冷凝式热泵空调系统方案

1冷凝式热泵空调系统初步方案目录TOC\o"1-3"\h\u第一章 项目总论 21.1项目概述 21.1.1项目概况 21.1.2设计依据及相关规范 21.1.3智能控制相关规范 21.2郑州市基础资料 31.2.1郑州市气候资料 31.2.2空调设计参数 31.3负荷计算 41.4供能量计算 4第二章冷凝式热泵空调系统技术方案 52.1冷凝式热泵系统的特点 52.2冷凝式热泵系统技术创新 62.3冷凝式热泵系统运行工况 8第三章系统初投资测算及运营分析 93.1投资测算范围及内容 93.2投资测算 103.3运营分析 113.3.1夏季供冷运行分析 113.3.2冬季供暖运行分析 113.3.3系统运行其它费用 113.4收费标准及投资回收期 123.4.1收费标准 123.4.2投资回收期 13第四章传统方式初投资 144.1技术形式 144.1.1夏季供冷方式 144.1.2冬季供热方式 154.2投资测算 154.3运行费用分析 164.3.1夏季供冷运行分析 164.3.2冬季供暖采暖费为 164.3.3系统运行其它费用 16第五章两种冷热源方式对比分析 18第六章企业主要业绩 212项目总论1.1项目概述1.1.1项目概况建筑功能：地下一层为商业、设备机房,地下二至四层为全自动地下停车及普通停车位(地下二层局部商业),1-9层为大型综合性商场和电影院,主楼部分为1幢45层超高层服务型公寓。建筑面积：总建筑面积:179929.9平方米,地上总建筑面积:122310.26平方米,1-9F(含9F屋顶）建筑面积：73856.82平方米,10F-44F主楼建筑面积为48453.44平方米。建筑基底面积：7887.11平方米。地下总建筑面积为57619.68平方米,负1层建筑面积为12043.13平方米,负2-负4层建筑面积为45576.55平方米。此次冷凝式热泵空调设计范围：地上部分及地下一层商业部分，总建筑面积：134353.44平方米。1.1.2设计依据及相关规范1、《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-20122、《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）3、《实用供热空调设计手册》（第二版，陆耀庆）4、《空气调节设计手册》5、《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2002）6、《河南省公共建筑节能设计标准实施细则》DBJ41/075-20061.1.3智能控制相关规范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范》（JCJ/T16-2008）3.《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2006）4.《电气装置工程施工及验收规范》（GBJ232-82）5.《自动控制设计规范》（采暖、通风和空气调节系统）1.2郑州市基础资料基础设计参数取值的科学性、准确性、合理性直接影响本项目工程规模投资、技术合理性、运行管理等多方面，有很大的重要性。1.2.1郑州市气候资料郑州市属北温带大陆性季风气候，冷暖适中、四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少雪。郑州市冬季最长，夏季次之，春季较短。郑州年平均降雨量640.9毫米，无霜期220天，全年日照时间约2400小时。1.2.2空调设计参数表1-1室内外设计参数序号项目参数1城市名郑州市2位置及海拔北纬34°43'东经113°39'海拔(m)110.43大气压力冬季(hPa)101.28夏季(hPa)99.174室外计算温度冬季干球温度(℃)-7相对湿度(%)60夏季干球温度(℃)35.6相对湿度(%)765室内温度要求冬季(℃)18～20相对湿度(%)40～55夏季(℃)25～27相对湿度(%)45～656室外风速冬季平均(m/s)3.4夏季平均(m/s)2.67最大冻土深度（cm）278采暖期天数120

1.3负荷计算负荷计算参照贵方提供设计图纸，冷热负荷指标如下：房间名称建筑面积（m2）夏季冷负荷（KW）冷负荷指标（W/m2）冬季空调热负荷（KW）热负荷面积指标（W/m2）商业部分85900132871558572100服务型公寓部分48453.44349072252752则总冷负荷为：16777KW，总热负荷为：11099KW。1.4供能量计算本项目位于郑州市，年供热120天，供冷100天，商业部分日供能时间为12小时，服务型公寓部分建筑日供能时间为24小时。根据《全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调•动力2009）》相关技术指标，及我公司做合同能源管理项目运营经验计算可得，项目年供冷量约为14849.36MWH，年供热量约为16684.65MWH。建筑功能面积冷负荷平均负荷系数设计日供能时间供冷量平米KWhMWH商业部分85900132870.6551210443.58服务型公寓部分48453.4434900.526244405.78合计14849.36建筑功能面积热负荷平均负荷系数设计日供能时间供热量平米KWhMWH商业部分8590085720.881210862.44服务型公寓部分48453.4425270.8245822.21合计16684.65

第二章冷凝式热泵空调系统技术方案传统的风冷热泵的基本原理是基于压缩式制冷循环，利用冷媒作为载体，通过风机的强制换热，从大气中吸取或者排放热量，以达到制冷或者制热的需求。但是风冷热泵机组在使用中不同程度的都存在这样一种现象，即夏季制冷量不足，冬季制热量不足的现象。造成这种现象的原因是多方面的，这里除了设备本身的因素外也有工程设计中的问题。例如设备布置不合理造成气流短路，夏季机组高温排风被重新吸入，造成进风温度过高冷凝压力上升，导致机组制冷量下降；冬季正在融霜的机组排出的湿空气被旁边正在供暖的机组吸入造成吸入空气湿度过高，加剧了供暖机组的结霜速度，从而使其融霜时间延长，供暖时间减少，从而使机组的供热量减少。针对传统风冷盘管热泵在冬季恶劣工况下运行时换热器表面生成霜层，增加热阻，造成热泵效能差等疑难问题，我们公司历经十年潜心研发，通过纳米气液两相膜换热、低温取焓、防冻液浓缩等多项技术，提供全新上市产品冷凝式热泵成套机组（COHP）。通过克服传统换热中必须的15~20℃换热温差问题，实现了4℃换热温差即可满足的工程应用，彻底解决空气源热泵冬季运行效率差，环境温度零下时系统不能运行等问题。通过冷凝塔和蒸凝罐的联合使用，减少系统对换热温差的需求，大幅度提高了换热效率，可以使得在夏季运行时，减少冷源端的冷量需求，可以在较高的环境温度下完美地满足制冷需求。2.1冷凝式热泵系统的特点1.换热温差小利用纳米吸附材料，增大空气与换热工质的接触面积，实现液体工质与空气的直接接触换热，减少了传统间壁式换热的热阻损失。纳米气液两相膜换热与传统间壁式换热对比，可以实现2℃气水换热对数温差，突破冬季极端工况不能稳定取热，夏季极端工况效率极其低下的技术难题。本系统在实验运行中，不输送至末端，夏季COP能稳定在5以上，冬季COP甚至能达到4.5。2、防冻工质再生技术利用负压低温蒸发冷凝技术，实现防冻工质低温蒸发浓缩，同时解决了防冻工质飘逸难题，使得冬季极端工况运行更加可靠。经过实验验证，系统能在-10℃的环境温度中稳定工作，系统COP不低于2.8。3、安装方便各部分机组采用整体模块化设计，安装使用时避免了传统安装中需根据实际机房的状况进行管道设计、主机放置等复杂工艺。实现了整机的简单、直接吊装和工程的规范化安装。4.产品物联化具备丰富的自控、电气、自动化等领域的专业知识，结合高素质的专业现场施工队伍，实现了提供自动化解决方案和全方位技术支持服务的可能性。采用了目前市场主流的PLC品牌系列可编程控制器为核心的控制系统，实现冷热水的日常生产控制、数据监视等，系统具有可靠的硬件设备、功能强大且界面良好的HMI人机界面。2.2冷凝式热泵系统技术创新1)纳米气液二相膜取热技术本系统冷凝塔利用纳米吸附材料，增大空气与换热工质的接触面积，实现液体工质与空气直接接触换热，换热效率与盘管式换热对比，提高9倍，突破冬季极端工况（≥-10℃）也能稳定取热的技术难题。图2-8冷凝塔示意图纳米气液二相膜换热器中，换热器呈正六边形蜂窝状，并涂装特殊纳米材料，增大过滤板对工质的吸附力(粘滞力)，使过滤板上附着工质流后，减小过滤板间隙，使空气与换热工质充分接触，达到充分换热的目的。图2-9纳米气液两相膜换热版2)蒸凝罐浓缩工质技术在该系统中，冬季制热工况下所使用的工质为25%的乙二醇溶液，保证该系统在-10℃时能正常从空气中取热，并维持较高的系统cop。但乙二醇溶液具有较强的吸水性，在换热的过程中，空气中水蒸汽会放热液化而被乙二醇吸收，溶液浓度会不断的稀释，最终导致系统无法正常运行。为解决该问题，我公司通过多年研发，开发出通过负压蒸发、降低水的沸点来达到浓缩工质、实现循环介质再生目的新设备——蒸凝罐。（下图灰色罐体即为蒸凝罐）图2-10冷凝式热泵系统2.3冷凝式热泵系统运行工况夏季工况：热泵通过压缩机将制冷剂压缩成气态后送到冷凝器中与冷却水进行热交换，经过节流阀降压降温再送到蒸发器与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，循环泵将冷冻水送到各空调末端制冷。循环泵将冷却水送到空气冷凝塔与空气进行热交换，将热量散发到大气中。冬季工况：空气冷凝塔从空气中获取了低品位热源由循环泵输送给蒸发器进行热交换释放低品位热源，由热泵提升后的热量进入冷凝器释放高品位热量，由循环泵将冷凝器释放的高品位热量输送给空调场所。图2-11系统运行原理图

第三章系统初投资测算及运营分析3.1投资测算范围及内容我们的投资范围主要是采暖及中央空调系统的冷热源部分，包含冷凝式热泵机房、冷凝塔及其辅助管道系统；为冷热源主机及水泵等设备提供动力的低压配电系统。

3.2投资测算本项目空调系统初投资费用估算表如下：表3-1项目投资估算表序号名称参数数量单位单价总价(万元)(万元)一、机房机电设备1热泵机组+冷凝塔系统热泵机组16777KW16777元/KW0.055922.74冷凝塔及其管网20132.4KW20132.4元/KW0.03603.97循环水泵组20132.4KW20132.4元/KW0.015301.99蒸凝罐20132.4KW20132.4元/KW0.005100.66溶液罐及工质20132.4KW20132.4元/KW0.005100.662软化水装置项158.393定压补水装置项145.124机房管网及阀门16777KW16777KW0.035587.205自动控制系统16777KW16777KW0.0145243.276低压配电系统1项302.58302.587小计3266.57二、工程建设其它费用序号名称税率金额(万元)1设计费2.00%65.332监理费1.38%45.083建设单位管理费1.23%40.184前期科研、环评费用0.40%13.075竣工图纸编制费0.16%5.236结算审查费0.05%1.637税费、规费5%163.338小计333.84三、项目总投资3600.42根据上面表格分析数据，本项目（不含高压配电和机房土建费用）系统初投资合计为3600.42万元，该项目装机负荷为16777KW，初投资折合为2.146元/W，项目总建筑面积为134353.44m2，单位建筑面积投资额为267.98元/m2。

3.3运营分析3.3.1夏季供冷运行分析该项目地处郑州，考虑每年供冷时间为100天，供热时间为120天。电费按一般工商业用电（2016年价格为0.7355元/千瓦时）。该项目全年总供冷量为14849.36MWH，冷凝式热泵系统COP约为3.8，则夏季制冷电费为：冷凝塔通过冷却水的蒸发散热，冷却水消耗量一般低于循环水量的1%，本处按1%计算，夏季依靠冷凝塔散热14849.36MWh，自来水消耗量为：自来水价格按5.35元/m3计算，则夏季消耗水费为16.1万元。夏季制冷费及冷却水消耗费总计为303.51万元3.3.2冬季供暖运行分析冬季供热量为16684.65MWH，全部由冷凝式热泵供热，系统能效比约为3.0，则冬季供热能源费为：则冬季制热电费及自来水消耗费用为409.05万元。故采用冷凝式热泵系统，全年运行能源成本总计为712.57万元。3.3.3系统运行其它费用对于整个系统而言，系统运行所消耗的电费、水费等能源费，仅是整体运行费用的一部分，系统运行综合费用还包含机电设备折旧费、资金成本、机电设备维修保养费、主机及水泵大修费、运行管理人工费和办公费，各项费用初步估算如下：1、机电设备折旧费机房内所有的机电设备，一般使用年限不超过20年，如主机、水泵、冷凝塔等运转设备，本项目机电设备投资约为3600.42万元，按20年折旧计算，每年的折旧费用的180.021万元。2、资金成本贷款金额暂按1585.12万元（初投资资金为3600.42万元）,按照银行8年期贷款利率7.35%计算，计划贷款8年全部还清，按照等额本息还款法计算，总的利息为516.15万元。折算到20年平均每年的资金成本为（1585.12+516.15）/20=105.06万元3、系统维护保养费用空调系统在日常运行过程中需要对空调主机、水泵、阀门等设备进行维护保养，如充注制冷剂、充注压缩机油、更换维修水泵轴封、维修阀门等，每年系统维护保养费约为初投资的1～2%，本处按1.5%估算，20年平均每年的维护保养费用为：3600.42×1.5%=54万元4、设备大修费用热泵机组及水泵由于长期运行，一般3～5年需要进行一次大修，平均到每年的大修费用约为能源站初投资的2%，即每年的大修费用约为72万元。5、系统运行人工费本系统24小时运行，空调系统运行管理人员每年的费用约40万元。6、人员办公费每年约12万元。则其它综合成本为463.1万元，且能源成本为712.57万元，则平均每年总成本为1175.66万元。3.4收费标准及投资回收期3.4.1收费标准本项目接入冷凝式热泵系统供能，收费标准分为两部分：（1）接入费：冬季供热接入费标准按照市政供热接入费标准55元/㎡；夏季供冷接入费标准按传统方式供冷初投资的50%计算，为95元/㎡；合计接入费收取150元/㎡。注：传统方式供冷初投资详见第四章4.3投资测算。能源使用费：冬季能源使用费按照当地供热收费，即为0.28元/（天*㎡）；夏季供冷按计量收费，收费标准为0.6元/KWH，计算如下：夏季供冷成本=年总成本（1175.66万元）—冬季能源使用费=724.24万元夏季总供冷量14849.36MWH，则夏季供冷保本收费为0.4877元/KWH,结合投资成本、运营回收期等，收费标准定为0.6元/KWH.收费标准收费标准接入费能源使用费冬季供热55元/㎡0.28元/(天*㎡)夏季供冷95元/㎡0.6元/KWH3.4.2投资回收期本项目总投资约为3600.42万元，接入费收取约为2015.3万元，年能源使用费收费约为1342.39万元，年运营成本费用约为1175.66万元，则：投资回收期测算初投资（万元）3600.42年运运营成本（万元）1175.66接入费（万元）2015.3年能源使用费（万元）1342.39投资回收期9.5年本项目初投资为3600.42万元，投资回收期约为9.5年。

第四章传统方式初投资4.1技术形式4.1.1夏季供冷方式图4-1传统空调系统夏季供冷示意图在郑州地区，传统空调系统夏季供冷最常见的方式是采用冷却塔+冷水机组供冷。系统原理如上图所示。氟利昂制冷剂通过压缩机做功在冷水机组的蒸发器、冷凝器和压缩机中循环，蒸发器中的低温液态制冷剂与空调末端的冷冻水回水换热，液态制冷剂蒸发吸热，使12℃的冷冻水回水降温为7℃的冷冻水供水；冷凝器中的高温高压制冷剂，与32℃的冷却塔回水换热，将热量排到冷却水中，冷却水中的热量再通过冷却塔与大气进行热交换，最终将室内的热量排至大气中。冷却塔+冷水机组空调系统的优点是：系统形式简单，技术成熟，效率高，维护保养的成本较低。缺点是只能夏季供冷，且夏季运行需要消耗较多的冷却水，冷却塔运行产生的漂水和噪声降低了项目的整体环境。4.1.2冬季供热方式传统空调系统中，冬季采用市政热网作为系统热源，为建筑供热。采用此种方式供热，需要在小区内建设单独的换热站、红线范围内庭院管网、楼内公共管网、热计量及室内供暖设施建设。4.2投资测算采暖：郑州市当地供暖接入费为55元/㎡，小区换热站建设费用约25元/㎡，合计为80元/㎡，建筑面积134353.44m2,总价1074.83万元。制冷：冷水机组+冷却塔系统序号名称参数数量单位单价/万元总价/万元1能源站机房1.1冷水机组16777kw16777kw0.05838.851.2冷却塔20132.4KW20132.4kw0.015301.991.3空调水泵、阀门、管网和配件等小型设备16777kw16777kw0.045754.971.4自动控制系统16777kw16777kw0.01167.771.5低压配电系统5593KVA5593KVA0.05279.651.6小计2343.222其他费用2.1设计费2.00%46.862.2监理费1.38%-32.342.3建设单位管理费1.23%-28.822.4前期环评费0.40%-9.372.5竣工图编制费0.16%-3.752.6结算审查费0.05%-1.172.7税费、规费5%-117.162.8小计239.483合计2582.70建筑面积134353.44m2,供冷单位面积价格为192.2355元/㎡。总结，根据上面表格分析数据，本项目（不含高压配电和机房土建费用）系统传统方式冷热源初投资合计为1074.83+2582.70=3657.53万元，该项目装机负荷为16777KW，初投资折合为2.18元/W，项目总建筑面积为134353.44m2，单位建筑面积投资额为272.23元/m2。4.3运行费用分析4.3.1该项目地处郑州，考虑每年供冷时间为100天，供热时间为120天。电费按一般工商业用电（2016年价格为0.7355元/千瓦时）。该项目全年总供冷量为14849.36MWH，冷水机组+冷却塔系统COP约为3.0，则夏季制冷电费为：冷却塔通过冷却水的蒸发散热，冷却水消耗量一般为循环水量的2.5%，夏季依靠冷却塔散热14849.36MWh，自来水消耗量为：自来水价格按5.35元/m3计算，则夏季消耗水费为40.25万元。夏季制冷费及冷却水消耗费总计为404.31万元4.3.2冬季供暖0.28元/（天*㎡）*120天*134353.44m2=451.43万元4.3.对于整个系统而言，系统运行所消耗的电费、水费等能源费，仅是整体运行费用的一部分，系统运行综合费用还包含机电设备折旧费、资金成本、机电设备维修保养费、主机及水泵大修费、运行管理人工费和办公费，各项费用初步估算如下：1、机电设备折旧费机房内所有的机电设备，一般使用年限不超过20年，如主机、水泵、冷却塔、换热器等运转设备，本项目机电设备投资约为3657.53万元，按20年折旧计算，每年的折旧费用的182.88万元。2、资金成本贷款金额暂按投资额计算（初投资资金为3657.53万元）,按照贷款利率7.35%计算，计划贷款8年全部还清，按照等额本息还款法计算，总的利息为1190.97万元。折算到20年平均每年的资金成本为（3657.53+1190.97