可再生能源与建筑集成技术应用示范工程可行性研究报告.docx
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可再生能源与建筑集成技术应用示范工程可行性研究报告
一、基本概况
（一）、哈尔滨概况
黑龙江司法警官学院在哈尔滨市学府路383号。
哈尔滨市位于东经125°42′～130°10′、北纬44°04′～46°40′之间，地处中国东北北部地区，黑龙江省南部。
哈尔滨境内的大小河流均属于松花江水系和牡丹江水系，全年平均降水量569.1毫米，夏季占全年降水量的60%。
哈尔滨的气候属中温带大陆性季风气候，特点是四季分明，春季山野披绿、满城丁香；夏季清凉宜人、休闲避暑；秋季秋高气爽、层林尽染；冬季银装素裹、雪韵冰情。
冬季1月平均气温约零下22度；夏季7月的平均气温约21度。
哈尔滨地域广阔，土地肥沃，雨水充沛，空气清爽，是中国重要的商品粮生产基地，是发展食品加工业和农业经济的理想地点。
这片广阔的黑土地堪称中国最肥沃的土壤，适合种植各种食用和纺织用农作物。
大豆、马铃薯、亚麻、甜菜等农产品产量居全国之首；貂皮、猪鬃、马尾、黑木耳、猴头蘑、黑加伦、蕨菜、蜂王浆、椴树蜜等土特产品驰名中外；药用植物防风、甘草、刺五加、人参、黄芪等名贵药材的质量属全国上乘；哈尔滨的东部和北部生长着红松、白松、水曲柳、黄柏等珍贵树种--这些产品为加工业提供了充足的原料。
哈尔滨市境内的大小河流均属于松花江水系和牡丹江水系，主要有松花江、呼兰河、阿什河、拉林河、牤牛河、蚂蜒河、东亮珠河、泥河、漂河、蜚克图河、少陵河、五岳河、倭肯河等。
松花江发源于吉林省长白山天池，其干流由西向东贯穿哈尔滨市地区中部，是全市灌溉量最大的河道。
一年中降水主要集中在6～9月，占全年降水量的70%以上。
解放以来，全市最大水利工程——西泉眼水库工程，1996年已经合龙蓄水，水库控制流域面积1151平方公里，库面面积40.86平方公里。
水库建成后，新增灌溉面积15133.3公顷。
哈尔滨水资源特点是自产水偏少，过境水较丰，时空分布不均，表征为东富西贫。
全市水资源人均占有量为1630立方米。
2008年，哈尔滨市全年实现地区生产总值2868.2亿元，按可比价格计算比上年增长13.2%，连续15年保持两位数增长。
其中，第一产业实现增加值390.2亿元，增长6.9%；第二产业实现增加值1077.6亿元，增长14.5%；第三产业实现增加值1400.4亿元，增长13.9%。
三次产业对经济增长的贡献率分别为7.5%、40.7%和51.8%。
三次产业结构为13.6∶37.6∶48.8。
人均地区生产总值29012元，比上年增长12.6%。
改革开放特别是进入新世纪以来，全局各级党政组织以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，全面贯彻党的十六大和十六届三中、四中、五中全会精神，以科学发展观为统领，以快发展大发展为主题，以职工增收企业增效为根本出发点，以建设现代农业和产业化经营为重点，坚定不移地实施富民强局战略，实现了经济持续快速健康发展，促进了各项社会事业全面进步，开创了分局改革开放和率先实现农业现代化的新局面。
（二）、黑龙江司法警官职业技术学院基本概况
黑龙江司法警官职业技术学院，空调面积为11440平米。
目前大部分地区冬季采暖的主要燃料仍然是以燃煤为主，所以冬季采暖期的燃煤污染，严重威胁市民的健康，也困扰着城市的管理者。
近年来，我国各大中城市在新能源和可再生能源方面发展较快，但总起来说新能源和可再生能源的使用严重不足，与经济的发展不相称。
目前发展较快的新能源有风能和太阳能等。
作为高效的能源利用技术，热泵技术还未得到快速发展，特别是浅层地能在建筑供暖和热水供应方面应用比较少。
利用浅层地能的水源热泵系统具有环保、节能、运行成本低、保护水资源等显著特点，其主要能量取自浅层地下，使用这一系统，将使建筑总能耗的50%以上来自可再生能源，是增加能源供给，改善区域供暖能源结构的重要战略技术措施；同时它无燃烧、无任何固态、液态和气态污染物排放，也不排放造成温室效应的CO2等有害气体，可有效的改善采暖期的空气质量。
总体来说，新能源和可再生能源在能源结构中的比例很小，仅占能源总消费量的1.27%，还有很大的发展空间，特别是利用浅层地能供暖将成为建筑供暖的首选。
为进一步响应国家节约能源的号召，准备选用浅层地能作为小区采暖制热能源。
二、示范目标及主要内容
本项目示范目标为利用可再生能源――浅层地能替代原有的燃煤锅炉，为总建筑面积约11440平方米的黑龙江司法警官职业技术学院提供冬季采暖、夏季制冷，使住宅建筑冬季供暖能源能耗指标相当于8.82kg/m2标准煤，夏季制冷比传统的空调制冷节约50%的电能。
根据本项目建筑性质，示范主要内容为：
利用具有我国自主知识产权的地源热泵系统浅层地能（热）采集技术和成熟的热泵技术相结合，实现建筑物的供暖、供冷。
它的工作原理是以地下水为介质，利用采集井及井内采集装置，实现地下水与周边浅层土壤及砂岩的热交换，从土壤、砂岩中取热，实现抽水与回灌在能量交换与流量间的动态平衡及能量采集过程，采集浅层土壤中的可再生低品位能量，利用热泵技术将低品位能量提升为高品位能量，再释放到使用空间。
水源热泵系统系统采集浅层地能（热），可实现每消耗1KW电能获得4KW电以上的热效果和5KW以上的冷效果，因此运行费用低。
利用可再生能源的水热泵系统具有环保、节能、运行成本低、保护水资源等显著特点，其主要能量取自浅层地下，使用这一系统，将使建筑总能耗的50%以上来自可再生能源，是增加能源供给，改善学院供暖能源结构的重要战略技术措施；同时将大大提升该学院环境的品质，为该学院增添新绿色、环保的亮点，为住户营造一个良好的居住环境。
三、工程示范技术方案
1、冷、热负荷估算
根据《暖通空调设计手册》，单位建筑面积热指标取65W/㎡；单位建筑面积冷负荷指标取90W/㎡，取同时负荷系数0.7。
（1）建筑物的冷热负荷采用面积负荷指标估算的方法计算。
热负荷：
Qr＝F·q1/1000，
式中：
F—供暖面积（㎡）q1—热负荷指标（W/㎡）
冷负荷：
Ql＝n·F·q2/1000
式中：
F—制冷面积（㎡）
q2—冷负荷指标（W/m2）n—冷负荷同时使用系数
热负荷Qr＝11440×65＝744kW
冷负荷Ql＝11440×90×0.7＝721kW
2、供热供冷系统
（1）能量采集系统部分
能量采集系统是热泵系统的重要组成部分，它是能量提升系统能否安全、稳定、可靠、经济运行的根本保证。
根据黑龙江省水文地质工程地质勘察院对该学院进行地下水回灌试验报告可知，该学院地下水PH值为7.53，地下水温度为6～6.5℃。
1号回灌井的实际回灌量36.60m3/h，最大回灌量47.30m3/h；1号回灌井实际回灌量23.01m3/h，最大回灌量23.60m3/h。
2号回灌井比1号回灌井的回灌效果差。
建议在生产中2号井作为抽水井，1、3号井作为回灌井。
该地区的地下水温度在6，需要适当的增加水源水量，总的井水循环水量为188m3/h。
单井的出水量大约在63m3/h左右，因此需要3口抽水井6口回灌水井，共计9口水井。
具体井的数量根据成井后校合。
水源井设在建筑物附近绿化用地内，采用暗井方式，成井后井口与普通市政井盖完全相同，以确保其设置不影响整个建筑物的总体布局，并能与周围环境和谐统一。
水井距建筑物10m以上，相邻2井的距离在大于25m，具体需要的用地面积，需要根据建筑物的位置及绿地大小校合。
水源热泵的能量采集系统是一种以水为介质的土壤换热装置而不是取水装置。
水源热泵在能量采集的过程中抽取地下水时没有扰动和带走地下沙石即未改变地下土质结构，且水体质量各项指标在出水和回灌水中除水温外均没用明显变化，未对地下水质量造成影响。
水源井的抽回水井数量以一定比例配置，保证了地下水的顺利回灌亦保证了原有土壤组成成分。
抽灌过程中不会发生移沙，地面不会出现下沉及水量损失等各种不利现象。
据此，水源井对建筑物的基础无任何不良影响。
（2）能量提升系统部分
根据本工程热负荷并结合我公司地能热泵的特点，选用地能热泵型号及数量见下表，满足建筑物的冬季供暖需要。
名称
机组
装机制热容量（kW）
装机制冷容量（kW）
型号
数量
机房
YSSR800A/2
1
894
814
单台YSSR800A/2机组在标准工况下的性能参数：
制热量：
894kW制热功率：
204.4kW
制冷量：
814kW制冷功率：
153.4kW
用户侧流量：
140.0m3/h
机组尺寸4470mm×1280mm×2105mm
（3）能量释放系统部分
根据建筑物使用性质，本项目末端系统采用地板辐射采暖系统满足建筑物冬季采暖。
此系统可以根据用户的使用要求，灵活启停，节约能源，节省运行费用，是目前所有采暖方式种最为节能舒适的末端形式。
3、主要设备
序号
设备名称
设备型号
数量
功率
（kW）
设备参数
（单台）
备注
1
地能热泵
YSSR800A/2
1
制热204.4
制热153.4
制热量894kW
制热量814kW
2
末端循环泵
QPG125-315
2
22
流量160m3/h
扬程32.0m
一台备用
3
软水箱
1000×1000×1500
1
容积1.5m3
4
全自动软水器
TF-300
1
1.0－2.0m3/h
5
定压罐
NDB-1.0
1
DN800
6
补水泵
QPG25-160
2
2.2
流量2m3/h
扬程32m
7
除砂器
TTX（Ⅱ）-200
1
最大流量：
158-280m3/h
8
除污器
CKG-6P
2
最大流量：
190t/h
9
潜水泵
250QJ63-48
3
15
流量63m3/h
扬程48m
4、可再生能源方案论述
（1）采用可再生能源――水源热泵系统取代传统燃煤锅炉及传统制冷方式，可使本工程建筑供暖能源50％以上来自浅层地能，为建筑群体的能源利用提升了品质，为打造绿色生态建筑奠定了基础。
（2）可根据建筑的不同功能与特点采用分布冷热源机房布置，冷热源布局分布合理，节省建筑面积，便于运行管理，便于能源消耗的计量管理，方便终端用户。
（3）水源热泵系统与常规传统热源相比，更具节能、环保特点，实现了区域零污染、零排放，与周边环境和谐。
四、技术经济分析
1、工程项目投资概算
表1：
估算价格汇总表
工程名称
水源热泵系统工程
建筑面积:
11440m2
序号
单项名称
设备、主材费
安装费
合计造价
单位价格
（元/㎡）
1
能量采集系统
1020464
118045
1138509
99.52
2
能量提升系统
839220
79046
938266
82.02
小计
3
能量释放系统
1144000
343200
1487200
130
合计
1973684
540291
3563976
311.54
说明：
（1）本估算价格按照设计方案估算工程量,依据2001年黑龙江省建设工程预算定额、文件汇编以及相应的取费标准等编制而成；
（2）其中：
安装费包含人工费、机械费、辅材费、现场经费、企业管理费、利润、税金等；
（3）材料、设备价格采用当地现行市场价；
（4）本估算价格包含采集系统外线部分费用；
（5）末端配置：
末端采用地板采暖系统。
表2：
地源热泵系统工程估算价格清单
2、示范增量成本概算
（1）采用传统燃煤锅炉形式＋传统中央空调投资概算如下：
根据热负荷计算需选用2台型号为DZL1.5-1/95/70-A
的1.5吨燃煤锅炉（一用一备），则
锅炉房等投资费用：
88万元
末端系统投资费用：
148.72万元
中央空调设备及安装费用：
72.2万元
合计：
308.92万元
（2）采用水源热泵系统冷热源部分概算如下:
能量采集部分:
113.85万元
能量提升部分:
93.83万元
能量释放部分：
148.72万元
合计:
354.40万元
（3）示范增量成本概算为45.48万元
3、资金落实情况
本项目总投资354.4万元，拟申请政府资金补助40万元。
五、效益分析
（一）、节能预测分析
采用水源热泵技术为建筑物提供冷热源是今后我国供暖、制冷发展的重要方向，目前的技术水平是水源热泵的性能系数COP可达到3.5～4.5，空气源热泵的性能系数COP可达到2.0～3.0。
这样，水源热泵系统的采暖综合效率可达到100%以上，空气源热泵的综合效率也可达60～80%。
即使在目前的技术水平下，热泵系统也具有很好的节能效益。
在热泵系统具有很好的节能效益的同时，可以大幅度降低系统运行成本，因而也具有很好的经济效益。
根据全市未来建筑的发展预测，年均公建竣工面积约为5万平米，则年节能量约为0.2万吨标煤左右，如果到2010年有10万平方米公共建筑采用热泵采暖，则届时年节能量可达0.2万吨标煤左右。
由于热泵的技术先进性和能源利用效率很高，因而具有很好的示范效果，将会在很大程度上推动节能工作的进展。
●水源热泵系统运行经济性分析
1、冬季供暖经济分析
（1）热负荷计算：
采暖热负荷为744kW。
（2）采暖天数：
180天，每天14小时
（3）热负荷平均系数：
φr=
=0.63
（4）采暖年热负荷：
Qy=n·n1×Qr×φr=180×14×744×0.63
=118.1×104kW·h/年
（5）能量提升器消耗的电能：
Ny1=Qy/4.0=118.1×104/4.0=29.5×104kW·h/年
（6）能量采集消耗的电能：
（补水泵间歇运行,且用电量不大难以计算，故忽略不计）
Ny2=180×14×（22+15×3）×0.63=10.6×104kW·h/年
（7）年总电能消耗量
Ny=Ny1+Ny2=（29.5+10.6）×104=40.1×104kW·h/年
（8）折合每平米采暖用电量
E=40.1×104/11440=35.0kW·h/m2·采暖季
（9）电费：
每度电价按Sp1=0.5元/kW·h
采暖部分折合每平米每个采暖季的用电费用
S1=Sp1·E=0.5×35.0=17.5元/m2·采暖季
（10）年运行费用
电费C1=S1×F=17.5×11440=20.0万元
2、夏季制冷经济分析
（1）冷负荷为721kW。
（2）制冷天数：
60天
（3）冷负荷平均系数：
φl=0.6
（4）年冷负荷：
Qy=n·n1×Ql×φl=60×14×721×0.6=36.3×104kW·h/年
（5）能量提升消耗的电能：
Ny1=Qy/5.1=36.3×104/5.0
=7.3×104kW·h/年
（6）能量采集消耗的电能：
Ny2=60×14×（22+15×3）×0.6=3.4×104kW·h/年
（7）年总电能消耗量：
Ny=Ny1+Ny2=（7.3+3.4）×104=10.7×104kW·h/年
（8）折合每平米制冷用电量
E=10.7×104/11440=9.4kW·h/m2·年
（9）电费：
按电价为0.5元/kW·h计算
制冷部分折合每平米每个制冷季的用电费用
S1=0.5·E=0.5×9.4=4.7元/m2·制冷季
（10）每年制冷总费用:
S=4.7×11440=5.4万元
3、结论
冬季年运行费用：
20.0万元；
单位面积供暖费用：
17.5元/平方米·采暖季
夏季年运行费用：
5.4万元；
单位面积制冷费用：
4.7元/平方米·制冷季
年运行费用：
25.4万元。
●燃煤锅炉冬季供暖运行经济分析
（1）年热负荷：
Qy＝187.5×104kW·h/年
（2）年燃煤消耗量：
二类燃煤：
QydW=16490kJ/kg=4.58kW.h/kg
锅炉热效率：
η=0.74
B=
=（187.5×104）÷（4.58×0.74）=553.2吨/采暖季
（3）燃煤年费用：
（每吨煤按价格q1=800元/吨）
S1=B·q1=800×553.2=44.3万元/采暖季
（4）末端循环泵消耗电能的费用：
Ny3=180×14×（22+15×3）×0.63=10.6×104kW·h/年
S2=0.5×10.6×104=5.3万元/采暖季
（5）采暖季运行总费用：
S=S1+S2=44.3+5.3=49.6万元/采暖季
（6）折合每m2采暖运行费：
A1=
=49.6×104/11440=43.4元/m2·采暖季
●中央空调夏季制冷运行经济分析
（1）冷负荷为721kW
（2）制冷天数：
60天，每天运行14小时
（3）冷负荷平均系数：
φl=0.6
（4）年冷负荷：
Qy=n·n1×Ql×φl=60×14×721×0.6=36.3×104kW·h/年
（5）年消耗的电能：
Ny1=Qy/2.8=36.3×104/2.5
=14.5×104kW·h/年
（6）折合每平米制冷用电量
E=14.5×104/11440=12.7kW·h/m2·年
（7）电费：
按电价为0.5元/kW·h计算
制冷部分折合每平米每个制冷季的用电费用
S1=0.5·E=0.5×12.7=6.4元/m2·制冷季
（8）每年制冷总费用:
S=6.4×11440=7.3万元
●维修维护费用及运行管理费用分析：
（1）水源热泵系统维修维护费用：
3.2万元；
（2）燃煤锅炉＋中央空调维修维护费用：
12.4万元；
（3）水源热泵系统运行管理费用：
4.8万元；
（4）燃煤锅炉＋中央空调运行管理费用：
6.4万元；
●年运行费用汇总对比表:
项目
地源热泵系统
燃煤锅炉+中央空调
供暖（万元）
20.0
49.6
制冷（万元）
5.4
（使用中央空调）7.3
维修费用（万元）
3.2
12.4
管理费用（万元）
4.8
6.4
年费用合计（万元）
节省费用（万元）
42.3
（二）、环境影响分析
1.144万平米建筑采用不同能源供暖方式原始污染物排放量（连续供暖）
供暖燃料
燃料耗量
排烟量
四大污染源（原始排放量）
颗粒物
SO2
NOX
CO2
kg/h
吨/季
Nm3/h
万Nm3/季
kg/h
t/季
kg/h
t/季
kg/h
t/季
kg/h
t/季
1
煤
α=1.8
北京低硫神华煤
η=0.78
189
600
（5340标）
2268
735
4.5
12
1.1
4.5
2
6
450
1455
全国AⅡ烟煤
η=0.75
285
924
（5580标）
2343
759
20
69
9.5
30
3
9.5
585
1425
2
油
α=1.2
柴油
η=0.85
103
336
1480
480
0.010
0.034
0.52
1.5
1.5
2
322
1050
3
气
α=1.2
天然气
η=0.9
1215Nm3/h
39万Nm3/季
1428
462
0
0
0.7
2.5
243
787
4
电
——
直接用煤电（AⅡ）
η=0.3
712
2308
13905（标）
5857
1897
52
172
22
70
7.5
20
1087
3562
5
水源热泵系统
煤电
（AⅡ）
178
577
3480（标）
1464
474
13
43
5
18.5
1.8
6
271
891
节约560kW火电
534
1729
10425（标）
4393
1423
39
129
16
56.5
5.7
18
816
2671
风、水、核电
262（kW）
0
0
0
0
0
说明：
1、建筑物热指标按65W/㎡计算，1万平方米建筑采用1吨/时锅炉（相当700kW热功率）机组；系统总配电750kW；
2、供暖天数为180天/季，每天14小时；
3、效率为：
燃煤η=0.75，燃煤（神华）η=0.78，燃油η=0.85，燃气η=0.9，煤电η=0.3；
4、燃料热值为：
按全国Ⅱ类烟煤计算，热值Q低=17693KJ/㎏；按北京低硫煤计算，Q神华=25664KJ/kg；
柴油0号，热值Q低=42966KJ/㎏；陕甘宁天然气，热值Q低=35220KJ/Nm3；
5、煤电指标取400g标煤/kW，换算系数：
7000/4226=1.66；
6、初始排放浓度按环保标准限定额计算；
7、Ⅱ类烟煤含硫量1.94%，含灰量32.48%，含碳量46.55%，q4=10%；
神华低硫煤含硫量0.49%，含灰量5.86%，含碳量68.82%，q4=6%；
8、水源热泵系统选用一台YSSR800A/2热泵机组，系统配电为750/4=187.5kW，制热功率为762kW；
9、结论：
煤电并非是清洁能源，只有核电、水电才是最清洁能源。
天然气原始污染物排放最小，被认为是清洁能源，电锅炉能源利用是不经济的，水源热泵系统是用电供暖的最佳选择。
（三）、市场需求分析
水源热泵系统的推广已从国内走向国际，力度不断加大。
几年来，公司在将“把创新科技成果转变成生产力”的工作放在首位的同时，加快实现了科技成果的转化，市场推广能力不断加大。
截止到2006年底，公司推广应用的浅层水源采集利用技术工程已有600余项，建筑面积超过1000万平方米。
推广应用地区已由北京辐射至上海、天津、西藏、青海、四川、河北、山东、山西和新疆等地，形成了住宅、学校、办公、宾馆、商场、医院、场馆、厂房、污水场站和景观水池等各种类型的供热/制冷和生活热水系统。
北京永源热泵有限责任公司凭借强劲的技术优势，已经迅速发展成为行业的龙头企业。
日前北京市发改委已经批准丰台100万平方米燃煤锅炉改造项目作为使用水源热泵系统的试点工程。
在国内，若全国每年新建建筑3.4亿平方米的10%、全国原有建筑400亿平方米每年有2.5%改造中的5%使用水源热泵系统，则每年市场潜力可达8，400万平方米。
按照公司拥有市场份额20%来计算，则在未来10年内，永源热泵的年销售面积有望达到1,600万平方米。
公司今后三年的项目推广计划为：
2005年250万平方米；2006年400万平方米；2007年750万平方米。
永源热泵的热泵技术的研究与应用已经达到国际领先水平，不仅在学术上引起国际地热学界的高度重视，公司在美国、欧洲的商务谈判也都有了实质性的进展，目前已与美国俄克拉何马州立大学建立了浅层水源开发利用长期实验的合作预案，同时拟在尼布拉斯加大学建立样板工程，市场前景看好。
公司同时与蒙古国方面签订了特许经营水源热泵系统合同书，并启动完成了在乌兰巴托的第一个浅层水源采集装置系统的样板工程，并同美国俄克拉何马州立大学建立了浅层水源开发利用长期实验的合作预案，同时拟在内布拉斯加大学建立样板工程。
（四）、示范项目推广前景分析
序号
比较项目
水源热泵系统
燃煤锅炉系统＋中央空调
1
消耗的主要能源
可再生的浅层水源（热），是新型可持续发展能源。
供热：
依靠燃煤燃烧产生能量，燃烧效率低；
制冷：
中央空调需消耗大量的电能
2
系统
工作原理
冬季采集浅层地能（热），利用成熟的热泵技术装置，产生高温能量，能效比大于等于4；制冷工况下能效比大于等于5。
供热：
燃烧不可再生的一次性矿物质能源煤炭获取热能；热效率低。
制冷：
中央空调制冷效率低。
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