黄冈疾控中心方案水源热泵方案.docx
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黄冈疾控中心方案水源热泵方案
黄冈市疾控中心空调
初
步
方
案
书
武汉卓成机电工程有限公司
2012-12-17
目录
第一章项目简介及方案描述1
一、工程概况1
二、方案设计1
三、地源热泵系统介绍及其特点2
第二章空调系统相关计算5
一、空调系统设计依据5
二、空调系统负荷及设备选型5
三、土壤换热器计算6
第三章系统方案比较8
第四章运行费用计算9
一、运行费用计算说明9
二、地源热泵空调系统运行费用计算9
三、燃气溴化锂空调系统运行费用计算10
四、常规空调系统运行费用计算10
五、运行费用综合比较11
第五章初投资分析12
第六章部分类似业绩表13
第一章项目简介及方案描述
一、工程概况
本项目为黄冈市疾控中心大楼，主要用途为办公及宾馆，总建筑面积约11000㎡，其中办公部分建筑面积为8000㎡，宾馆部分建筑面积约3000㎡，拟采用地源热泵中央空调系统。
二、方案设计
本项目设计为集中式地源热泵中央空调系统
1.集中式地源热泵中央空调系统说明：
集中式地源热泵中央空调系统是一种以电为动力，以地下土壤为冷、热源，以水为冷、热源载体的高效节能空调系统。
由双管路水系统连接起建筑物中的所有末端而构成封闭环路，通过压缩机制冷系统的逆循环（制冷循环）和正循环（制热循环），实现空调的制冷制热。
它是由下列部分所组成：
地源热泵机组、冷热源系统（地下土壤换热器系统）、循环水泵、水管环路、和室内温控器等。
2.空调平面布置
风系统：
该项目采用集中式系统布置，即水水式水源热泵+空气处理末端系统，根据大楼总冷负荷选择相应的水水式水源热泵主机，主机放置在空调机房内，各室内房间根据功能不同选择响应的空气处理末端：
各功能房间面积小，人员较少，冷负荷及湿负荷也比较少，所以要求设备制冷量小，这样风机盘管就能满足要求。
大面积的房间采用吊顶式空气处理机组，就能满足要求；新风采用每层布置新风机组，通过风管输送到各个需要新风的房间。
水系统：
水管布置为水平同程、立管同程式，各室内空调末端，通过水管连接至空调机房内空调主机的负载侧，负载水循环靠水泵提供动力；为保护机组换热器腐蚀或结垢，机组源水侧与井水进行间接换热，中间采用板式换热器隔开。
三、地源热泵系统介绍及其特点
1、地源热泵技术的概念和工作原理
地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。
地源热泵机组工作的原理示图如下：
地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，地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；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，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％。
因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
在中国的传统的空调系统概念中，由于国家的经济发展状况和政策的影响，在相当长的时期中，北方一般以燃煤锅炉解决冬季取暖问题，在南方以水冷机组解决夏季制冷问题。
在二十世纪八十年代以后，制冷机组的方式开始多样化，此时，出现了溴化锂机组、风冷机组，机组的容量也从原有的大中型机组过渡为大中小型机组，在二十世纪九十年代以后，对于取暖方式也开始有新的尝试和探讨，特别是随着可持续发展和公众环保意识的提高，世界和中国能源利用的结构都正在转变，从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。
北京作为大气污染最为严重的城市之一，其治理大气污染的政策中就包括能源结构的调整，从以煤为主改为天然气和电力替代能源。
但是，替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题，可是天然气和石油等都属于不可再生的能源，从可持续发展的角度看，必须提高能源利用效率或者寻找可以再生的能源，而水源热泵机组就是比较理想的一种设备。
2、地源热泵的特点
（1）属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的空调系统。
地表土壤和水体不仅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。
这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。
所以说，地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
地源热泵机组可利用的冷热源温度夏季比环境温度低，冬季比环境温度高，称的上冬暖夏凉，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高，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，设计安装良好的地源热泵，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
地下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，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。
（4）环境效益显著
地源热泵的使用电能，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。
设计良好的地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。
地源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。
地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，没有热气，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
地源热泵系统可供暖、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。
不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。
地源热泵可应用于酒店、宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。
（6）自动运行
地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，值守人员少，使用寿命长可达到20年以上。
第二章空调系统相关计算
一、空调系统设计依据
《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87
《建筑设计防火规范》GBJ16-87
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002
《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95
《简明空调设计手册》
业主提供的图纸及资料
二、空调系统负荷及设备选型
1.负荷计算：
根据项目的情况，进行负荷分析，本项目的冷负荷约为1010kw，热负荷为730kw。
2.主机选型：
机组型号
数量（台）
制冷量（kw）
制热量（kw）
输入功率
备注
MWH130
1
516
538
81/114
螺杆式水源热泵机组
三、土壤换热器计算
该项目采用节能环保的地源热泵中央空调系统。
根据项目所在地的地质情况和建筑的平面布置情况，其冷热源采用安装灵活、易于控制的埋管式土壤源热泵系统，也称土壤耦合式热泵系统。
该系统是以水作为冷热量载体，水在埋于土壤中的换热管道内与热泵机组间循环流动，实现机组与大地土壤之间的热量交换。
冬季循环水通过埋在土壤中的高密度聚乙烯管环路，从土壤中吸收热量，使循环水温度升高，供给地源热泵机组。
夏季循环水通过地埋管将热量排放到土壤中，使循环水温度降低供给地源热泵机组。
通过地源热泵机组给室内供冷、供热。
（1）冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。
可以由下述公式计算：
kW
（1）
kW
（2）
其中
——夏季向土壤排放的热量，kW
——夏季设计总冷负荷，kW
——冬季从土壤吸收的热量，kW
——冬季设计总热负荷，kW
——设计工况下水源热泵机组的制冷系数
——设计工况下水源热泵机组的供热系数
夏天根据公式
（1）、
（2）计算单个系统夏季的排热量和冬季的吸热量如下：
夏季最大冷负荷（kW）
冬季最大热负荷（kW）
夏季排热量（kW）
冬季吸热量（kW）
1032
735
1163
588
（2）确定竖井总长度
按常规地质情况考虑，土壤换热器夏季每米放热量按65w/m，冬季按40w/m，计算冬、夏季地埋管系统竖井总长度为：
夏季排热量（kW）
夏季制冷竖井长度（m）
冬季吸热量（kW）
冬季供暖竖井长度（m）
1163
17892
588
14700
（3）确定竖井数目及间距
根据上述计算可知，夏季制冷竖井长度要大于冬季供暖的竖井总长，按夏季制冷竖井长度来确定打孔数目。
按照常规地质情况考虑，设计为双U孔，单孔有效深度设计为100m，则该项目埋管孔数为180个孔，孔径150mm，孔间距控制在4m左右，需要占地面积约为2432㎡。
第三章系统方案比较
项目
地源热泵系统
燃气溴化锂系统
常规空调空调系统
系统设计
不需复杂设计，设计周期短。
系统设计较复杂，设计周期较长
系统设计复杂，设计周期较长。
占用空间
只需要空调机房。
只需要空调机房。
但空调机房占用面积很大
除空调机房外，另外还需要在室外安装冷却塔，即占用面积，又有噪音污染。
机组连续调节
调节性能好，运行稳定
依靠有级调节，当负荷变化大时，机组调节困难，从而浪费能量
调节性能好，运行稳定
环保
冬天供暖无需锅炉，没用SO2，CO2等有害有毒气体排放。
溴化锂溶液对水资源有污染，燃烧产生的大量CO2、不凝性、酸性气体排放引起温室效应、酸雨问题。
冷却塔容易产生军团细菌，并且冷却塔溅水。
可再生能源利用
属于可再生能源利用
属于不可再生能源
属于不可再生能源
运行调试
调试安装简单
主机需专业工人安装，调试，供货期较长，完成较迟。
调试安装简单
运行情况
输出稳定，故障率低，不受气候环境影响。
能效最高，费用最低。
制冷量逐年衰减，效果越来越差，不受气候环境影响。
能效较低，费用较高，随着主机逐年衰减，运行费用逐年增加
输出稳定，故障率低，不受气候环境影响。
能效较高，费用较低
安全
技术成熟稳定，只用电，无安全隐患。
机组必须保证极高真空度，工艺上必须保证极高密封性，否则对材料和构件造成腐蚀，其寿命无法保证。
技术成熟稳定，只用电，无安全隐患。
使用寿命
20年以上
主机逐年衰减，一般寿命不超过10年。
20年以上
第四章运行费用计算
一、运行费用计算说明
1.根据该项目的特点，制冷季120天，采暖季100天，全年220天运行空调。
2.运行时间：
空调平均每天运行12个小时。
3.电费按1.0元/kw.h计算。
4.天然气价格按3.5元/m³计算。
5.三种方案的末端及辅助设备的配置相当，运行费用基本相同，在此不做详细计算。
二、地源热泵空调系统运行费用计算
根据该项目的负荷及所选的主机，夏季运行时极端情况两台主机全开，冬季制热时极端情况下一台主机全开，一台主机40%开启，则空调主机的功耗为：
制冷功率：
81*2=162KW制热功率：
114+114*0.4=159.6KW
季节
负荷百分比
时间百分比
运行费用
（元）
夏季制冷
25%
20%
162kw×25%×20%×1440h×1元/kwh
11664
50%
20%
162kw×50%×20%×1440h×1元/kwh
23328
75%
50%
162Kw×75%×50%×1440h×1元/kwh
87480
100%
10%
162kw×100%×10%×1440h×1元/kwh
23328
冬季制热
25%
20%
159.6kw×25%×20%×1200h×1元/kwh
9576
50%
20%
159.6kw×50%×20%×1200h×1元/kwh
19152
75%
50%
159.6kw×75%×50%×1200h×1元/kwh
71820
100%
10%
159.6kw×100%×10%×1200h×1元/kwh
19152
总计
265500
三、燃气溴化锂空调系统运行费用计算
燃气溴化锂中央空调系统夏季依靠燃气溴化锂机组制冷，冬季通过燃气燃气溴化锂机组制热采暖，燃气溴化锂机组制冷量1163KW，制热量897KW。
根据该项目的负荷，燃气溴化锂机组夏季耗气量为84.5m³（计入损耗），冬季耗气量为96.1m³（计入损耗）。
季节
负荷百分比
时间百分比
运行费用
（元）
夏季制冷
25%
20%
84.5×25%×20%×1440h×3.5元/m³
21294
50%
20%
84.5×50%×20%×1440h×3.5元/m³
42588
75%
50%
84.5×75%×50%×1440h×3.5元/m³
159705
100%
10%
84.5×100%×10%×1440h×3.5元/m³
42588
冬季制热
25%
20%
96.1×25%×20%×1200h×3.5元/m³
20181
50%
20%
96.1×50%×20%×1200h×3.5元/m³
40362
75%
50%
96.1×75%×50%×1200h×3.5元/m³
151357.5
100%
10%
96.1×100%×10%×1200h×3.5元/m³
40362
总计
518437.5
四、常规空调系统运行费用计算
常规空调系统夏季依靠螺杆式冷水机组制冷，冬季制热采用燃气锅炉，通过板式换热器转换热水进行采暖。
根据该项目的负荷，冷水水冷螺杆机组的满负荷工作时的功率为185kw，冬季耗天然气量为87m³（计入损耗，天然气热值8500大卡/Nm3，锅炉效率按90%）。
季节
负荷百分比
时间百分比
运行费用
（元）
夏季制冷
25%
20%
185kw×25%×20%×1440h×1元/kwh
13320
50%
20%
185kw×50%×20%×1440h×1元/kwh
26640
75%
50%
185Kw×75%×50%×1440h×1元/kwh
99900
100%
10%
185kw×100%×10%×1440h×1元/kwh
26640
冬季制热
25%
20%
87×25%×20%×1200h×3.5元/m³
18270
50%
20%
87×50%×20%×1200h×3.5元/m³
36540
75%
50%
87×75%×50%×1200h×3.5元/m³
137025
100%
10%
87×100%×10%×1200h×3.5元/m³
36540
总计
384875
五、运行费用综合比较
1、三种方案运行费用统计表
系统
夏季空调运行费用（元）
冬季采暖运行费用（元）
合计
备注
地源热泵空调系统
145800
119700
265500
燃气溴化锂
266175
252262.5
518437.5
常规空调
166500
218375
384875
由上可知，采用地源热泵空调系统比采用常规空调系统每年节约运行费用119375元，采用地源热泵空调系统比采用蒸汽溴化锂系统每年节约运行费用252937.5元。
2、三种方案运行费用比较表
系统
比常规空调运行费用节省金额（元）
比常规空调运行费用节省比例
比溴化锂系统运行费用节省比例
地源热泵空调系统
119375
31%
48.8%
燃气溴化锂
-133562.5
-34.7%
0
常规空调
0
0
25.8%
第五章初投资分析
几种空调方式的初投资分析见下表：
1、三种方案初投资统计表
单位：
万元
系统
地源热泵
燃气溴化锂
常规空调系统
主机
87
135
85
末端设备及安装
176
176
176
辅助设备
10
35
28
机房安装
40
65
55
天然气初装费及锅炉房安装
/
55
110
地埋管部分
220
/
/
合计
533
461
454
2、三种方案初投资比较表
系统
比常规空调初投资费用节省金额（万元）
比常规空调初投资费用节省比例
比燃气溴化锂初投资费用节省比例
地源热泵空调系统
-79
-17%
-15.6%
燃气溴化锂
-7
-2%
0
常规空调
0
0
2%
结论：
采用地源热泵空调系统比常规空调系统初投资增加约17%，运行费用节省约31%，可在6年内收回初投资，如考虑节能补贴约40万元，即可在2.7年内收回投资。
采用地源热泵空调系统比燃气溴化锂系统初投资增加约15.6%，运行费用节省约48.8%。
因此本项目推荐采用地源热泵空调系统。
第六章
部分类似业绩表
工程名称
建筑面积（M2）
工程内容
备注
中国建设银行三峡分行业务综合楼中央空调系统工程
35000
节能环保型中央空调系统安装工程
水源热泵
湖北省林业局
9700
水、电及采暖安装工程
中国光大银行武汉分公司
7200
中央空调系统安装工程
湖北省中医院中山路门诊楼
5000
中央空调系统安装工程
水果湖教育厅
20000
水、电及采暖工程安装
湖北武黄高速武东管理处
4800
水、电及中央空调
系统安装工程
黄梅消防中队
2500
采暖工程安装工程
宜昌消防中队
3700
采暖工程安装工程
宜都市公安消防大队
3300
采暖工程安装工程
宜昌市夷陵区公安消防大队
3500
采暖工程安装工程
通山县消防大队
2800
采暖工程安装工程
武汉大学法学大楼
17000
水、电及中央空调
系统安装工程
武汉理工大学绍逸夫图书馆
18000
水、电、通风、综合布线、有线电视及安防监控工程
湖北工业大学文科教学楼
20000
水、电及中央空调系统安装工程
中国地质大学科研实习基地
30000
水、电及中央空调系统安装工程
凯迪水务有限公司
6000
中央空调系统安装工程
保利华都2、5号小区建设
60000
水、电、通风及综合布线系统安装工程
武汉职业学院体育馆空调工程
11093
水、电及中央空调
系统安装工程
湖北省中医院（光谷院区）住院部大楼空调工程
12000
中央空调
系统安装工程
百瑞景中央生活区营销中心中央空调工程
4500
节能环保型中央空调系统安装工程
北京博洛尼望京桥会所空调工程
8500
节能环保型中央空调系统安装工程
凯迪大厦新增中央空调项目
30000
节能环保型中央空调系统安装工程
冰蓄冷
中国家俱CBD（A区）中央空调工程
50000
中央空调系统安装工程
工程名称
建筑面积（M2）
工程内容
备注
武汉曲美楼中央空调工程
8500
节能环保型中央空调系统安装工程
现代·森林小镇项目3.4.7.8号楼安装工程
31591.6
水、电、综合布线系统安装工程
欢乐空间KTV中央空调改造工程
7000
中央空调系统安装工程
中国家俱CBD（C区）中央空调工程
50000
中央空调系统安装工程，（包含送排风、防排烟、空调风系统、空调水系统及设备安装工程）
华工体育中心
12000
水、电及中央空调
系统安装工程
武汉理工大学马房山综合大楼空调系统工程
14000
节能环保型中央空调系统安装工程
地源热泵
武汉汉阳国际博览中心地源热泵空调系统工程
540000
节能环保型中央空调系统安装工程
地源热泵
黄石一中
62000
节能环保型中央空调系统安装工程
地源热泵
国家中医临床研究基地湖北综合大楼
50000
节能环保型中央空调系统安装工程
地源热泵
工程名称
建筑面积（M2）
工程内容
备注
红安县人民医院中央空调工程
20000
中央空调系统安装工程
黄州区人民医院新区中央空调工程
50000
节能环保型中央空调系统安装工程
地源热泵
兴业银行大厦空调工程
44000
中央空调
系统安装工程
广州苏宁
180000
水、电、通风及综合布线系统安装工程
鄂州建筑节能及地理信息新技术开发中心
30000
节能环保型中央空调系统安装工程
地源热泵
仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.
NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.
Pourl'étudeetlarechercheuniquementàdesfinspersonnelles;pasàdesfinscommerciales.
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