湘江江水源热泵空调系统设计方案.docx
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湘江江水源热泵空调系统设计方案
中泰财富湘江江水源热泵
中央空调系统
项
目
建
议
书
第一章项目概况5
1.1项目简介5
1.2项目负荷及能源价格7
1.2.1项目负荷7
1.2.2当地能源价格8
1.3项目发展背景9
1.3.1能源背景9
1.3.2相关政策11
1.4编制依据13
1.4.1空调系统相关规13
1.4.2智能控制相关规14
第二章项目空调技术方案设计15
2.1项目系统形式15
2.2水源热泵技术16
2.2.1水源热泵系统技术原理1.6
2.2.2水源热泵系统的特点1.7
2.3水源热泵系统设计19
2.3.1能源中心面积及装机配置19
2.3.2能源中心配电容量20
233水源热泵系统水源水小时流量的计算20
234取回水方式确定20
2.3.5取回水管线的布置23
2.3.6水源水管确定24
2.3.7水处理主要措施24
2.3.8水处理工艺流程25
第三章年运行费用及初投资分析26
3.1系统年运行费用26
3.1.1夏季运行成本26
3.1.2冬季运行成本26
3.1.3年运行维护成本27
3.2系统初投资28
3.2.1投资估算围及容28
3.2.2投资费用估算表29
第四章商业合作模式32
4.1合同能源管理32
4.1.1合同能源管理EPC操作模式32
4.1.2合同能源管理EPC操作流程32
4.1.3合同能源管理融资模型34
4.1.4合同能源管理盈利模型35
4.1.5合同能源管理合作模式35
4.2设计施工总承包36
4.3合作模式的建议
36
第一章项目概况
1.1项目简介
中泰？
财富湘江地处滨江南路与衡山路（规划中）交叉口，总占地206.55亩，规划总建筑面积约为64万平方米，总投资约为25亿元人民币，是株洲中泰房地产开发有限公司进军株洲的开山之作。
项目紧邻长江南路、滨江南路两大
城市干道，交通快捷，出行方便。
项目东拥风光旖旎湘江风光带、烟波浩渺波光粼粼的湘江、堆绿叠翠的山地生态公园，空气清新，是株洲最为宜居之地。
中泰？
财富湘江项目涵盖滨江大宅、园景公寓、主题独立商业三大物业形态，由32栋高层半围合布局，新古典主义的建筑立面风格，ArtDeco的时尚演绎，
俯江瞰山大势蔚然。
高雅建筑和碧波荡漾的湘江、满眼皆绿的永久性生态公园（枫溪山生态公园）融为一体，舒展成一幅人居山水图。
目前正在开发的是中泰财富湘江一期项目，总占地4万平方米，总建筑面积15万平方米，计划于2012年年底开工，2014年12月竣工。
图1-1项目效果图
1.2项目负荷及能源价格
1.2.1项目负荷
本项目规划用地13.7万m2，总建筑面积63.6万m2,其中地上建筑面积49.3万卅，地下建筑面积14.1万m。
建筑类型有高层住宅、公寓、酒店式公寓、沿街商铺与集中商业、办公楼与配套公建等，其中的高层住宅占35万m,项目经
济技术指标如下：
表1-1项目经济技术指标
建筑类型
面积（m2）
公寓
24556
酒店式公寓
17500
高层住宅
350603
办公楼
19360
配套公建
6800
沿街商铺
50274
集中商业
24000
项目住宅公寓、商业办公区冷负荷指标分别取80w/m2>120w/m?
热负荷指标均取60w/m?
则可知项目空调负荷如下表:
表1-2项目空调负荷分析表
名称
建筑面积
冷负荷指
热负荷指标
同时使用系
冷负荷
热负荷
（怦）
标（w/m2）
（w/m2）
数
（kw）
（kw）
住宅公寓
392659
80
60
0.7
21989
16492
商业办公
100434
120
60
0.7
8436
4218
合计
493093
30425
20710
夏季空调制冷按120天计，冬季供热均取90天；住宅和公寓每天24小时
供能，商业办公区12小时供能；日平均负荷系数均取0.7。
由此可知该项目全
年供能量，具体如下表：
表1-3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
（小时）
平均负荷
系数
住宅公寓
120
90
21989
16492
24
0.6
商业办公
120
90
8436
4218
12
0.7
全年总冷量
46500MWH
全年总热量
24562MWH
则全年总冷量为46500MWH，全年总热量为24562MWH
1.2.2当地能源价格
1、株洲市一般工商业电价为0.906元/KWh；
2、市政自来水价格为2.83元/立方米；
3、株洲市天然气价格为3.0元/立方米；
1.3项目发展背景
1.3.1能源背景
1、全球能源背景
能源已经成为全球经济与社会发展的基本动力，而矿物能源消费的迅速增长是造成环境恶化的主要因。
特别是近100年来，全球能源消耗平均以每年3%的速度递增，到1998年，全世界一次能源消耗量已超过121亿吨标准煤。
随着全球绝大多数发展中工业化进程的加快，未来世界能源消耗仍将以3.0%的速度增长。
由于能源的大量消耗，不仅大大加快了传统化石能源的耗竭速度，同时还排放出大量的SO2、CO2、NOx和粉尘，给生态环境造成极大破坏，使得地球变暖，自然灾害频繁，严重制约了全球经济的发展。
2、我国能源背景
能源资源不足是我国目前面临的一个严重问题。
我国人口众多，人均占有资
源相对贫乏。
政府部门的统计资料显示，我国人均剩余可开采石油储量仅为3.0
吨，约为世界平均水平的1/9，石油对外依赖度已经超过40%;煤炭、天然气和森林资源的人均拥有量分别仅为世界平均值的约1/2、1/23和1/6。
按照现
有用能速度，我国目前已探明的石油资源只能使用20年，而煤炭作为我国的主
要能源资源也只能使用100年。
另一方面，我国目前的人均能源消耗水平仅为世界平均水平的55%，相当于美国人均能源消耗水平的10%，其增长潜力巨大。
一边是能源存量短缺，另一边是能源消耗快速增长，我国能源形势十分严峻。
人均能耗消费水平见图1-1。
图1-2人均能耗消费水平
我国城乡建筑每年都要消耗大量的能源。
根据统计，到2000年，房屋建筑
耗能量为3.5亿tee,约占全国总能源消耗量的27.5%，并且呈逐年稳步增长趋势。
一方面，我国正处在高速建设期，每年城乡房屋建筑竣工面积约为20亿
m2;另一方面，我国单位建筑面积能耗高，单位面积采暖能耗达到气候条件相近的发达的三倍以上。
大量的高能耗建筑的投入使用必将导致建筑能耗总量快速上升。
以我国现有建筑能耗水平计算，到2020年建筑能耗将达到10.89亿tee，为2000年的3倍，也就是说，差不多相当于2000年全国能源总消耗量。
建筑能耗增长见图1-2。
图1-3建筑能耗增长趋势图
3、环境污染
我国是世界上少数几个以煤为主要能源的之一，煤炭的消费量占能源总消费
量的75%（1996），这种消费结构给环境造成了巨大压力。
我国大气污染严重，是世界上大气污染排放最大的之一。
世界上污染最严重的十个城市中，仅中国就占了其中七个。
环境状况是我国面临的另一大问题。
2002年燃煤造成的SO2和烟尘排放量约占排放总量的70〜80%;SO2排放形成的酸雨面积已占国土面积的1/3;CO2排放量约9.0亿吨，约占全球排放总量的13%。
中国主要污染物排放总量均居世界第一位。
城市热岛效应也日益严重。
环境污染直接或间接造成的经济损失占国民生产总值的比例已经达到3〜4%。
1.3.2相关政策
毋庸讳言，能源和环保问题已经成为制约我国经济增长、实现到2020年人均国生产总值在2000年基础上翻两番的国民经济发展战略目标的瓶颈因素。
为此，中央提出建设节约型社会、构建资源节约型和环境友好型社会的战略目标，
从而促进能源、环境和经济社会的协调、和谐、可持续发展
2007年10月15日锦涛主席在代表十六届中央委员会向十七大作报告时，提出了实现全面建设小康社会奋斗目标的新要求，指出进一步的工作方向为“建
设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消
费模式”。
国务院办公厅发布了一系列关于节能减排的通知。
国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知中，明确指出开发利用可再生能源。
国务院关于加强节能工作的决定指出，推进建筑节能，全面实施重点节能工程。
发展与改革委员会编制了“中长期节能专项规划”，建筑节能被列为重点节能领域之一，建筑节能工程成为十大节能工程之一，建筑节能工程包括：
新建建筑全面严格执行50%节能标准，四个直辖市和北方严寒、寒冷地区实施新建建筑节能65%的标准，
并实行全过程严格监管。
建设低能耗、超低能耗建筑以及可再生能源与建筑一体化示工程，对现有居住建筑和公共建筑进行城市级示改造，推进新型墙体材料和节能建材产业化。
建设部制定了“建设部建筑节能’九五’计划及2010年规划”、“建设部建筑节能‘十五’计划纲要”、“建设部建筑节能技术政策”、“民用建筑节能管理规定”、“关于固定资产投资工程项目可行性研究报告节能篇（章）编制及评估的规定”等一系列政策、规定。
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中指出，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，保证能源安全的重要举措；推进可再生能源在建筑中应用是实施能源战略的必然选择；推进可再生能源在建筑中应用是满足能源需求日益增长，改善人民生活质量，提高建筑用能效率的现实要求。
重点支持相关技术领域中应用可再生能源的示工程、技术集成及标准制定，其中包括地表水及地下水丰富地区利用淡水源热泵技术供热制冷工程。
近年来，为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，
促进经济社会全面协调可持续发展，1997年颁布了《中华人民国节约能源法》；为促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展，2005年颁布了《中华人民国可再生能
源法》，鼓励城镇建筑及其住户采用可再生能源供暖、制冷、制备生活热水。
与
此同时，《公共建筑节能设计标准》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》、《建筑照明设计标准》等一系列节能标准相继出台，《建筑能效测评与标识管理办法》与《建筑能效测评与标识技术导则》已进入征求意见阶段，《居住建筑节能设计标准》也在编制中。
各地方也相继编制了地方性节能标准实施细则以及相关的节能检验标准。
各级政府部门的高度重视和相关法律、规章、标准的颁布执行必将推动我国建筑节能工作的发展。
可以说，建筑节能已成为我国国民经济发展中的一个重要方面，建筑的节能环保已经成为当今建筑产业发展的一个重要方向，相关产业的
发展刻不容缓。
1.4编制依据
1.4.1空调系统相关规
1、《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）
2、《采暖通风与空气调节设计规》（GB50019-2003）
3、《全国民用建筑工程设计技术措施一暖通空调•动力》（2009）
4、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26—2010）
5、《地源热泵系统工程技术规》（GB50366-2005）
6、《城市热力网设计规》（CJJ34-2002）
（2009）
7、《全国民用建筑工程设计技术措施一给水排水》
8、《建筑给水排水设计规》（GB50015-2003）
9、《公共建筑节能设计标准省实施细则》
1.4.2智能控制相关规
1、《智能化系统工程检测规程》（DB32/365-1999
2、《民用建筑电气设计规》（JCJ/T16-92）
3、《智能建筑设计标准》（DBJ-08-47-95）
4、《电气装置工程施工及验收规》（GBJ232-82）
5、《自动控制设计规》（采暖、通风和空气调节系统）
第二章项目空调技术方案设计
2.1项目系统形式
中泰？
财富湘江项目所在地临近湘江，水资源丰富，该项目拟采用江水源热泵系统，取用湘江中的江水做为空调系统的冷热源，拟建立一个能源中心，向项目各建筑集中供能。
在冬季极端状况下用电锅炉辅助供热。
能源站选址：
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，从项目附近湘江上游取水，下游回水，能源站位置如下图所示:
图2-1能源站位置示意图
2.2水源热泵技术
2.2.1水源热泵系统技术原理
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2-2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10〜28C,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%。
2.2.2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10-22J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18-35C,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，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。
2.3水源热泵系统设计
2.3.1能源中心面积及装机配置
该项目能源中心装机冷负荷为30.425MW，拟配置6MW的水源热泵主机
4台，7MW水源热泵主机1台，考虑冬季最不利工况下，热泵系统效率低下，
增设电锅炉辅助调节负荷，电锅炉装机8.8MW。
能源中心的机房面积约1500
m2。
2.3.2能源中心配电容量
能源中心装机冷负荷为30.425MW,夏季系统COP约为3.8,并考虑10%的配电余量，则装机配电量预估为9MW。
2.3.3水源热泵系统水源水小时流量的计算
1、夏季热泵主机水源水最大小时取水流量的计算
夏季最大冷负荷为30425KW，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30425x（1+1/4.5）kw=37186kw，水源水进出水温度为25/32C,温差为7C。
则夏季小时最大需水源水量为:
q口空37186°8594563.3m3/h
t7
式中：
q——水源水小时流量，m3/h;
Q冷凝器总的换热量，kw；
At-----冷凝器换热温差，°C。
2.3.4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2-3）。
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。
須/
.■
图2-3江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，粗砂将在斗槽沉淀，冰凌则在槽上浮。
中国西北地区有多处斗槽式取水构筑物。
图2-4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2-5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2-6，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。
图2-6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，建议该项目采用江边进水式取水方式。
由取水头部、进水管、集水井组成。
源水输送采用重力自流式或泵房加压送至能源站的方式，利用水源站室循环水处理泵的余压提升回水至江里。
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。
235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：
取水管线直接在能源站所在空地下埋管铺设进能源站。
回水管线也通过地下埋管铺设，排水口可设置若干个喷头，扩大排水区域,使得排水口附近的局部温升控制在环境允许之。
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。
236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=2.6m/s，则水源水管半径r:
则水源水管径经综合考虑，规格取DN8002、所需水源水管长度估算
由于项目所在区域临靠湘江，则水源水取回水管总长度预估为1000m2.3.7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。
238水处理工艺流程
图2-7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。
第三章年运行费用及初投资分析
3.1系统年运行费用
3.1.1夏季运行成本
1、该项目全年总制冷量为46500MWH。
夏季采用水源热泵空调系统供冷，由于江水温度一般为27〜28C,较冷却塔32C的进水温度低4〜5C,对于主机而言，冷却水温度每降低「C,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
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