.52
5
工业用地
25
273.69
68.42
合计
448.81
112.51
注：
工业热负荷为工业建筑采暖热负荷。
3、供热资源状况及其利用
目前秦皇岛开发区数据产业园建筑采暖用能源资源状况有：
⑴已规划并建成的燃煤集中供热锅炉房；
⑵已规划配套建设的天然气管道；
⑶已规划配套建设的供电设施；
⑷可利用的地源热泵资源；
⑸可利用的风冷热泵资源；
⑹可利用的太阳能资源；
⑺可利用的风力发电资源；
3.1能源种类
3.1.1生物质能源—煤、气、油
秦皇岛开发区数据产业园有煤、天然气、油等生物质能源可利用，秦皇岛是我国能源输出大港，交通发达，建有大秦运煤铁路专用线，石油外运管线及码头，天然气管道也已接入秦皇岛开发区。
且冀东地区燃煤资源也比较丰富。
近几年来，石油价格的持续上升，引发相关能源价格的普遍上涨，但比较而言，石油价格存在较大的价格/成本不确定性和供应的风险，且成本较高，以然烧轻质柴油锅炉房为例。
仅从目前燃料价格比较，燃油锅炉房供热成本为燃煤锅炉房供热成本的x=（10400/10400*7.2/0.9）/（10400/4500*0.73/0.75）=8/2.45=3.265倍，故以燃油为集中供热热源的可行性已不存在，后面章节也不作进一步经济比较。
燃气锅炉房供热成本为燃煤锅炉房供热成本的x=（9800/9800*3.38/0.9）/（9800/4500*0.73/0.75）=3.76/2.12=1.774倍，故以燃气为集中供热热源的可行性亦不存在。
后面章节也不作进一步经济比较。
3.1.2太阳能
秦皇岛位于华北北部，属寒冷气候条件。
大气透明度好，日照时间长。
太阳能热水器属绿色环保能源，本地区广泛的用于制取生活热水。
由于采暖热负荷较大，且连续用热，用太阳能制取采暖热水除应满足白天采热负荷外，还需储存夜间采暖热负荷热量。
按采暖热指标25W/m2计算，每平米建筑面积全天采暖热负荷为600W。
按每平米太阳能热水器全天可吸收热量3000W计算，占地1.2m2计算。
工程实例证明，多数工程都不能满足布置太阳能热水器所需的场地面积，且受阴雨天气影响。
故太阳能热水器采暖不适用于大面积集中采暖系统，只能作为一种辅助措施与其它供暖方式联合应用。
另外一种利用太阳能采暖的方式为太阳房方式。
利用太阳辐射转化的热能采暖的建筑称为太阳房，它是通过建筑朝向、内部空间和外部形体的巧妙处理、周围环境的合理布置、以及建筑材料和构造的恰当选择，使其在冬季能集取、蓄存和分配太阳能的一种建筑。
南向玻璃窗是利用太阳能采暖的一个基本部件，单层玻璃窗加夜间保温帘是一种最简单而有效的太阳能采暖部件。
一般来说，在日照充足地区，对于南北向房屋，白天南向房间利用足够的窗面积集热，可以使室内达到取暖温度，对于北向房间或南向房间的夜间取暖，则需除窗以外设置墙式集热器，收集太阳能将其蓄存于水箱或直接用泵打入室内的混凝土地板中的水盘管内，提供夜间采暖；或者考虑用其他节能方式提供补充热源，如空气源热泵。
这种形式称之为主被动结合式太阳房。
太阳房方式采暖国内外均有工程实例，但由于建筑结构特殊，工程造价较高，还没有被社会普遍接受，但随着能源不断短缺，价格不断增长，研究的不断深入，太阳房方式采暖将逐渐被社会所接受。
3.1.3风能
风能是清洁的再生能源，应大力发展应用，但秦皇岛北面环山，没有稳定的风能可供利用。
冬季主导风向风速3.2m/s，且频率仅占22%，风能资源不丰富，在供热的各种能源供热方案中，风电供热没有优势，不适合城市内应用。
3.1.4电热热源
电热热源有电热水锅炉供热方式、电散热器供热方式、电热膜供热方式。
电驱动热泵供热方式也属于电供暖的一种类型，是间接电热热源供热的一种形式。
⑴直接用电供热的方式的末端效率比较高大于97%，但综合效率比较低，因为热电厂的热效率比较低，仅30%左右。
电属于高质量能源，《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）5.4.2条规定“除了负荷为下列情况之一外，不得采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源：
——”。
在相同的条件下，电锅炉供热的费用是燃煤锅炉的x=（980/980*0.64/0.97）/（980/4500*0.73/0.75）=0.66/0.212=3.11倍。
直接因此以电热热源为集中供热热源的可行性亦不存在。
后面章节也不作进一步经济比较。
⑵热泵供热系统是间接电热热源供热的一种形式，制热工质在电驱动下，通过热力循环，吸收空气、水源或土壤热量，制备热水或冷冻水，用于供热或空调。
热泵供热依据热源的来源不同，可分为空气源热泵、水源热泵和地源热泵。
在电供热系统中，热泵供热具有最高的能效。
3.2燃煤集中供热
3.2.1集中供热概况
集中供热系统指的是在一个集中的场所供热，然后把热能分配到周边地区，满足建筑物采暖需求。
集中供热热量主要来源于热电厂以及采暖锅炉等专用设施。
与分散锅炉相比，集中供热厂的效率更高，污染控制更好。
热电联产就是使用发电厂同时生产电能与热能。
常规电厂把发电的副产品——热能通过冷却塔以烟气或其它方式排放到环境之中。
热电厂能够将副产品热能收集起来，用于民用或工业供热用途。
采暖锅炉产生热能，通过热水的方式供区域采暖使用。
与生产热能作为发电副产品的热电联产机组不同，采暖锅炉只能够用于生产热能。
3.2.2供热成本
热电联产总生产成本最高为36.21元/平方米，最低为16.43元/平方米，平均成本为25.6元/平方米。
采暖锅炉总生产成本最高为32.30元/平方米，最低为16.95元/平方米，平均为25.4元/平方米。
3.2.3集中供热技术
大型集中供热管网传热系统包括一级输热与二级配热。
如果系统非常大，某些输热管网就可以组成一部分一级配热管网。
输热管网由采暖锅炉房的主管道组成。
一般，输热管通过各级分站，逐步输热到一级配热管网。
随机决定输热管网结束与配热管网开始的地方。
一般集中供热管网由供热钢管与回水钢管组成，进行热水循环，钢管外加聚氨酯保温后，可以直埋在地下
一级配热管网向小区热力站供热。
一级输热管网与一级配热管网构成一级管网。
根据我市供热情况，大型一级配热管网一般技术条件功能完善，并且集中供热管网的运行和维护效率更高，组织更好。
小区热力站管道连接许多建筑，构成二级配热管网。
小区热力站设备可以设计为带换热器的独立小区热力站与不带换热器的从属小区热力站。
3.2.4集中供热效率
燃煤锅炉房的效率相对较低，维护良好的锅炉才能达到65%的效率。
3.2.5集中供热的投资
3.2.5.1管网投资预算（见表1）
表1管网热力站投预算
一级管网
300RMB/Kw
热交换站
125RMB/Kw
二级管网
375RMB/Kw
管网投资水平预计为800元/Kw。
3.2.5.2锅炉房投资（见表2）
表2燃煤锅炉投资预算（参考示例）
名称
锅炉房容量（MW）
投资（万元）
万元/MW
万元/1t/h
某1#锅炉房
4×29
12720
109
76.3
某2#锅炉房
3×29
10020
115
80.5
3.2.6供热热源
3.2.6.1热源
热源采用开发区供热中心，提供供热和蒸汽。
通过龙海路和102国道市政管道输到数据中心。
假设数据园区单独建设供热锅炉房，主要设备选型如下：
锅炉：
DHL29-13/130/70-A11，出力：
29MW，4台。
鼓风机：
G4-73-11No14D风量74600m3/h，风压2757Pa，4台。
N=30/台
引风机：
Y4-73-11No18D风量109000m3/h，风压2659Pa，4台。
N=75kw/台
除尘器处理风量：
110000m3/h，4台。
脱硫脱硝装置
主循环泵14sh-9A5台：
四用一备
补水定压泵IS80-50-200A2台：
一用一备
30kw
3.2.6.2供热管网
管网采用间接连接方式，一次网与二次网之间设热交换站，一次网供水温度120/70℃，二次网85/60℃。
管网采用冷安装无补偿直埋敷设方式，直埋敷设热水管道采用钢管、保温层、外护管紧密结合一体的预制管。
管路上设置分段阀、分枝阀，管高处设排气阀，低处设排水阀。
管道管径大于300mm采用螺旋缝焊接钢管。
管顶覆土不小于1米。
3.2.6.3换热站
规划换热站9座，主要服务于居住区。
新建换热站规模控制在4-10MW，占地面积约为200平方米。
3.2.6.4经济性分析
⑴投资估算
估算集中供热设施的投资。
该投资不包括热用户内的供热设施投资。
经初步测算，秦皇岛市人工费24000元/人·年，设备材料费参照北京。
A：
热源静态投资：
110万元/MW×112.51=12376.1万元
B：
管网、热力站静态投资：
一次管网：
300元/KW×112510=3375.3万元
热交换站：
125元/KW×112510=1406.375万元
二次管网：
375元/KW×112510=4219.125万元
热源及管网总投资：
21376.9万元
C：
户内散热器投资，采用普通铸铁散热器，户内系统设备及安装费按本地区的38元/㎡。
单位建筑面积投资：
77.73元/㎡。
总投资
热源
一次管网
热交换站
二次管网
户内散热器
77.73元/㎡
27.63元/㎡
7.54元/㎡
3.14元/㎡
9.42元/㎡
30元/㎡
热源、管网及用户总投资：
77.73元/㎡X448.81万㎡=34886万元
⑵运行成本分析
①计算参数：
热指标：
25w/㎡
度日数：
2754℃.d
最大负荷小时数：
2279h。
煤热值：
17640KJ/kg
价格：
煤炭：
730元/t
电：
0.64元/kwh
水：
3元/t
人工工资：
24000元/人·年
大修费：
折旧×40%
维修费：
固定资产×2%
锅炉年平均效率：
65%
折旧年限：
20年
固定资产：
总投资34886×95%=33142万元
②年运行费用（见表8）
全年运行费用10327.29万元，其中燃煤费约占61.92%，煤价是影响年运行费用的主要敏感因素。
表8运行费用汇总表
序号
项目
年用量
年费用（万元/年）
比例（%）
1
燃煤费
87600
6394.8
61.92
2
耗电费
9845250
630.1
6.1
3
耗水费
94188
28.26
0.28
4
折旧费
33142/20
1657.1
16.1
5
大修费
33142/20X0.4
662.84
6.4
6
维修费
33142X0.02
662.84
6.4
7
人工费
26人
148.8
1.5
8
管理费
33142×0.0043
142.51
1.4
9
合计
10327.29
100
③供热价格
年供热量2279×112.51×1000=256410290kwh=923078GJ
单位建筑面积供热量923078GJ/448.81=0.21GJ/㎡·a
256410290/448.81=57.13kwh/㎡·a
④供热成本估算
10327.29/448.81/10000=23.01元/㎡
10327.29/923078GJ×10000=111.88元/GJ
3.3热泵供热
3.3.1基本原理
在电驱动下的热力循环，通过吸收空气、水源或土壤热量，制备热水或冷冻水，用于供热或空调，该机组称为热泵。
由于热源的来源不同，可分为空气热泵、水源热泵和地源热泵。
在电供热系统中，热泵供热具有最高的能效。
热泵可以使热量由低温向高温传递。
热泵制热系数也称COP，它是指热量传递过程中热泵所得到的高温热量与所耗费的压缩机输入功的比值。
如果COP为3，就意味着热泵每耗去1份电能的同时从空气中吸取了2份的热量，从而提供了共计3份的热量。
也就说热量中的2/3是免费的空气、水、土壤里的热能，只有1/3左右是付费的电能，可见热泵是一种高效节能装置。
3.3.2空气源热泵
空气源热泵的优点是以到处存在的环境空气为冷、热源，应用十分方便。
它的缺点是出力正好与室外温度下降时需求量的上升呈反比，在环境空气温度为0℃时，需要除霜，在冬季较为潮湿的地区，这种性能上的缺点更为明显。
传统的空气源热泵采暖系统是以风机盘管为散热末端，当室外温度低于-5℃时，制热能力和制热效率（COP）会有明显的下降，因此这种系统一般用于长江流域，在寒冷地区只在过渡季节使用，不能在整个冬季稳定供暖。
2001年以后，由于石油价格逐年攀升，也间接促使煤炭、天然气、电力价格的上涨。
对于具有节能特性的热泵的研究也在迅速升温，近年来国内外研究的热点之一就是突破空气源热泵传统-5℃的使用界限，采用新的办法解决寒冷地区供热的需求，并取得了以下三方面突破性的成果：
⑴近期国内研发出的采用新型环保工质的大中型空气源热泵热水机组，在室外气温-15℃以上时，可供出55℃的生活热水，能效比平均为2.0。
⑵选择低温散热系统（地板辐射采暖），结合空气源热泵，在我国寒冷地区用于建筑物供暖最低使用到-21℃（日本报道此系统最低使用温度达到-25℃，在北海道札幌），在北京地区采暖能效比为2.2。
⑶获得国家自然科学基金资助的双级热泵系统，通过蓄热水箱耦合空气源热泵和水源热泵，在寒冷地区供热，能效比平均达到2.0。
3.3.3水源热泵、地源热泵
水源热泵以水作为机组的冷（热）源，水源可以是河、湖水、也可以是海水、地下水、废水等。
地源热泵的冷（热）源是土壤热，它是将水通过埋设在土壤中的、一种传热效果较好的塑料管来吸取土壤热量（制热时）及排出热量（制冷时）到土壤中。
与空气源热泵相比，水源热泵、地源热泵的优点是出力稳定，效率高（能效比可达2.5~3.5以上），当有地下水、河湖水及其他水资源或土壤热可利用时，可大大降低运行费用，当然也没有除霜问题。
但水源热泵必须有一个水系统，如果采取打井取用地下水，必须要回灌，同时不能污染水源。
秦皇岛属寒冷地区，海洋性气候，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明。
数据产业园区建筑绝大部分为生产厂房和住宅，以供热为主。
下面分析三种热泵在供热上的可行的应用方式。
3.3.4空气源热泵
3.3.4.1秦皇岛开发区的气候特点
秦皇岛开发区属寒冷气候，昼夜温差大（日较差10℃），采暖时间为每年11月15日至次年3月5日，共132天，采暖期室外平均气温-1℃。
表3-1秦皇岛市平均最高最低气温表（℃）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
最高气温
-0.9
2.31
10.4
16.1
20.4
23.6
27.3
27.9
25.1
19.0
10.3
2.4
最低气温
-10
-9.7
0.7
6.9
11.1
16.4
21.5
20.8
15.3
7.7
-0.8
-7.4
平均气温
-5.5
-3.7
5.5
11.5
15.8
20
24.4
24.4
20.2
13.4
4.8
-2.5
表3-1是2008年统计数据，可见当地冬季最冷月在1月。
选取离秦皇岛开发区最近台站的1月分时气温为样本分析如下：
表3-21月日气温表
日期
日平均温度（℃）
日最高温度（℃）
日最低温度（℃）
1月1日
-3.0
3.5
-7.8
1月2日
-1.7
5.0
-8.0
1月3日
-0.8
5.4
-6.3
1月4日
-3.2
4.6
-9.0
1月5日
-4.1
3.8
-10.7
1月6日
-1.5
3.5
-5.5
1月7日
-2.2
4.2
-10.3
1月8日
-0.9
5.8
-5.2
1月9日
-0.8
4.6
-6.5
1月日10
-4.0
-1.3
-7.3
1月11日
-4.9
0.0
-9.5
1月12日
-3.9
2.0
-7.7
1月13日
-5.9
-0.8
-10.5
1月14日
-3.8
0.6
-7.7
1月15日
-3.1
2.1
-5.9
1月16日
-3.4
-0.7
-6.0
1月17日
-6.7
-1.7
-10.8
1月18日
-10.2
-5.1
-14.7
1月19日
-9.0
-1.1
-15.1
1月20日
-8.8
-2.7
-14.1
1月21日
-5.1
2.8
-11.2
1月22日
-2.9
3.8
-10.3
1月23日
-8.2
-3.4
-14.3
1月24日
-5.4
2.1
-12.2
1月25日
-5.2
0.4
-11.4
1月26日
-5.5
-0.6
-11.8
1月27日
-4.7
0.6
-11.5
1月28日
-5.5
-0.1
-9.7
1月29日
-6.7
1.0
-13.0
1月30日
-4.0
1.7
-10.3
1月31日
-0.9
2.6
-4.2
时刻
日期
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
温度
0
-1.8
-6.5
-1.2
-7.3
-7.7
-3.1
-4.8
0.6
-1.9
-1.3
1
-5.5
-6.6
-0.3
-7.7
-8.1
-2.8
-4.8
-2.9
-1.7
-1.9
2
-6.3
-8.0
-0.4
-7.8
-7.9
-2.5
-5.0
-2.5
-2.5
-2.0
3
-6.4
-7.6
-2.0
-7.8
-9.2
-1.9
-6.2
-3.2
-3.3
-2.4
4
-6.1
-7.1
-3.0
-5.5
-9.5
-3.1
-8.9
-3.4
-3.3
-2.6
5
-5.9
-7.7
-3.6
-5.9
-8.7
-3.2
-9.4
-4.0
-4.1
-3.6
6
-7.2
-7.0
-3.6
-7.3
-10.7
-4.0
-8.9
-3.9
-4.5
-4.3
7
-7.3
-5.7
-3.5
-8.1
-9.7
-5.2
-9.0
-4.0
-6.5
-4.7
8
-7.8
-7.2
-6.3
-9.0
-8.9
-5.5
-10.3
-5.2
-3.7
-4.5
9
-5.9
-5.8
-3.3
-6.8
-6.5
-3.8
-5.9
-4.7
-3.0
-4.5
10
-2.2
-0.5
0.9
-1.3
-4.3
-0.9
-1.4
-2.9
0.0
-3.7
11
1.1
2.8
3.3
1.0
-2.0
1.7
3.0
0.6
1.9
-3.5
12
2.7
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