棕榈泉青年湖水源热泵方案

1、可再生能源建筑应用项目重庆棕榈泉项目青年湖滨商业水源热泵空调系统（利用湖水）节能方案经济分析对比特灵空调系统（中国）有限公司重庆办事处二一一年八月技术支持：陈刚 录一、项目简介41.1 工程概况41.2 系统介绍41.3 冷热负荷估算51.4 基础参数6二、方案简介：72.1方案a：普通常规系统（采用符合公共建筑节能设计标准（gb50189-2005）规定的设计方案，机组效率（cop值）=5.1；72.2方案b：常规节能系统，（采用得到国家节能证书的机组，满足冷水机组能效限定值及能源效率等级gb 19577-2004中节能要求，机组效率cop值超过5.6，本方案中为5

2、.8）82.3方案c：江水源热泵系统(制冷cop值达到6.2,制热cop值达到5.6)82.3.1方案概述92.3.2系统构成102.3.3水源热泵主机设备选型102.3.4水源取水需求计算分析102.3.5取水方案112.3.6空调系统设备配置12三、初投资比较：133.1方案a：133.2方案b：133.3方案c：13四、各方案冬夏季能耗指标比较：144.1方案a冬夏季能耗指标计算：144.2方案b冬夏季能耗指标计算：154.3方案c冬夏季能耗指标计算：154.4方案abc冬夏季能耗指标汇总：16五、各方案冬夏季运行费用比较：16六、效益分析187.1社会效应187.2节能效应187.3环

3、保效应187.4环境影响分析187.5结论和建议18七、方案c的进一步优化方向19一、项目简介 1.1 工程概况 重庆市棕榈泉地产公司投入巨资在重庆市渝北区人和区域修建一大型高档住宅项目，该项目总用地面积约为 ？ m2。整个项目基本分为住宅和湖滨商业区域，由于水源热泵空调（暂定）只考虑了湖滨商业部分的负荷，所以本方案只针对商业部分；湖滨商业建筑面积约10000m2（大楷数据），其中空调面积约8000m2（估计数据），空调冷负荷1400kw（本冷量参数是按175w/ m2计算出来的，作为本方案的基础参数），空调热负荷640kw（本热量参数是按80w/ m2计算出来的，作为本方案的基础参数）。1.

4、2 水源热泵系统介绍 本工程拟采用属于可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法中第四条专项资金支持的重点领域中第三条：“地表水丰富地区利用淡水源热泵技术供热制冷”的技术，利用青年湖水做冷热源的节能系统。湖水源热泵技术是地源热泵技术的一种。地源热泵技术是一种利用地球表面浅层的地热能（土壤热能、地下水中的低位热能、地表水中的低位热能）资源进行供热、制冷的高效、节能、环保的系统。江水源热泵通过输入少量的高品位能源电能，实现地表水中的低温热能向高温热能的转移。江水在冬季作为热泵供热的热源；在夏季作为热泵制冷的冷源。即在冬季，把江水中的热量“取”出来，提高温度后，“供给”室内热量；夏季，把室内的热量“取”

5、出来，“排放”到江水中去。通常热泵消耗1kw 的热量，用户可以得到57kw 左右的热量或冷量。传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）。燃煤锅炉是最主要的大气污染源，中小型燃煤锅炉在城市中已被逐步淘汰；燃油和天然气锅炉虽然减轻了对大气的污染，但排放的温室效应气体（co2）仍造成环境问题，而且运行费用很高。随着不可再生能源的逐渐开采，能源危机及可持续发展战略已成为全球性的重要问题。而江水源热泵技术采用的是洁净的可再生的地表浅层热能，是一项以节能和环保为特征的技术，在设计合理的情况下，其系统运行稳定、可靠，对地下环境无任何污染。作为地源热泵的三种具体应用方式（土壤耦合热泵系统、地下

6、水热泵系统，地表水热泵系统）之一的地表水热泵系统，相对其他两种方式，其工程实施代价更低（不需打井埋管），对环境的影响更小（不存在回灌等问题），唯一的限制就是需要项目位于合适的地理位置，周围有足够的地表水源，合适的水温和水质。而本项目正好位于青年湖边，青年湖水面积达67000m2，水深1-6米（估计平均水深为3米），整个蓄水量最大达到20万立方，蓄水量相当充沛，而且湖水周围整体环境较好，没有大型的污染源水排入，水质应该能达到要求。估计青年湖水温全年的平均水温是1820度，夏季是26-30度，冬季是8-10度，该条件下的水源空调比常规水冷机组具有非常大的优势。所以，无论是从水量、水质、水温来讲，在

7、该项目地点实施水源热泵项目都是有着得天独厚的条件的。特灵空调目前在重庆城区内实施的重庆江北嘴水源热泵集中供冷、供热项目2#能源站时目前全亚洲最大的水源热泵项目，该项目总供冷和供热面积达到300万方，而且该项目已经经过国家权威检测机构达到绿色节能要求，经过测算该方案比常规水冷方案节能30%；特灵空调在化龙桥区域实施的瑞安重庆新天地水源热泵项目是目前中国西部地区唯一通过美国leed（全球最高节能示范标准）认证的水源热泵项目，该项目是高档酒店和高档商业的综合体，整个空调面积约10万方。就特灵在全球实施水源热泵40年的经验来看，地表水型水源热泵的取水工程部分初期投资超过常规水冷机组的冷却水系统的40%

8、，而冷却水系统方面的额定电功率（是系统功率含水泵等，不单指冷水主机）节能没有达到20%以上，那么这个项目的实施是需要重新考量的。当然各地的地理环境和气候环境、政府重视程度、施工单位熟练程度、税收等因素都有很大差别，具体也要根据当地情况来确定。国外在70 年代已经开始研究和发展地源热泵技术，目前，地源热泵技术在欧美发达国家已处于成熟期，是一种广泛采用的供热、空调系统。针对地源热泵机组、地源换热器以及系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。在美国地源源热泵系统占整个空调系统的20左右，是美国政府极力推广的节能环保技术。自20 世纪90 年代中后期，地源热泵技术在我国的研究和应用有了迅

9、速的发展，理论和实验研究活跃，工程应用逐年增加，尤其是中国政府和美国政府已将地源热泵技术纳入两国能源效率和可再生能源合作项目，促进了这一技术的国际合作和推广应用。trane公司在这一合作过程中扮演了全球推动力的重要角色。地源热泵技术是一项在国际上被认可的、成熟的、可推广应用的可再生能源利用技术，同时也得到了我国政府的政策扶持和推广，应该在本示范项目中得到使用。而在地源热泵技术的三种应用技术中，地表水源热泵技术是最适合在本项目中采用的。1.3 冷热负荷估算 湖滨商业建筑面积约10000m2（大楷数据），其中空调面积约8000m2（估计数据），空调冷负荷1400kw（本冷量参数是按175w/ m2

10、计算出来的，作为本方案的基础参数），空调热负荷640kw（本热量参数是按80w/ m2计算出来的，作为本方案的基础参数）。负荷计算作为下文中比较的统一的标准，由于比较的基准保持一致，即使日后详细施工图设计时有修改，冷热负荷计算绝对值与目前估算指标发生一些出入，也不会影响比较得出的结论。1.4 基础参数 . 电价(重庆地区平均商业用电价） 0.8元/kwh （预估）. 天然气价(重庆地区商业用气价） 3.2元/kwh （预估）. 自来水价(重庆地区商业用水价） 3.8元/kwh （预估）. 夏季空调运行时间：120天; 冬季空调运行时间：90天. 夏季运行1440小时，冬季运行1080 小时 （

11、12h/day）. 平均运行负荷均按65%计算. 湖水取水温度： 夏季27度，冬季8度. 水源源热泵主机进水温度：夏季27度，冬季8度 二、方案简介为了便于比较，按照系统效率的不同，分别设定三个方案，第一个是常规冷却方式，制冷主机采用刚好只能满足现行国家规范的机组（目前国内普通企业的产品），冬季制热靠配备燃气锅炉；第二个还是采用常规冷却方式，制冷主机采用得到国家节能认证证书的机组（特灵空调获得国家特殊节能认证的产品），冬季制热靠配备燃气锅炉；第三个方案是采用江水源热泵机组，一套机组，夏季制冷，冬季制热。2.1方案a：普通常规系统（采用符合规定的设计方案，机组效率（cop值）=4.5；夏季由水冷

12、螺杆式冷水机组提供冷源，螺杆冷水机组的散热需要配合相当容量的冷却塔，冬季由燃气热水机组提供热源，耗用能源为电力和天然气。主要机房设备为：序名称参考型号技术参数数量备注1水冷螺杆式冷水机组制冷量:700kw功率:156kw冷冻水流量:121m3/h冷却水流量:142.5m3/h制冷cop:4.52台满足国家相关规范的基本标准机组制冷剂：r22用于夏天制冷2燃气锅炉制热量:55万大卡(650kw)电功率:3kw耗气量:82nm3/h水流量:60m3/h1台用于冬天制热3冷冻水泵用户自定按水泵效率1=0.75,电机效率2=0.92计算4热水泵用户自定5冷却水泵用户自定6冷却塔用户自定水流量:300m

13、3/h1台夏天制冷散热用输入功率:12.5kw 工况：冷却水进出水温度32/37；冷冻水进出水温度12/7。 如果工况不一样则同一台机组的参数会有相应的变化。2.2方案b：常规节能系统，（采用得到国家节能证书的机组，满足冷水机组能效限定值及能源效率等级gb 19577-2004中节能要求，机组效率至少达到二级能效以上，cop值超过5.1夏季由水冷螺杆式冷水机组提供冷源，螺杆冷水机组的散热需要配合相当容量的冷却塔，冬季由燃气热水机组提供热源，耗用能源为电力和天然气。与方案a的主要区别是制冷主机得到国家节能认证，制冷主机的效率提高了，对其他辅助设备部分基本无影响。主要机房设备为序名称参考型号技术参

14、数数量备注1水冷螺杆式冷水机组rtwd200pe制冷量:695kw功率:136kw冷冻水流量:119.3m3/h冷却水流量:141.8m3/h制冷cop:5.112台满足冷水机组能效限定值及能源效率等级gb 19577-2004制冷剂：r134a用于夏天制冷2燃气锅炉制热量:55万大卡(650kw)电功率:3kw耗气量:82nm3/h水流量:60m3/h1台用于冬天制热3冷冻水泵用户自定按水泵效率1=0.75,电机效率2=0.92计算4热水泵用户自定5冷却水泵用户自定6冷却塔用户自定水流量:300m3/h2台夏天制冷散热用输入功率:12.5kw 工况：冷却水进出水温度32/37；冷冻水进出水温

15、度12/7。 如果工况不一样则同一台机组的参数会有相应的变化。2.3方案c：江水源热泵系统(制冷cop值达到6.0,制热cop值达到4.8)2.3.1水源热泵主机设备选型根据1.4 基础参数 的设定，机组夏季冷却侧进水温度取27度，回水温度取32度，供回水温差取5度；冬季的吸热侧进水温度为8度，水流量和夏季一样（因为是同样的一组水泵）。由于夏季冷却条件比冷却塔工况要好，夏季制冷cop值可达到6.0，大大超过任何一种常规系统；冬季制热cop值可达到4.8，也就是说，消耗1份的电力，可以提取河水中3.8份的热量，供给室内4.8份的热量，能源利用效率超出燃气锅炉380%，是其他类型的热泵机组的两倍以

16、上。（详细选型见附件选型单）2.3.2水源取水需求计算分析夏季： 夏季机组的排热量（制冷量+输入功率）都排入水源中q排热量= q制冷量 （cop制冷+1）/ cop制冷 kwl=0.2387q排热量/t取水排水温差 l/s =0.8593q/t m3/h将q总制冷=1400kw、cop制冷取6.0、温差取5代入上两式l=0.8593（1400（6.0+1）/ 6.0）/5=281m3/h以上值为按最大空调负荷值计算，为瞬时可能最大取水值，并不常常发生，大部分时候河水温度较低时，温差还可以加大，水量还可减少。按一天工作12小时，平均负荷率65%计算：每日取水容量2192 m3/day，占青年湖水

17、蓄水量很小的比例，平均温升小于0.2度，而实际夏季水流量远大于平均水流量，实际情况还将好于此计算。此取水仅对其进行换热，无物质交换和物质污染，热交换后将全部排回湖中。冬季： 冬季机组的吸热量（制热量-输入功率）除机组输入电功率外都从水源中吸收其中由于工程实际中取水设计按夏季设计，冬季单台主机对应的取水泵和夏季是同一组，故水流量与夏季一致，而取热量小于夏季排热量，故实际温差小于夏季。本项目中为3.39度（详见附件选型单）q吸热量= q制热量 （cop制热-1）/ cop制热 kwl=0.2387q吸热量/t取水排水温差 l/s =0.8593q/t m3/h将q制热=640kw、cop制冷取4.

18、8、温差取3.39代入上两式l=0.8593（640（4.8-1）/4.8）/3.39=128m3/h以上值为按最大空调热负荷值计算，为瞬时可能最大取水值，并不常常发生，大部分时候河水温度较高时，温差还可以加大，水量还可减少。按一天工作12小时，平均负荷率65%计算：每日取水容量998.5m3/day，占青年湖水蓄水量很小的比例，平均温升小于0.2度，即使实际冬季蓄水量小于平均量时，也是可以满足使用要求。全年按制冷120天，制热90天计算，项目夏天和冬天取水有保证，取水水源水量可靠。2.3.3取水方案1、开式系统本项目的水源为青年湖水，取水点位于项目沿岸，最大取水量为281m3/h（日最大取水

19、量约为2192m3 /d）。本取水系统由取水头、取水头镇墩、进水管、集水井、抽水泵、输水管、过滤器及主机组成。取水系统示意图附后（参考用）。1、取水头采用喇叭取水口形式，口门设进水格栅，以阻挡水中漂浮物进入管道；2、取水头镇墩采用钢模制作，沉放到位后浇水下混凝土后起固定取水头的作用；3、进水管拟采用2根200的钢管；4、抽水泵设于集水井上部机房内，根据用水量可分多台布置便于根据负荷调节；5、输水管可根据水压、抗腐等要求采用钢管、upvc或pe塑料管，管径根据用水量确定；6、过滤器：在机房内安装2台自动反冲过滤器，单台流量180 m3/h，过滤精度0.2mm。2、闭式系统本项目的水源为青年湖水，

20、机房位于项目沿岸，湖床较稳定，可采用湖水中固定盘管换热器的方式，本方案拟用pe管，可塑性强，使用寿命长，在湖中采用耐腐蚀性的刚性材料予以固定。考虑到湖水的水质，拟采用dn32的pe管，耐腐蚀性好，所用年限长久，夏季与冬季设计管内循环水与江水的换热温差为5（普通管材可能达不到这个要求，尽可能选择好的材料，对节能至关重要）。取水系统示意图附后（参考用）。管道传热热阻为：管内对流热阻+管壁导热热阻+管外对流换热热阻=0.0974 mk/ w则夏季单位管长的换热量为82w/m；冬季为56 w/m，考虑盘管管束重叠对换热效果的影响，乘以0.8-0.85的安全系数，取夏季单位管长的换热量为70w/m；冬季

21、为47.6w/m，该数据比较保守，实际（1）夏季：1400000w/70w/m=20000m（2）冬季650000w/47.6w/m=136555m则设计总管长为20000m。初步按照每组盘管50米长度计算，盘管在水中可以20根组成一组，且每组盘管总长度为1000米，共需要20组，每组盘管直径1.5m，按照每组盘管外沿间距为1m，所需面积约2450的水中盘管安放面积。2.3.4空调系统设备配置主要机房设备为序名称参考型号技术参数数量备注1水源热泵机组夏天制冷制冷量:801kw功率:132.8kw冷冻水流量:137.4m3/h湖水流量:161.7m3/h制冷cop:6.042台满足冷水机组能效限

22、定值及能源效率等级gb 19577-2004制冷剂：r134a用于夏天制冷冬天制热制热量:641.7kw功率:168.2kw湖水流量: 161.7m3/h热水流量:140.89m3/h制热cop:4.82同一台用于冬天制热（2台中只须开其中一台）2冷冻水泵用户自定按水泵效率1=0.75,电机效率2=0.92计算4江水取水水泵用户自定夏天工况：冷却水进出水温度27/32；冷冻水进出水温度12/7。冬天工况：江水进出水温度8/4.6；空调热水水进出水温度38.5/43.5(因为冬天的湖水温度较低,为了机组的效率和安全空调热水的温度不宜取得过高) 如果工况不一样则同一台机组的参数会有相应的变化。三、

23、初投资比较（由于水泵等的初投资差别不大，本方案扣除这部分）： 3.1方案a：序号设备名称设备规格单位数量单价（万元）合价（万元）1水冷冷水机组700kwcop=4.5台228.957.82燃气热水机组55万大卡台118183 冷冻水泵4热水泵5冷却水泵6冷却塔l=300m3/h台11212合计87.83.2方案b：序号设备名称设备规格单位数量单价（万元）合价（万元）1水冷冷水机组695kwcop=5.1台232.965.82燃气热水机组55万大卡台118183 冷冻水泵4热水泵5冷却水泵6冷却塔l=300m3/h台11212合计95.83.3方案c：3.3.1开式系统:序号设备名称设备规格单位

24、数量 单价（万元）合价（万元）a1水源热泵冷(热)水机组制冷:801kwcop=6.04台244.889.6a2制热:642kwcop=4.82台a3冷冻水水泵a5江水取水水泵小计89.6c1水下开挖式188c2取水头安装式155c3管槽、隧洞式166c4集水井式155c5取水泵（？台）式1c6板式换热器（如果有）*换热温差0.8度式1c7取水土建基础建设式11010小计34合计123.63.3.2闭式系统:序号设备名称设备规格单位数量 单价（万元）合价（万元）a1水源热泵冷(热)水机组制冷:801kwcop=6.04台244.889.6a2制热:642kwcop=4.82台a3冷冻水水泵a5

25、江水取水水泵小计89.6c1pe管材米式20000816c2换热管敷设及取水土建基础建设式200001020小计36合计125.6四、各方案冬夏季能耗指标比较： 4.1方案a冬夏季能耗指标计算：季节名称能耗指标数量(不算备用)合计耗电指标(kw)耗气指标(nm3/h)耗水指标(m3/h)夏季螺杆冷水机组功率:156kw2312冷冻水泵-冷却水泵-冷却塔输入功率:12.5kw112.5-耗水量:15m3/h-15夏季324.5015冬季燃气热水机组电功率:3kw13-耗气量:82-82-热水泵冬季38204.2方案b冬夏季能耗指标计算：季节名称能耗指标数量(不算备用)合计耗电指标(kw)耗气指标

26、(nm3/h)耗水指标(m3/h)夏季螺杆冷水机组功率:136kw2272冷冻水泵-冷却水泵-冷却塔输入功率:12.5kw112.5-耗水量:15m3/h-15夏季284.5015冬季燃气热水机组电功率:3kw13-耗气量:82-82-热水泵冬季38204.3方案c冬夏季能耗指标计算：季节名称能耗指标数量(不算备用)合计耗电指标(kw)耗气指标(nm3/h)耗水指标(m3/h)夏季水源热泵冷(热)水机组功率:132.8kw2265.6-冷冻水水泵-湖水取水水泵夏季265.600冬季水源热泵冷(热)水机组功率:168.2kw1168.2负荷侧水泵-源侧水泵-冬季168.2004.4方案abc冬夏

27、季能耗指标汇总：季节名称能耗指标能耗指标耗电指标(kw)耗气指标(10nm3/h)耗水指标(m3/h)由耗电和耗气折合(10000kj/h)夏季方案a324.5015方案b284.5015方案c265.600冬季方案a3820方案b3820方案c168.200可以看到，夏季由于冷却水利用温度较低的河水,水源热泵方案的效率更高，耗电量更少；同时还节省了冷却塔的补水，节约了大量的水资源。方案c冬季由于采用热泵原理，供给室内的热量有80%（对应cop=3.8）是从河水中提取的，其余20%才是消耗的电功率，因此总耗能比常规系统少很多。五、各方案冬夏季运行费用比较： 项目方案a方案b方案c供冷采暖供冷采

28、暖供冷采暖普通常规系统节能常规系统江水源热泵系统设备初投资(万元)87.895.8125.6系统输出能源供给指标计算负荷(kw)140065014006501602642主机能效比4.50.935.10.936.044.82年度能源供给系统每年运行小时数(h)144010801440108014401080供冷(热)量 (65%负荷率)910422.5910422.51171417系统输入能源消耗指标耗电指标(kw)324.53284.53265.6168.2耗气指标(nm3/h)08208200水资源消耗指标耗水量(m3/h)15015000年度能源消耗耗电量(kwh)30373221062

29、662922106248602118076耗气量(nm3)05756405756400水资源消耗耗水量(m3/h)14040014040000运行费用(万元)每年运行费用(万元)24.318.621.318.619.99.4 每年运行总费用(万元)42.939.929.315年总运行费用(万元)643.5598.5439.515年总费用(万元)731.3694.3565.1每年费用48.846.337.7说明：1、方案c较方案a每年节省运行费用13.6万元，较方案b每年节省运行费用10.6万元；2、方案c较方案a的静态回收期为2.77年，较方案b的静态回收期为2.81年； 3、方案c的配电容量

30、较方案a减少约74.4kva，较方案b减少约34.4kva，该部分配电费用可能会有所变化，但具体情况部明所以未列入上表。 六、效益分析6.1社会效应使用江水源水源热泵机组后可以申请国家级节能绿色示范项目，若申请成功，并可由国家建设部授牌对整个项目的外部声誉会有很大的提高。另外使用水源热泵空调机组对用户来说省电10%以上，也可成为本项目的一大亮点。6.2节能效应水源热泵机组在本项目的实施情况下，制冷能效比可达到6.0左右。而一般制冷机组能效比为4.5左右。而水源热泵在冬季更是可以利用江水中的低位热源，不需要燃烧矿物燃料。根据国内使用江河源水源热泵空调的同类项目显示，使用水源热泵系统比普通常规水冷

31、中央空调加锅炉可节能40%左右。6.3环保效应水源热泵采用青年湖水作为冷热源是一种清洁的可再生能源，由于只使用了青年湖水作热交换，故对水质不产生影响，且对水温的影响几乎忽略不计。采用淡水源热泵技术，则夏季可节电55130kwh，节水14040立方米；冬季可多耗电115970kwh，节气57564立方米。6.4环境影响分析夏天由于每小时只使用了不足湖水水量的1%，且换热后全部排回湖泊，不会对湖水水量造成影响，使用后湖水的温升几乎忽略不计（小于0.2），不会对水环境造成热污染。同时由于水源热泵仅使用湖水进行热交换，无物质交换和污染，不会影响长江河水质及生态环境。7.5结论和建议方案c无论是在经济分

32、析上还是在节能率上都高于方案b与a;方案c在方案b与a的基础上,进一步增加了楼盘价值;方案c增加的初投资,除了在运行费用中逐年回收外,还可以在以下四个方面回收:1、政策补贴，需要咨询政府相关部分；2、配电容量减少，采用江水源热泵，装机功率减少，可减少74.4kva的配电容量，可节省的设备和电缆费用约为： 74.4kva1000元/kw=7.44万元；3、景观和灌溉系统的费用节省，如果政策许可的话，水源系统可兼做景观用水，则该部分的初步投资和运行费用（节约自来水）都可节省；4、楼盘价值的提高，房价可以有更稳固的基础。地源热泵技术是在国内外正在广泛采用的技术，如美国总统布什家的别墅，也采用了地源热泵技术。该技术也是目前国内正在大力推广的节能技术，也能减少业主的使用成本