热泵与市政热力方案比较.docx
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热泵与市政热力方案比较
鄂尔多斯市环保局环境
监测监控中心
空调系统方案设计
北京市华清地热开发有限责任公司
2009年5月
1、工程概况4
2、设计依据4
3、冷、热负荷4
4、热泵技术简介5
5、地源热泵空调系统7
5.1、系统设备的配置7.
5.2、土壤换热器系统8.
5.3、系统设备配置表及初投资11
5.4、地源热泵空调系统行费用测算1.2
6常规空调系统13
6.1、系统设备配置表及初投资1.3
6.2、系统运行费用测算14
7、两方案对比分析15
7.1、运行费用及初投资对比15
7.2、地源热泵空调系统效益分析1.5
摘要
一、项目总体情况
建筑面积2.2万m2，夏季最大冷负荷为2530kw，单位面积冷负荷115w/m2;冬季最大热负荷为1320kw，单位面积热负荷60w/m2。
二、主要设备的配置
热泵机组：
著名品牌意大利克莱门特公司生产的PSRHH系列螺杆式热泵机组
空调循环泵：
全部为国内著名品牌上海创科公司生产的优质屏蔽泵。
三、室外换热孔配置
地源热泵系统共布置换热孔427个，双U，孔间距5米，孔深100米
四、地源热泵系统与常规空调系统对比
系统形式
初投资
运行费用
总投资（万元）
单位面积初投资（元/m2）
全年费用
（万元）
单位面积费用（元/m2）
地源热泵空调系统
810.2
368.3
67.81
30.8
常规空调系统
642.5
292.0
73.41
33.4
K清洁能源专家
St蛇
1、工程概况
2.2
该项目为内蒙古鄂尔多斯市环保局环境监测监控中心项目，建筑面积为
万平方米，冷热源需要满足建筑冬季供暖，夏季供冷需求。
2、设计依据
2.1、国家有关的规范标准和业主提供的相关资料
1、《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
2、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）
3、《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
4、《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调动力》
5、《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》
6、《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002
7、《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002
8、《供水水文地质勘察规范》GB50027-2001
9、《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101-2004J362-2004
10、《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005
2.2、室外设计参数
1、夏季空调室外计算干球温度：
32.5C
2、夏季空调室外计算湿球温度：
24.7C
3、夏季平均日较差：
10.4C
4、冬季空调室外计算干球温度：
-20C相对湿度56%
5、冬季采暖室外计算干球温度：
-18C
6、冬季通风室外计算干球温度：
-11C
7、室外平均风速：
夏季2.1m/s冬季2.4m/s
8、大气压力：
夏季940.9kPa冬季954.9kPa
3、冷、热负荷
冬季热负荷指标为：
60w/m，最大热负何为：
1320kw;
夏季冷负何指标为：
115w/m2，最大冷负荷为：
2530kw。
4、热泵技术简介
近年来由于环保要求的提高，对建筑的采暖空调方式提出了新的要求。
作为独立的建筑物，既需要冬季供暖又需要夏季空调。
根据这种实际需求，我们推荐采用当今最新技术的热泵系统。
热泵技术是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
热泵机组通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。
地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收
的热能）一起排输至高温热源。
而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。
请参见能流图所示。
（免费的自然能源）
消耗的电能2.91kW
即2,500大卡
（25%）
吸收的地下水热量
7,500大卡
（75%）
热泵机组
性能系数
COP=4
供热量
10,000大卡
（100%）
热泵系统是一种先进的高效节能、
无任何污染的采暖空调方式，在建筑用能
领域，是作为环保和节能首推的新技术应用项目。
2003年建设部将热泵采暖空
调技术列为建筑节能新技术成果大力推广。
推广热泵技术，将对保护环境、提高环境质量、进一步推动和落实“还人类碧水蓝天”起到更好的积极效果。
热泵机组根据对水源的利用方式的不同，可以分为开式系统和闭式系统两
种。
开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过热泵机组换热后直接排放的系统；闭式系统是指利用闭式循环的土壤换热器进行换热，土壤换热器一般水平或
垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或湖水海水换热来实现能量转移。
即通常说的水源热泵和地源热泵。
水源热泵系统夏季工作原理示意图
水源热泵系统冬季工作原理示意图
地源热泵系统夏季工作原理示意图
地源热泵系统冬季工作原理示意图
根据我公司掌握的水文地质资料，该地区第四系以砂、粘土为主，厚度较大，颗粒较细，富水性较差，不适宜采用水源热泵系统，相反此类地区可钻性较强，钻孔成本相对较低，非常适合做地源热泵系统。
所以本项目的空调系统就热泵技术我们推荐采用地源热泵系统。
为了便于业主从运行费用及初投资等方面进行比较，以下给出两种方案，方
案一：
采用地源热泵空调系统；方案二：
采用常规空调系统（冬季采用城市热网，夏季采用冷水机组+冷却塔）。
5、地源热泵空调系统
5.1、系统设备的配置
5.1.1、热泵机组的配置
根据建筑物的冷热负荷，选用国际著名品牌意大利克莱门特公司生产的2台PSRHH-3302地源热泵机组，其中，夏季开启2台机组满足建筑物夏季冷负荷，冬季开启1台热泵机组即可满足冬季热负荷需求。
PSRHH-3302地源热泵机组的详细参数见下表:
单位
PSRHH-3302
制冷工况
制冷量
KW
1275.2
电功率
KW
254.5
制热工况
制热量
KW
1377.3
电功率
KW
307.7
压缩机
电源
380V-3ph-50Hz+接地
机型
半封闭螺杆压缩机
冷媒
R22
机组外型尺寸
长血辭
4350X1150X2100mm
运行重量
Kg
5150
」制冷工况：
冷冻水进出口温度7/12C,冷却水进出口温度30/35C；
J制热工况：
冷水进出口温度3/0C,热水进出口温度40/45C；
5.1.2、循环泵的配置
循环泵均选用上海创科泵业的优质屏蔽泵，该泵对泵和电机进行了一体化设
L清洁能源专家
st蛇
计，把泵腔与电机制成了一个绝对密封的整体，一方面，普通水泵的主要易损件机械密封（轴封），从而彻底解决了水泵因轴封（动密封）损坏而漏水的难题，因而使水泵滴水不漏，泵房干净整洁；二方面，去掉了滚动轴承，采用浸渍石墨材质制成的滑动轴承，具有摩擦系数小，自润滑性能好，高耐磨，用输送介质润滑，因而整机呈静音设计，低噪声运行，同时还省略了对轴承的定期加油和保养费用。
另外，对叶轮采用了悬浮式设计，使转子在运转中始终处于悬浮状态，降低了转子对石墨轴承的轴向磨损，从而使石墨轴承的使用寿命成倍增加，可以达到3万个小时以上。
5.1.3、补水及软化水系统
空调系统末端循环水侧由于要经常运行，同时要适应冷、热两种工况，必须进行软化处理，选用全自动软水器制取软化水供空调系统末端侧循环系统使用。
同时采用补水泵与定压罐为空调系统的末端侧及地源侧补水定压。
5.2、土壤换热器系统
土壤换热器系统介绍
土壤换热器采用地下埋管（即埋置地下热交换器）的方式来实现，埋管方式多种多样。
目前普遍采用的有水平埋管和垂直埋管两种基本的配置形式。
水平埋管是在浅层土壤中挖沟渠，将HDPE管水平的埋置于沟渠中，并填埋的施工工艺。
水平埋管占地面积较垂直埋管大，效率较垂直埋管低。
垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下热交换器（HDPE管）以一定的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工艺。
地下热交换器水平和结构的选取应根据实际工程以及给定的
来确定。
本项目采用垂直埋管的形式。
土壤换热器系统设计
现结合我们对与本项目所在地区类似地层结构的实测数据，换热器采用双U
形式，孔深选用100m，需要布置土壤换热器双U管，427个，孔径©150mm,换热器间距为5x5m，孔位分布总面积约为10675m2。
（换热孔的准确数目需要通过对现场进行具体测试后确定。
）
土壤换热器管材及技术参数
主要技术参数
采用抗高压的高密度聚乙烯管（HDPE100），原材料为进口材料，技术参数为：
管外径32mm、管壁厚3mm、承压能力1.6Mpa，其具有接口稳定可靠、抗应力开裂性好、耐化学腐蚀、水流阻力小、耐磨性好、耐老化使用寿命长（寿命可达50年）等多种优点，除了应用在地下换热孔中外，还广泛应用于城镇供水、天然气、煤气输送管道、食品、化工等领域。
施工工艺和质量保证措施
土壤换热器系统是整个地源热泵系统的核心和关键，其质量的好坏直接关系到整个系统能否安全可靠地运行。
而且工程一旦完成，其将不可修复。
为此，针对地源系统工程为隐蔽性工程的特殊性，我公司在多个类似项目经验的基础上，形成了一整套完善的地埋管系统质量保证措施，主要从以下几个方面来保证工程质量万无一失：
1）高密度PE管质量方面：
a）产品出厂时要有产品合格证，要有原材料进口证明；b）进货后，现场分批取样送检，并现场对长度、壁厚、外径等进行检验；c）合格的PE管，要在工厂进行管底连接，然后进行打压试验；d）货到
现场，下管前要进行打压，并保压1小时以上，合格的PE管，方可下入钻好的换热孔；e）PE管下到孔底后，在回填料之前，再进行二次打压试验，合格后方可进行回填料（不合格的将该PE管提出，下入新的合格的PE管）。
2）PE管下入孔刖的技术准备：
传统的万法是将连接好的PE管直接下入换热孔内，PE管在下入孔内后的形状将不规则，PE管之间会发生强烈的换热干扰，从而影响整个换热孔的换热效率；我公司的做法是在PE管下入换热孔之前，在PE管之间安装专用支架，分隔管材，支架间距3〜4米，使PE管之间具有
一定的距离，且尽可能紧靠换热孔的孔壁，加强换热管与地层的换热效果，减小PE管之间的换热干扰。
同时选用加重管底接头，保持管材下入时的垂度。
通过该种方法可以确保地下换热管的有效换热量。
（如图所示，左边的为传统的做法，右边的为我公司采用的方法）。
3）下管后的填料：
填料的密实与否直接关系到换热孔的换热效率，为了提高填料的密实程度，一方面，要严格控制填料的速度，沿孔壁四周均匀慢速填料，减少因填料过快而造成填料在孔内搭桥的机会；另一方面，要分批次进行填料，在均匀填料的过程中向孔内注入水，从而避免填料在孔内形成搭桥，即使形成搭桥也可冲开，确保填料密实。
通过以上质量控制措施，可确保室外换热管系统使用寿命在50年以上。
换
热孔通过联络管分区连接后汇入机房内。
循环液在完全封闭的地下管路中流动，对地下环境无任何污染。
4）采用专用管件
专用管卡
专用连接四通
专用双U头
专用电熔接头
禁用四通
L清洁能源专家
禁用管底
施工工艺
不合格
不合格
取出并更换换热管
重新下管打压合格
管沟开挖
敷设垫层
主管道融接
支管与主管融接
打压试验
回填土
5.3、系统设备配置表及初投资
序
号
设备名称
规格型号
技术参数
功率
/kw
数
量
单位
单价
/力兀
合价
/力兀
备注
设备机房系统
1
热泵机组
PSRHH3302
1275/1377kw
254.5/307.7
2
台
104.0
208.0
2
冷热水循环泵
QPG200-400C
3
L=260m/hH=32m
37
3
台
3.5
10.5
2用1备
3
地源侧循环泵
QPG200-315A
3
L=300m/hH=28m
37
3
台
3.5
10.5
2用1备
4
空调系统定压罐
SQL1000-0.6
3
V=1.37m
1
台
1.5
1.5
5
软化水装置
YS-DS-3
3
L=3〜5m/h
1
套
1.8
1.8
6
软化水箱
1500X1500X1000
1
台
0.6
0.6
7
空调系统软化水补水泵
QPG25-160
3
L=2m/hH=32m
2.2
2
台
0.5
1.0
1用1备
8
地源侧定压罐
SQL1000-0.6
3
V=1.37m3
1
台
1.5
1.5
9
地源侧补液泵
QPG25-160
L=2m3/hH=32m
2.2
2
台
0.5
1.0
1用1备
10
地源侧补液箱
1500X1500X1000
1
台
0.6
0.6
11
配电系统
1
套
47.4
47.4
12
机房系统安装
1
套
59.2
59.2
小计
343.5
土壤换热器系统
13
打孔、下管、填料
孔深100m
427
个
0.8
341.6
14
系统打压、联络
1
项
106.8
106.8
15
乙二醇
36.7
吨
0.5
18.4
小计
466.7
总计
810.2
初投资估算说明:
4以上报价为暂估价，最终报价要根据施工图确定。
+初投资估算费用包括：
机房内所有设备的购置及安装；机房内配电、控制柜的制作与安装；室外水井系统的全部施工。
'得初投资估算费用不包括：
机房土建施工费；由变电站至机房配电柜的主
电源引入费用。
5.4、地源热泵空调系统行费用测算
541、夏季空调系统运行费用
鄂尔多斯市夏季空调期为5月中到9月中，约120天，运行费用统计上，采用分时段计算法，即把整个空调期划分为5个时段：
20%负荷段、40%负荷段、60%负荷段、80%负荷段和100%负荷段，分别逐时计算相应时段的运行费用，并加以汇总，得出总的运行费用，详见下表。
（电价按0.50元/kwh计算）。
地源热泵空调系统夏季运行费用汇总
夏季
日耗电量
日运行费用
运行天数
总运行费用
KWH
元
天
元
100%负荷段
8379
4189
10
41894
80%负荷段
7029
3514
30
105429
60%负荷段
5382
2691
40
107649
40%负荷段
4032
2016
30
60485
20%负荷段
2904
1452
10
14521
合计
120
329978
单位面积
15.0兀/m（以建筑面积2.2万m计算）
通过上表看出，地源热泵空调系统夏季的运行费为329978元，每平方
米运行费用合15.0元/m2。
5.4.2、冬季空调系统运行费用
鄂尔多斯市冬季采暖季时间较长，从10月中到次年的4月中，约180天，
运行费用统计上，仍采用上述分时段计算法，运行费用，详见下表。
（电价按
0.50元/kwh计算）。
水源热泵空调系统冬季运行费用汇总
冬季
日耗电量
日运行费用
运行天数
总运行费用
KWH
元
天
元
100%负荷段
6190
3095
10
30949
80%负荷段
5307
2654
30
79606
60%负荷段
4424
2212
40
88486
40%负荷段
3542
1771
30
53123
20%负荷段
2659
1329
10
13294
合计
120
265459
单位面积
12.1（以建筑面积2.2万m2计算）
通过上表看出，地源热泵空调系统冬季的运行费为265459元，每平方米运行费用合12.1元/m2。
通过以上计算，地源热泵空调系统全年的运行费为67.81万元，每平方米年运行费用为30.8元/m2。
6、常规空调系统
常规空调系统夏季采用冷水机组+冷却塔为建筑供冷，冬季采用城市热网为建筑供暖，系统设备配置及运行费用计算如下。
6.1、系统设备配置表及初投资
序
号
设备名称
规格型号
技术参数
功率
/kw
数
量
单
位
单价
/万元
合价
/万元
备注
设备机房系统
1
冷水机组
CSRH3602
制冷量1328kw
284
2
台
92.5
185.0
2
城市热网接口费
1
项
176.0
176.0
3
冷冻水循环泵
QPG200-400C
3
L=260m/hH=32m
37
3
台
3.5
10.5
2用1备
4
冷却水循环泵
QPG200-315A
3
L=300m/hH=28m
37
3
台
3.5
10.5
2用1备
5
冷却塔
3
300m/h
2
台
16.0
32.0
6
半即热式换热器
700KW
2
台
6.0
12.0
7
换热器二次侧循环泵
QPG100-315A
3
L=65.4m/hH=32m
11
3
台
1.7
5.1
2用1备
8
空调系统定压罐
SQL600-0.6
3
V=1.37m3
1
台
1.5
1.5
9
软化水装置
YS-DS-3
L=3〜5m3/h
1
套
1.8
1.8
10
软化水箱
1500X1500X1000
1
台
0.6
0.6
11
空调系统软化水补水泵
QPG25-160
3
L=2m/hH=32m
2.2
2
台
0.5
1.0
1用1备
12
冷却水加药装置
1
套
10.0
10.0
13
配电及自控系统
1
套
85.0
85.0
14
机房系统安装
1
套
111.5
111.5
空*55
总计
642.5
初投资估算说明：
4以上报价为暂估价，最终报价要根据施工图确定。
4初投资估算费用包括：
机房内所有设备的购置及安装；机房内配电、控
制柜的制作与安装，机房外冷却水系统的全部购置与施工。
+初投资估算费用不包括：
机房土建施工费；由变电站至机房配电柜的主
电源引入费用。
6.2、系统运行费用测算
621、常规空调系统夏季运行费用
常规空调系统夏季运行费用计算方法与地源热泵空调系统相同，计算结果详
见下表。
（电价按0.50元/kwh计算）。
常规空调系统夏季运行费用汇总
夏季
日耗电量
日运行费用
运行天数
总运行费用
KWH
元
天
元
100%负荷段
9663
4832
10
48317
80%负荷段
8056
4028
30
120846
60%负荷段
6153
3077
40
123066
40%负荷段
4546
2273
30
68193
20%负荷段
3161
1581
10
15805
合计
120
376228
单位面积
17.1兀/m（以建筑面积2.2万m计算）
6.2.2、常规空调系统冬季运行费用
常规空调系统冬季采用城市热网进行供暖，其运行费用分为两部分：
一部分
为上交给热力公司的热网采暖费，此部分按14.5元/m2计算，总计31.9万元;
一部分为采暖用水泵的运行费用，此部分仍按照分时段计算法进行计算。
冬季水泵的运行费用详见以下各计算表。
城市热网采暖水泵冬季运行费用汇总
冬季
日耗电量
日运行费用
运行天数
总运行费用
KWH
元
天
元
100%负荷段
585
293
20
5850
80%负荷段
570
285
40
11400
60%负荷段
360
180
60
10800
40%负荷段
360
180
40
7200
20%负荷段
360
180
20
3600
合计
180
38850
单位面积1.8（以建筑面积2.2m2计算）
通过以上计算，常规空调系统冬季采暖费用为35.78万元，合16.3元/m2常规空调系统全年的运行费为73.41万元，每平方米年运行费用为33.4元
7、两方案对比分析
7.1、运行费用及初投资对比
两方案的初投资及运行费用对比如下:
系统形式
初投资
运行费用（万元）
（万元）
夏季
冬季
合计
地源热泵空调系统
810.2
33.0
34.81
67.81
常规空调系统
642.5
37.62
35.78
73.41
通过上表看地源热泵系统的初期投资比常规空调系统高167.7万元，系统的
运行费用每年节省5.6万元。
以上计算未考虑政府补贴。
7.2、地源热泵空调系统效益分析
1）社会效益分析
应用地源热泵节能技术，符合国家和地方节能减排方针政策的需要。
国家发改委，建设部，财政部，及各省市地方先后下发大量文件陆续出台了许多政策支持、倡导、鼓励地泵技术的应用。
在国家发展改革委员会印发的《节能中长期专项规划》中就指出“加快太阳能、地热等可再生能源在建筑物的利用”。
在公
共建筑应用地源热泵技术制冷供暖正是响应国家应用可再生能源节能减排的号召。
2）环境效益分析
地源热泵是利用了土壤中储存的能量作为冷热源，进行能量转换的供冷、暖空调系统。
地源热泵技术利用的土壤源近乎无限的可再生能源。
地源热泵技术利用过程当中，不会引起区域性的地下以及地表水污染。
地源热泵空调系统没有冷却塔、不需要小型锅炉。
不产生像冷却塔常见的“军团菌”等污染物，也没有像小型锅炉对城市环境产生的大量粉尘，有害气体等污染物。
实际上，循环液经过热泵机组后，只是交换了热量，不会造成对土壤的污染。
可以说地源热泵是一种清洁能源方式。
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