应用恒有源地能热泵环境系统改造项目可行性研究报告.doc

III国家行政学院应用恒有源地能热泵环境系统改造项目可行性研究报告中节能咨询有限公司二一二年八月2国家行政学院应用恒有源地能热泵环境系统改造项目可行性研究报告目 录第一章 总 论3一、项目概况3二、项目编制依据7三、可行性研究的目的、作用和具体工作内容8第二章 目前供冷暖系统状况9一、冷暖系统的需求9二、冷暖系统的供应形式9三、冷暖系统的运行状态9第三章项目实施的必要性11一、可再生能源相关政策与应用的需要11二、环境保护和可持续发展的需要12三、保障学院供冷暖系统稳定运行的需要13第四章恒有源地能热泵环境系统可行性分析16一、恒有源科技发展有限公司简介16二、采用恒有源地能热泵环境系统的技术可行性17三、已采用该系统的项目实例24四、结论27第五章 项目的具体方案28一、技术方案29二、实施方案51三、施工进度计划54第六章 效益分析56一、初投资分析56二、运行费用分析58三、节能减排分析74第七章 风险评价76一、质量风险评价76二、社会风险评价77三、运行风险评价78第八章结论与建议79一、结论79二、建议79 第一章 总 论一、项目概况1、项目名称国家行政学院应用恒有源地能热泵环境系统改造项目2、项目建设单位及使用单位项目建设单位：国家行政学院项目使用单位：国家行政学院3、建设地点项目所在地图1-1 项目建设地点建设项目位于北京市海淀区长春桥路6号，具体位于北京市海淀区长春桥路与厂洼路交汇处。4、建筑概况中华人民共和国国家行政学院是为适应改革开放和社会主义现代化建设事业的需要，根据中国共产党第十三次全国代表大会和第七届全国人民代表大会第一次会议的决议，于1988年开始筹建，1994年9月正式成立。国家行政学院是培训高、中级国家公务员的新型学府和培养高层次行政管理及政策研究人才的重要基地。国家行政学院是国务院直属正部级事业单位，学院坚持以教学为中心、以科研为基础，实行教学、科研、咨询三位一体，是培训高中级公务员的新型学府，是培养高层次管理人才和政策研究人才的重要基地，是为中央提供决策咨询服务、开展公共行政等领域理论研究的重要机构，发挥着公务员教育培训主阵地作用和政府参谋咨询的思想库作用。学院总建筑面积为188，948.3 m2，根据学院功能的需要，学院建筑设置了教学区、办公区、体育区、餐饮区、宿舍区、应急教育中心及港澳公务员培训中心等区域。在行政学院西北角位置设置了港澳公务员培训中心，主楼为12层连单层地下室，并辅以周边配楼，主要由涉外培训楼、综合体育馆及地下车库三大部分组成，建设项目总占地21,600平方米，建筑面积43,219平方米（其中地下11，924 m2）。建筑内设置教学培训区、餐饮区、学员宿舍区，羽毛球馆、篮球馆、乒乓球馆、网球馆、台球室、健身房，地下停车场等设施一应俱全，充分体现建筑现代化、智能化、人性化特点。工程于2009年1月16日正式开工，总投资约2.26亿元，项目于2011年10月正式建成，该中心主要用于培训香港特别行政区和澳门特别行政区的公务员，培训内容包括国情教育、基本政治制度教育等。作为学院独具特色的港澳公务员培训，将为帮助香港公务员了解国情，贯彻“一国两制”方针和香港基本法，密切香港与内地的联系，推动香港繁荣稳定做出新的贡献。具体建筑情况如下：表1-1 行政学院建筑信息汇总表行政学院建筑信息汇总表功能区域建筑名称地上（平方米）地下（平方米）总面积（平方米）应 急 培 训 中 心公寓10555188412439教学楼7786318210968小计18341506623407教学区主楼26185.37385530040.37号公寓12993.511187.114180.61号公寓5357.15357.1A公寓6025.269997024.263B号公寓6025.269997024.26报告厅5692.635692.63会议中心4466.881493.715960.59学员餐厅5446.035446.03后勤楼5695.1623.176318.27欣正大厦11611.71648.8413260.54风雨操场5078.4529828060.45北传达室290.26290.26东传达室136.56136.56小计95004.1113787.82108791.93家属区号家属楼3750.153750.15号家属楼3660.093660.09号家属楼3894.573894.57号家属楼2225.62225.6小计 13530.4113530.41综合区港澳公务员培训中心312951192443,219合计 158170.5230777.82188948.345、项目建设规模及建设内容（1）项目建设规模：项目增设地能热泵环境系统，由地能热泵环境系统替代现有锅炉、冷水机组对学院供热、供冷的传统运行模式，采用绿色环保节能的地能热泵环境系统满足全院188，948.3 m2建筑冬季供暖、夏季制冷、全年生活热水供应以及泳池池水加热维持温度用热的需求，降低学院的供暖、制冷运行能耗，运用节能环保技术彻底解决学院目前供热不足的安全隐患，并从根本上避免由于供暖、制冷运行带来的污染物排放，为学院营造绿色校园，走可持续发展的道路，使学院成为节能减排的典范和低碳示范样板。（2）本项目建设内容：在室外设置恒有源地能采集装置，在现有动力站及港澳公务员培训中心地下车库设置恒有源地能热泵冷热源机房，组成恒有源地能热泵环境系统，并优化现有的供冷暖管道系统，附属配套设施做相应改造，将恒有源地能热泵环境系统与现有的供冷暖系统的主管道进行连接。由新增的恒有源地能热泵环境系统满足学院建筑全部采暖、供热、热水供应及空调制冷的需求。二、项目编制依据1、 建筑使用功能及使用要求；2、 现有系统运行冷热负荷要求；3、 北京市室外气象参数（1998版）；4、 采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）；5、 通风与空调工程施工及验收规范（GB50243-2002）；6、 公共建筑节能设计标准（DBJ 01-621-2005）；7、 地源热泵系统工程技术规范 GB50366（2009版）8、 单井循环换热地能采集井工程技术规范DB11/T935-2013 9、 国家和北京市现行工程建设设计规范、标准；10、 学院的相关基础资料、图纸和数据；三、可行性研究的目的、作用和具体工作内容1、目的和作用按照国家和北京市现行工程建设设计规范、标准，通过对项目现有能源利用状况分析，提出合理的项目改造方案，并对改造方案的技术性、实施性、投资概算及效益等内容进行科学、合理、准确的定性和定量分析，明确技术可行性和可实施性，提高决策的科学性和可靠性，为项目建设前期工作的准备和上级主管部门的审批提供相关的决策依据。2、具体工作内容（1）分析项目目前能源利用状况（2）项目改造的必要性（3）提出改造方案并分析其可行性（4）提出具体改造的实施方案（5）对实施方案进行投资分析（6）对实施方案进行效益分析（7）分析项目潜在的各类风险并提出对应措施8国家行政学院应用恒有源地能热泵环境系统改造项目可行性研究报告第二章 目前供冷暖系统状况一、冷暖系统的需求学院内建筑功能复杂多样，包括教学、办公、宿舍、家属楼、游泳馆、篮球馆、网球馆等体育场馆。建筑对供冷暖系统的需求形式复杂，其供冷暖系统的需求为对所有的建筑进行冬季供暖、夏季制冷、全年提供生活热水，对游泳馆泳池部分全年提供池水加热维持温度的热源。二、冷暖系统的供应形式国家行政学院于1988年开始筹建，1994年9月正式成立，相应供冷暖系统也是同时建设完成。按当时设计，学院的供暖、供热系统采用由学院与武警总部共建燃气锅炉房提供蒸汽，蒸汽通过设置在地沟内的管道输送至健身中心地下室设置的换热机房，由换热机房经过换热后，将供暖热水及生活热水供至各个建筑。随后加建的港澳公务员培训中心部分的供暖、供热系统为锅炉房提供蒸汽至港澳培训中心地下室的换热机房，由换热机房经过换热后，将供暖热水、生活热水以及泳池池水加热维持温度用热水供至各个需求部分。学院的全部夏季空调供冷系统为采用健身中心地下室设置的冷冻站供应，冷冻站内设置了三台580RT冷水机组和两台700RT冷水机组，在室外设置了16组冷却塔，组成了学院的夏季空调供冷系统。三、冷暖系统的运行状态在学院成立当初，学院内的建筑较少，随着日后学院发展的需要，陆续增加建设了应急培训中心及港澳公务员培训中心等建筑，而建筑面积得增加，带来了建筑冬季供暖量及夏季制冷需求量的增长，使学院当初设置的换热站及制冷站的供冷暖能力严重不足，供暖运行时，经常出现蒸汽压力过低，末端供暖不足，不能保证学院内建筑供热系统的正常运行，为全院建筑供暖系统运行带来了很大的运行隐患。学院供冷暖系统运行使用的年限已将近20年，系统设备的运行效率都已大幅度降低，再加上燃气价格的上升，蒸汽系统跑冒滴漏现象的日益严重、院内供冷暖管道的老化等因素，使学院现有供冷暖系统的运行成本也成倍增加，运行压力日益增大。最重要的是，学院供暖、供热采用仍然是燃气锅炉系统，在系统运行时，造成大量少烟气、颗粒物、NOX、SOX、CO2等污染物的排放，而夏季供冷系统每天需要消耗约150吨冷却水，对水资源造成大量浪费。随着国家对生态文明建设的重视及节能环保要求的提高，在环保方面给学院也带来了极大的压力。第三章 项目实施的必要性一、可再生能源相关政策与应用的需要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。从2005年我国颁布可再生能源法以来，国家对可再生能源的认识上升到了一个新的层次。近几年来在可再生能源专项资金补助、可再生能源示范城市、可再生能源集中连片示范等新政策的不断加大力度的支持下，地源热泵在国内进入了飞速发展阶段。我国的地源热泵系统在十一五期间得到了持续快速的发展，仅在2006到2008年期间，其应用量就翻了4倍以上，且在2008年，地源热泵系统的应用面积已经超过了1亿平米，这与政府对可再生能源建筑应用的鼓励政策不无关系。从2006年到2008年建设部财政部实施了三年的可再生能源建筑应用示范，共批准了306个示范项目，其中有231个采用或包含有地源热泵系统，占比达75%以上，使得地源热泵技术成为了示范项目的标配技术，也带动了地源热泵建筑应用的开端。而这仅是一个开始，从2009年起实施至今的可再生能源建筑应用城市示范和县级示范则真正开始了国内地源热泵规模化发展的高潮，目前已经批准了三批48个示范城市和108个示范县，按照每个示范城市要至少完成200万平米应用量的规定以及其中50%采用地源热泵进行估计，预计直接带动的项目面积将接近1亿平米。根据财政部、住房城乡建设部关于进一步推进可再生能源建筑应用的通知（财建201161号），国家还将在十二五期间，进一步加大对可再生能源的推广力度，提出的计划是到2020年，实现可再生能源在建筑领域消费比例占建筑耗能的15%以上，力争到2015年底，新增可再生能源建筑应用面积25亿平方米以上，形成常规能源替代能力3000万吨标准煤。这也是第一次明确提出了可再生能源建筑应用的常规能源替代目标，标志着国家从规模应用到实质性节能的工作重点转变。鉴于目前除太阳能热水和地源热泵以外其他可再生能源应用形式尚未达到规模化应用的技术经济水平，地源热泵在可预见的未来仍将是可再生能源建筑应用的主要技术类型。此外，在国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知中，和绿色建筑评价标准节能与能源利用中，对可再生能源在建筑总能耗中的使用比例也有具体要求。因此，采用地源热泵系统在满足绿色建筑评价会起到重要的作用。二、环境保护和可持续发展的需要十六大报告明确提出，全面建设小康社会的一个重要目标是，可持续发展能力不断增强，生态环境得到改善，资源利用效率显著提高，促进人与自然的和谐。并强调，必须把可持续发展和保护资源放在十分突出的地位。所以，国家采取了一系列法规和政策促进环保产业的发展，建设资源节约型、环境友好型社会。十七大报告再次提出，加强能源资源节约和生态环境保护，增强可持续发展能力。坚持节约资源和保护环境的基本国策，关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。必须把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，落实到每个单位、每个家庭。要完善有利于节约能源资源和保护生态环境的法律和政策，加快形成可持续发展体制机制。落实节能减排工作责任制。恒有源地能热泵环境系统是目前世界上最先进的绿色空调系统，它是将热泵系统与大地中浅层地能相结合起来的一种集冬季供暖和夏季供冷于一身的绿色、高效、节能、环保的空调系统。采用恒有源地能热泵环境系统高度符合国家节约资源和保护环境的基本国策，有利于节约能源资源和保护生态环境，建设资源节约型、环境友好型社会。本项目正是在上述背景下提出来的。三、保障学院供冷暖系统稳定运行的需要1、满足学院冷暖供应需求学院的供冷暖系统在设计当初只是满足学院当时建筑的需求，而随着应急培训中心及港澳公务员培训中心的建设完成，使学院冬季供暖量及夏季制冷需求量的明显增长，当初设计的换热站及制冷站的供冷暖能力严重不足，供暖运行时，锅炉房供应的蒸汽经常出现供应量不足，供气压力降低等情况，给学院供暖、供热系统的运行带来极大安全隐患，而夏季空调供冷运行过程中冷水机组效率低下，冷却水浪费严重，是学院的供冷暖系统成本大幅度增加。为了全面保障学院供热、供冷的稳定安全运行，确保为工作人员提供舒适的办公、生活环境，排除供冷暖系统的运行隐患，急需对学院内系统进行升级改造，改变现有的冷热能源供应的模式，彻底排除系统运行隐患，项目改造已经迫在眉睫。2、学院供冷暖系统节能运行的需求学院供冷暖系统运行使用的年限已将近20年，系统设备的运行效率都以大幅度降低，再加上燃气价格的上升，蒸汽系统跑冒滴漏现象的日益严重、院内供冷暖管道的老化等因素，使学院现有供冷暖系统的运行成本成倍增加，运行压力日益增大。表3-1学院年消耗能源统计表能源、资源类型水电蒸汽消耗量31万吨996.6万度3.25万吨费用159万元917万元683万元合计1759万元学院内建筑面积大，建筑功能多，包括教学、办公、宿舍、家属楼、游泳馆、篮球馆、网球馆等体育场馆，地下停车场等设施，每个功能区域对供热、制冷的使用要求、使用时间各不相同。目前学院内共冷暖系统采用的都为集中供应的模式，造成各个建筑的冷暖供应受制于冷暖供应大系统，不便于建筑的供热、制冷的独立调节及控制，造成建筑的供热、供冷为粗放型控制，不能达到节能运行的目的。项目改造采用的地能热泵环境系统可实现系统与大地之间的换热，利用大地岩土层中的可再生浅层地能满足建筑供冷暖要求，在热泵机组中消耗1kW的电能可以得到4kW以上的热量，即能效比大于4，大幅度减少了建筑供冷暖系统的能耗，增加了系统运行的节能量。改造后的地能热泵环境系统能够实现建筑供冷暖的独立控制、节能运行的要求，可以实现自动、节能运行，满足建筑对不同功能区域不同冷暖需求的调节需求，真正实现冷暖系统的独立化、智能化、人性化特点。3、降低建筑供热供冷能耗，减少污染物的排放，建设节能、绿色供热供冷系统的需要学院目前供热使用的蒸汽是由武警总部燃气热力站提供，其能源为市政天然气，在蒸汽供应的过程中，燃烧大量的天然气，并排放大量二氧化碳等温室气体及大量尘埃颗粒物，对大气环境造成污染；建筑供冷系统采用的为行政学院内集中冷水机组系统，系统在运行过程中通过冷却塔消耗大量的冷却水，造成水资源的浪费。原系统的运行过程中，不管是从资源利用、环境污染、运行费用方面，都存在着巨大的弊端，不适应当今建筑发展的要求，也不满足建设节约型社会、可持续发展战略的要求。表3-2学院污染物排放统计表能源消耗标煤量（吨）减排CO2（吨）减排SO2（吨）减排NOX（吨）粉尘（吨）42661053785.368.342.7综上所述，采用先进的节能环保技术对学院内现有供冷暖系统改造，符合当今国家对可再生能源利用的政策要求，可以从根本上解决学院供暖不足的安全隐患，能够为学院内人员提供舒适的工作生活环境，可以降低学院供冷暖系统的运行成本，能够避免燃气锅炉运行造成污染物排放及冷却塔运行对水资源的浪费，项目改造实施后，可将建筑的供冷暖系统升级为绿色节能环保的系统，符合当今社会对建设节约型社会、可持续发展战略的需求。第四章 恒有源地能热泵环境系统可行性分析根据项目目前能源使用状况及改造的必要性综合分析，现提出改造方案，即采用恒有源地能热泵环境系统对现有的冷热供应系统进行改造，改造后恒有源地能热泵环境系统完全满足学院的供冷暖需求，提高学院供冷暖系统运行的可靠性，实现系统节能环保目的。一、恒有源科技发展有限公司简介恒有源科技发展有限公司是在北京中关村科技园区注册的高新技术企业, 致力于浅层地能的开发利用。恒有源公司以其原始创新的浅层地能采集核心技术，从浅层地能、江河湖海中提取能量，广泛应用于建筑能源，为人们提供了全新的冬季取暖、夏季制冷、生活热水三位一体的三联供系统,被专家誉为“二十一世纪取代传统供暖（冷）方式的有力竞争者”。恒有源公司迄今已发展成拥有国家级研发中心，承担建筑供暖(冷)工程，以系统成套服务为特色，建立起研发、设计、制造、物资供应、安装、运行服务和售后服务一条龙的运行系统，快速实现了研发、工程建设、服务一体化体系,形成全国范围的工程项目建设和服务网络。恒有源公司成立以来，在国内承担了国家大剧院、北京海淀区政府办公楼、汽车配件城、海淀外国语学校、金四季购物中心、稻香湖景国际酒店等典型供暖供冷项目。截至2011年底，恒有源相继在北京、上海、天津、西藏、青海、山东等省市自治区完成了700多个不同类型的系统工程，大力推广应用替代不可再生能源，给建筑物供暖、供冷面积达800多万平方米。恒有源技术已经冲出国门打入国际市场。2005年10月，恒有源承担了蒙古国乌兰巴托市应用“中央液态冷热源环境系统”供冷暖工程。2007年承担了美国贝伦钢结构公司厂房及办公楼冷暖供应系统工程。目前，恒有源进一步加大了国际市场拓展力度，已有美、英、日、法、德等25个国家正与恒有源洽谈合作，这充分证明了恒有源技术已为国际市场所认可。我们所从事的这项可再生能源的利用事业，正在为提高人们的生活质量，造福人民，节约不可再生能源，净化环境做出巨大贡献。二、采用恒有源地能热泵环境系统的技术可行性1、恒有源地能热泵环境系统简介作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是由高温流向低温，但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，他本身消耗一部分 ，把环境介质中储存的能量加以挖掘，提高其温度品位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为热量的三分之一或更低，即热泵消耗一度电的功，至少可以得到4度电的热量或冷量，这就是热泵节能的特点。恒有源地能热泵环境系统是将热泵系统与大地中浅层地能相结合起来的，一种集冬季供暖和夏季供冷于一身的绿色、高效、节能的空调系统。在这个系统中，浅层地能就是热泵系统运行中的环境介质。其中浅层地能不是传统概念的深层地热，是地热可再生能源家族中的新成员，它不属于地心热的范畴，是太阳能的另一种表现形式，它既可恢复又可再生是取之不尽用之不竭的低温能源。浅层地能在太阳幅射和地心热产生的大地热流的综合作用下，广泛存在于大地近表层的恒温带中（土壤、砂岩和地下水等），其温度水平略高于当地年平均气候温度，在不同地域、不同气候条件下，恒温带中的温度变化不大，相对稳定，几乎不受环境气候变化的影响，如北京地区年平均温度为1315，其温度与室外气温相比冬暖夏凉，是最理想的空调冷热源，这个温度可以保证热泵系统始终处于高效率的工作区域运行，还避免了传统空气源热泵冬季除霜问题的发生。2、恒有源地能热泵环境系统工作原理恒有源地能热泵环境系统是以液体（主要是水）为介质，以在国际上独创的浅层地能采集技术为核心进行系统集成的，为建筑物冬季供暖、夏季制冷的环境系统。由能量采集系统、能量提升系统和末端能量释放系统三部分组成：1、能量采集系统能量采集系统，在冬季采集浅层土壤中的低位热能，为地能热泵持续提供热源；在夏季将浅层土壤作为冷源，利用其低温特性对系统循环水进行冷却。恒有源地能热泵环境系统采用单井循环换热地能采集技术，它与传统热泵系统相比，更安全、更稳定，且不会对地下水和地质结构造成任何损害。浅层地能的应用早已有之，大规模利用主要有两种方，一种是“抽水井”方式，在地上开凿两眼以上水井，从其中一口取出地下水进入机组放热，放热之后的地下水通过其余井口回灌地下。缺陷为破坏了地下水的自然分布、地下泥沙迁移引起取水井塌陷和回水井堵塞、地下水交叉污染；第二种为“地埋管系统”，在地下近百米的深度范围内，埋入管线，让介质在管内循环流动，介质在流动过程中吸收周围土壤中热量，其缺陷为效率低，占地面积大。技术障碍使得低温热源的利用这一课题在发展几十年之后便趋于衰落，恒有源却让这项已衰落的研究课题重新展现出了勃勃的生机。在借鉴国外经验的基础上，恒有源发明了“单井循环”采集浅层地能新技术并进行了系统集成，一举克服了国际上在浅层低温能量采集和利用上的最大难题，单井循环技术较好的解决了移沙、地面不均匀沉降和水量损失等问题。单井循环换热低能采集技术是由恒有源公司开发的具有自主知识产权的浅层低能采集技术。这一技术的核心是地下水的同质、同层100%回灌技术。该技术是国内外首创，不污染水，不会破坏地下水的正常分布，也不会因移沙造成水井的塌陷和堵塞问题，效率较高，而且技术的可设计性强，可以应用在不同地质、不同建筑类型当中，一举突破了“寻找浅层地能安全、有效的开发方式”的技术瓶颈，使我国一跃成为开发利用浅层地能的先进国家。另外，这种方式在运行过程中没有任何污染物排放，也没有燃烧和高温高压过程，是目前具有类似功能系统中环保效果最突出、运行最安全可靠的一种。图4-1恒有源单井循环换热地能采集井示意图1） 原理以地下水为介质，利用一口井及井内装置，采用半封闭循环回路，实现水与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，并将采集到的浅层地能输送至能量提升系统。2） 形式根据工程实测，单井循环换热低位热能采集装置冬季供暖工况运行平均供水温度在15左右，夏季制冷工况运行平均水温在25左右。3） 能量采集系统构成能量采集系统构成有：冷热源井、潜水泵、泵管、电缆等。2、能量提升系统由地能热泵、能量输送泵、阀组、定压装置、控制系统等组成。能量提升系统利用地能热泵，通过制冷剂、压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀的部件的工作将能量采集系统采集的浅层地能进行品位提升，使其满足末端供暖、空调的需求。其原理为：冬天热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压制冷剂气体进入冷凝器向供暖循环水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器，从能量采集系统循环水中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温浅层热能“搬运”到末端循环水中，从而不断的向用户提供45 -50 的热水。夏天热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从末端循环水中的低温水（7 -12 ）提取热能，与能量采集系统循环水换热的蒸发器变为冷凝器向地下排放热量，能量采集系统循环水中热量再向地下低温区排放，如此循环往复连续地向用户提供7 -12 的冷水。3、能量释放系统将提升的能量通过末端装置向建筑物释放。能量释放系统利用末端装置，冬季供暖、夏季制冷。能量释放系统有散热器、风机盘管、风机盘管加新风、全空气系统和地板辐射采暖系统等形式。3、恒有源地能热泵环境系统优势1.保护水资源及系统稳定(1) 能量采集系统只提取井水中的低位能量，换热后地下水经过封闭回路，直接就地回灌井下，不消耗水，不污染水，不破坏地下水，实现严格意义上的只用热不用水。(2)无移沙问题，无地下水交叉污染问题 井水中存在一定的含沙量（1/100003/10000），抽和灌在同一口井内进行，不存在移沙问题和交叉污染问题。(3)单井使用寿命长，无移沙问题，可以避免井底形成空洞，造成井的坍塌以及对周围环境的影响。 (4)回灌问题抽和灌在同一口井内进行，单井内形成动态平衡，沙子不沉积，不堵塞井管，不存在无法回灌，系统运行稳定。(5)使用蕴藏量巨大的地下土壤中的低位能量（约为同区域的地下水中能量的10倍），最大限度地减少对水的依赖，使系统可以长期稳定运行。2.环保节能(1) 环保效益显著地能热泵是利用了地下水作为热媒，提取地下土壤、岩石中的能量，由热泵机组进行能量提升的供暖空调系统。系统省去锅炉和锅炉房，系统运行过程无燃烧，不产生高温、高压气体或液体，全年仅采用少量电力这种清洁能源，彻底解决了锅炉造成的大气污染的问题。由于提高了能源的利用效率，大大减少了由于建筑供热空调产生的烟气、颗粒物、NOX、SOX、CO2等污染物的排放量，系统运行时没有任何固态、液态和气态污染物的排放。同时避免了地下水源热泵系统可能造成的对地下水的浪费和污染。它是一种清洁的可再生能源，具有极大的环境效益。 (2)高效节能 恒有源地能热泵环境系统主要以地下土壤中的能量为冷热源，在地下一定深度的土壤层中，由于太阳能和地心热的综合作用，形成了一个相对恒温层，大气温度变化对它影响较小的恒温土壤层，北京地区恒温土壤层温度春夏秋冬四季约保持在1315，这个温度可以使热泵主机长期处于高效节能的状态运行。 3.综合分析 (1)机组运行稳定浅层地能的温度冬夏季相对稳定，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，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。(2)节电热泵将能量采集系统采集的浅层地能连同热泵机组本身产生热能一并转移到室内,能效比高达4.5-6.0,能源利用率是电采暖的3-4倍,与空气源热泵相比,冬季蒸发温度高, 能效比和性能系数大大提高,而运行工况稳定。恒有源地能热泵环境系统比传统空调系统运行效率要高约3050，全年的运行费用要比热网集中供热或燃油燃气供热系统降低2060。4、应用恒有源地能泵环境系统与常规供冷供暖方式技术性能比较24序号比较项目恒有源地能热泵环境系统燃气锅炉供暖+冷水机组供冷市政供暖+冷水机组供冷1消耗的主要能源可再生的浅层地能（热），是新型可持续发展能源。供热：天然气燃烧，必须消耗资源有限的一次矿物质化石燃料；制冷：用电做动力。供热：煤或天然气等化石燃料燃烧，必须消耗资源有限的一次矿物质化石燃料；制冷：用电做动力。2系统工作原理供热：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5；制冷：制冷与供热工况可逆，实现制冷效果，能效比大于等于4；供热、制冷均在物理变化状态下进行。供热：依靠天然气燃烧化学反应产生能量加热供热介质；通过短距离输送至用户端。制冷：设置集中冷冻站制备冷冻水，由冷冻水系统输送冷量。供热：依靠化石燃料燃烧化学反应产生能量加热供热介质；通过长距离输送至用户端。制冷：设置集中冷冻站制备冷冻水，由冷冻水系统输送冷量。3安全可靠性使用寿命长，约为20年；无需设煤灰场、油库、燃气站网，无需专设消防、通风等设施，系统工作压力和温度较低，可实现远程监控，无需跟班值守人员；机组运行稳定、可靠，故障率低，维护维修费用低；需设专用燃气站网、专业消防、防爆设施，如管理不善，易燃烧和爆炸。 需设专业消防、防爆设施，如管理不善，易燃烧和爆炸。 供暖时间段受大系统影响，不能自主控制。4节能与环保充分利用了自然界低位能，供冷暖费用低，节能效果突出；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，是“绿色”环境系统；不消耗水资源。燃烧产物包括CO2、CO、NOX、烟尘等有害物质，排入大气，对环境造成污染；系统综合效率低；有水消耗。燃烧产物包括CO2、CO、NOX、烟尘等有害物质，排入大气，对环境造成污染；系统综合效率低，能量损失严重；有水消耗。三、已采用该系统的项目实例恒有源公司成立以来，在国内承担了国家大剧院、北京海淀区政府办公楼、汽车配件城、海淀外国语学校、金四季购物中心、稻香湖景国际酒店、武警特警学院等典型供暖供冷项目。截至2011年底，恒有源相继在北京、上海、天津、西藏、青海、山东等省市自治区完成了700多个不同类型的系统工程，大力推广应用替代不可再生能源，给建筑物供暖、供冷800多万平方米。金四季购物中心项目，位于北京市海淀区四季青桥西南侧，建筑面积150000平方米，该项目是目前采用地能热泵系统作为供冷暖系统建筑面积最大的单体建筑，项目共设置了三个地能热泵机房，配备了18台HT760 和1台HT400热泵机组以及21套恒有源地能采集井。与行政学院类似的项目如568(特警学院)项目，项目位于北京市昌平区小汤山, 建筑面积： 125860 ，项目于2009年开始施工， 2011年竣工投入使用。根据项目的建筑分布及使用情况，学院内共设置了三个恒有源地能热泵机房，满足学院内全部建筑的供暖、制冷及提供生活热水的需求，经过一年多的运行使用，其运行效果良好。在国家行政学院周边，也有众多的恒有源地能热泵环境系统的成功案例。皇苑大酒店位于国家行政学院东侧，与行政学院只有一路相隔，建筑类型为酒店，这一项目由北京市海政招待所投资建设，总建筑面积为34，048平方米。全部建筑均采用了恒有源科技发展有限公司的地能热泵环境系统，满足项目的冬季供暖、夏季制冷、日常提供生活热水需求。项目共选用了6台地能热泵机组，其能耗统计为：表4-1皇苑大酒店能耗统计表2004年-2009年恒有源地能热泵环境系统能耗统计表 单位kWh/m2季2009年2008年2007年2006年2005年2004年平均1冬季供暖53.445.84639.946.647.746.62夏季制冷22.319.821.519.620.415.420.1图4-1皇苑大酒店通过该项的实际运行数据，表明恒有源地能热泵环境系统不仅完全满足建筑的冷暖需求，而且其运行稳定、能耗很低，完全实现了当初降低系统运行能耗、节能减排的目的。四、结论通过对学院能源使用状况的分析及改造的必要性分析，又从公司实力、技术可行性以及工程实力等全方面考虑，恒有源地能热泵环境系统适合作为学院的供冷暖系统，采用此系统之后，建筑的冷暖供应系统全部由节能、绿色的地能热泵系统替代，系统运行通过消耗少量的电能，利用大量的浅层地温地能即可满足建筑的冷暖需求，不但节约了建筑供热供冷的运行费用，而且避免了由于天然气燃烧造成大气污染和冷水机组运行消耗大量水资源的环境问题，符合当今社会对建设节约型社会、可持续发展战略的需求。项目的建设响应了国家节能减排的号召，减少了由于供暖、制冷而造成的污染物排放，并降低项目供暖、制冷的运行费用，提高其节能环保性，项目实施可以及时解决武警总部锅炉房供热保障能力不足、其运行成本增大、难以有效全面保障学院的热力的问题，保证建筑供暖、供冷的安全稳定性。项目的实施符合国家相关部门针对地源热泵系统设施的要求，符合学院使用的需要，项目建设得到相关部门的重视，综合考虑项目建设是可行的。28国家行政学院应用恒有源地能热泵环境系统改造项目可行性研究报告第五章 项目的具体方案学院内的总建筑面积较大，建筑物比较分散，尤其是港澳培训中心部分位于学院的西北角，距离学院现有的换热站和冷冻机房较远，若考虑与学院部分采用一套供冷暖系统，必定造成系统的供应管道过长，带来大量能量输送损耗，不利于系统的节能运行。而且港澳培训中心本身的能源需求就很复杂，包括冬季供暖、夏季制冷、常年提供生活热水和常年提供泳池池水加热维持温度的热源，其冷热源的使用时段也很苛刻，适合于设置单独的冷热源系统满足其使用要求。方案根据这一特点，对学院的供冷暖系统综合考虑，将学院内建筑分为两个部分，一部分为学院本身教学、办公用建筑，包括教学楼、公寓楼、报告厅、会议中心、国勤楼、欣正大厦、体育馆及职工公寓等（下称学院部分），另一部分为新建的港澳公务员培训中心建筑部分（下称港澳培训中心部分）。提出建设两个相对独立的供冷暖系统。其中一个设置于现有的冷冻站内，满足学院部分建筑的供冷暖需求；另一个设置于港澳培训中心地下室车库内，满足港澳培训中心本身建筑的供冷暖需求。这样考虑不仅满足了港澳培训中心供冷暖系统独立控制的要求，还避免了能量远距离输送带来的损失，降低了系统的运行能耗。现有的冷冻站至港澳培训中心的建筑的空调制冷管道予以保留，作为两个地能热泵机房之间的联通管道，可以使两个独立机房进行互通，实现两个机房的统一，互为备用，增加整个系统运行稳定性和安全性。一、技术方案1、设计依据1) 建筑使用功能及使用要求；2) 甲方设计院提供末端系统设计及冷热负荷要求；3) 恒有源地能热泵冷热源系统技术参数及相关配置；4) 北京市室外气象参数（1998版）；5) 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB50736-2012）；6) 采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）；7) 通风与空调工程施工及验收规范（GB50243-2002）；8) 公共建筑节能设计标准（DBJ 01-621-2005）；9) 地源热泵系统工程技术规范 GB5036610) 制冷设备工程施工及验收规范 GBJ1669711) 建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范GB5024212) 建筑电气工程施工质量验收规范 GB5024213) 全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调动力分册）200314) 单井循环换热地能采集井工程技术规范DB11/T935-2013 15) 其它相关国家规范规定。2、气象条件及设计参数1) 室外设计计算参数：表5-1 室外设计计算参数一览表项 目参 数项 目参 数1地 名北京8室外计算相对湿度（）冬季空调452台站位置北纬3948最热月月平均78东经11628夏季通风64海拔（m）31.29室外风速（m/s）冬季平均2.83大气压力（mbar）冬季1020.4夏季平均1.9夏季998.610最多风向及其频率（）冬季风向CNNNW4年平均温度（）11.4频率（%）1913135室外计算干球温度（）冬季采暖-9夏季风向CN空调-12频率（%）249通风-5全年风向CN夏季通风30频率（%）2010空调33.211最大冻土深度（cm）85空调日平均28.612极端最低温度（）-27.4平均日较差8.813极端最高温度（）40.66夏季空调室外计算湿球温度（）26.414采暖期时间1297最热月平均温度（）25.815统计年份19511980注：室外计算参数取自采暖通风与空气调节设计规范GBJ50019（2001年版）2) 室内设计计算参数根据设计院暖通专业设计，室内设计计算参数见表5-2：表5-2 室内设计参数一览表序号建筑性质夏 季冬 季温度（）相对湿度（%）温度（）相对湿度（%）1综合262865182230602车库-103、冷热负荷表5-3 负荷统计一览表（港澳培训中心部分）序号建筑面积（m2）冷负荷（KW）热负荷（KW）1涉外培训楼21923.38195014352综合体育馆9517.628007003泳池-507540（泳池加热）4地下部分1192470255合计4336533272700表5-4负荷统计一览表（学院部分）序号建筑面积（m2）冷负荷（KW）热负荷（KW）热水负荷（KW）1综合145729.313084 kW8470 kW650 kW4、项目建成后的运行模式1、建筑冬季供暖及夏季制冷能量供应建筑冬季供暖及夏季制冷所需要的能量全部采用新建的地能热泵环境系统供应，具体实施时只需将新建的地能热泵环境系统与现有的建筑末端系统进行管道衔接即可，其控制、冬夏季冷热转换全部在热泵机房内完成。2、泳池常年维持温度及生活热水供应泳池常年维持温度及生活热水供应全部由新建的地能热泵环境系统供应，但其运行按时间分为两个模式：1） 冬季及春秋季运行模式冬季及春秋季运行时，此部分热量供应全部采用热泵机房内能量提升系统结合室外的能量采集系统满足，由地能热泵系统将热量输送至泳池维持温度换热器和生活热水水罐处，满足其热量的需求；2） 夏季运行模式系统夏季末端制冷运行时，会产生大量的余热，而此时泳池维持温度及生活热水恰好需要热量供应，故方案设计夏季泳池维持温度及生活热水的热量采用末端制冷的热量回收供应，实现热量、冷量的循环利用，降低系统的运行费用，达到节能的目的。5、地能热泵环境系统具体方案恒有源地能热泵环境系统由三部分组成：能量采集系统、能量提升系统、能量释放系统。能量采集系统以浅层地能采集装置为核心，就如同锅炉系统中煤、燃气、油等燃料。能量采集系统以单井循环换热系统为核心，采集浅层低温地热能。能量提升系统利用地源热泵，提升低位能量。能量释放系统利用末端装置，冬季供暖、夏季制冷。（一）、能量采集系统1、能量采集系统选择能量采集系统是一切热泵类制热系统的关键部分。系统所需要的热量主要由它来供给。能量采集装置主要由恒有源地能采集井、潜水泵等组成。项目地处于北京西北部的平原地带，属海淀部分。地质情况处华北平原的北部边缘地带，系古代永定河冲积的一部分。 根据当地水文条件显示，京密引水渠从本区穿过，将密云水库水引入北京城（如图5-5）图5-1北京市水系略图恒有源地能采集井按结构分为两类：有蓄能颗粒采集井和无蓄能颗粒采集井。根据本工程地质条件显示，该地区地下水丰富，地质以粗砂、卵石为主，故该项目能量采集系统设计选用无蓄能颗粒采集井的方式。无蓄能颗粒采集井的井管与井壁紧密接触。在井管的上部和下部分别装有上密封装置和下密封装置。循环水由置于井管底部负压区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，由热泵机组返回进入井管上部的正压区，通过花管流出井外与周围岩土体进行热交换后，通过井管下部的花管部分进入井管内再由潜水泵抽出。水流在由正压区流到负压区的过程中实现与井周围岩土体的热交换。图5-2无蓄能颗粒采集井示意图2、地能采集井计算港澳培训中心部分（1）冬季能量采集系统换热量的确定N=Q热=2700=2072.1KW冬季能量采集井个数的确定S=N/250KW=2072.1KW/250KW=9（套）（2）夏季能量采集系统换热量的确定N=Q冷=3327=3954.7KW夏季能量采集井个数的确定S= N/350KW=3954.7KW/350KW=12（套）学院部分：（3）冬季能量采集系统换热量的确定N=Q热=9120=6999.1KW冬季能量采集井个数的确定S=N/350KW=6999.1KW/350KW=20（套）（4）夏季能量采集系统换热量的确定N=Q冷=6542=7776.4kW夏季能量采集井个数的确定S= N/490KW=7776.4kW/490