公主岭余热利用方案201342

吉林省公主岭市岭西新城供热系统选择设计方案二零一三年四月中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院36-目录目录 1第一章 项目概况 -3-第二章 设计依据及原则 -4-一. 设计依据 -4-二. 设计原则 -5-第三章 设计参数及负荷 -6-一、 室外设计参数 -6-二、 室内设计参数 -6-三、 空调冷热源及负荷 -6-第四章 燃煤锅炉供热系统 -9-一、 系统投资估算 -9-二、 运行费用 -9-第五章 燃气锅炉供热系统 -11-一、 系统投资估算 -11-二、 运行费用 -11-第六章 电驱动热泵+燃气锅炉系统 -13-一、 系统投资估算 -13-二、 运行费用 -13-三、 典型日负荷分配策略 -14-四、 供热来源组成 -15-第七章 蒸汽驱动热泵+燃气锅炉系统 -17-一、 系统投资估算 -17-二、 运行费用 -18-三、 典型日负荷分配策略 -18-四、 供热来源组成 -19-第八章 蒸汽驱动热泵+燃煤锅炉系统 -21-一、 系统投资估算 -21-二、 运行费用 -21-三、 典型日负荷分配策略 -22-四、 供热来源组成 -23-第九章 经济性分析 -25-一、 静态分析 -25-二、 不同热泵负荷比例下的系统经济对比 -26-三、 不同电价条件下的系统经济对比 -30-四、 不同燃气条件下的系统经济对比 -32-第十章 环境效益分析 -35-第十一章 方案建议 -36-项目概况项目位于吉林省公主岭市，为向岭西新城100万平采暖（地板辐射采暖）提供热源。在距离本新城5km左右有大量的工业余热，冬季保证余热水量达到800-900m3/h，水温可以达到25℃公主岭市地处吉林省中西部，东辽河中游右岸。位于东经124°02′～125°18′，北纬43°11′40″～44°9′20″之间。公主岭市属中温带湿润地区大陆性季风气候。冬冷夏热，四季分明，年平均气温5.6℃，年平均降水量594.8毫米，无霜期144天。公主岭市全市盛行西南风，历年平均风速3.9米公主岭市属温带大陆性季风气候，温度、雨量、光照等季节性变化显著，春季干旱多大风，回暖迅速；夏季热而多雨；秋季温暖多晴朗天气；冬季漫长而寒冷。年平均气温5.6℃，年平均降水量594.8毫米，无霜期144天。公主岭市全市盛行西南风，历年平均风速3.9米可以进行供热的解决方案有许多，可以选择的系统形式包括燃煤锅炉系统、燃气锅炉系统、电驱动热泵+燃气锅炉系统、蒸汽驱动热泵+燃气锅炉系统、蒸汽驱动热泵+燃煤锅炉系统。下面就这几种方案进行对比分析，找出适合本项目的系统形式。

设计依据及原则设计依据甲方的设计要求及提供的技术资料《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012；《建筑设计防火规范》GB50016-2006；《高层建筑设计防火规范》GB50045-2001；《民用建筑热工设计规范》GB50176-93；《居住建筑节能设计标准》DB11/891-2012；全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调·动力》；《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002；《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242－2002；《给排水管道工程施工及验收规范》GB50268－2002；《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005；冬季制热季为11月1日至4月1日，共计电价：用电分类电度电价基本电价不满1一1035—6666—220220千伏最大需量变压器容量l千伏千伏千伏以下千伏以下及以上（元／千瓦·月）（元／千伏安·月）一、居民生活用电0.52500.51500.5150

二、大工业用电0.00000.56470.54970.53470.51973322三、农业生产用电0.45000.44000.4300

四、一般工商业及其他用电0.90310.88810.8731

居住建筑民用天然气：2.8元/NM3，8500KCL/NM3燃煤：燃烧值5000kca/kg，600元/吨新建楼房建筑面积每平方米入网费:40元/平米供热收费标准：26元/采暖季/平米设计原则尽量利用低品位能源，减少运行成本供热系统有较好的经济合理性要节能、环保，符合绿色生态建筑要求

设计参数及负荷室外设计参数冬季室外采暖计算温度:-冬季室外空调计算温度:-冬季通风空调计算温度:-冬季室外相对计算湿度:66%室内设计参数夏季：室内设计温度：26℃冬季：室内设计温度：20℃新风量：据GB50736-2012,按换气次数法确定最小新风量人均居住面积/㎡每小时换气次数<100.710～200.620～500.5>500.45空调冷热源及负荷本项目空调冷热负荷估算如下:建筑类型热面积指标峰值负荷使用率负荷m2w/m2kw%kw住宅100000050500001.0050000公共建筑06501.000合计100000050000根据建筑的使用功能，统计后的采暖期逐月、逐时热负荷如下：时段1月2月3月11月12月kwkwkwkwkw139500316002370022910312052385003080023100223303041534250034000255002465033575446500372002790026970367355480003840028800278403792064900039200294002842038710750000400003000029000395008480003840028800278403792094650037200279002697036735104300034400258002494033970114200033600252002436033180124000032000240002320031600133800030400228002204030020143650029200219002117028835153550028400213002059028045163500028000210002030027650173400027200204001972026860183400027200204001972026860193450027600207002001027255203500028000210002030027650213550028400213002059028045223650029200219002117028835233800030400228002204030020244000032000240002320031600最大5000040000300002900039500合计966000772800579600560280763140采暖季能耗统计如下：序号月份天数日耗热量月耗热量月天GJGJ11130201760510212312747851663131347810780642282782778985331208764683合计15113111396064能耗指标0.4GJ/平方米/年经过估算，100万平方米住宅项目在现有节能标准条件下，采暖季能耗为0.4GJ/m2。设计日冬设计日逐时负荷柱状图如下：

燃煤锅炉供热系统燃煤锅炉供热系统是目前较为常用的系统，下面方案是基于燃煤锅炉系统进行的投资、运行费用计算。系统投资估算序号设备名称技术参数功率数量单位单价合价1燃煤锅炉系统制热量13378kw2234台1003.44013.42供热一次泵流量315m3,扬程10m18.54台3.413.53供热二次泵流量315m3,扬程50m754台9.437.74系统补水泵流量20m3,扬程60m5.53台1.03.15定压罐D800*12004台1.87.16配电系统电力容量1282kw1套89.089.07自控系统1套90.090.08锅炉房机房面积2230m21套446.0446.09热泵机房内安装1套467.9467.910供热外网热水流量1071m3/h1套128.6128.611税费1套211.9合计5508.1造价指标万元/蒸汽吨88.1投资指标元/m255.1运行费用序号月份天数日耗电日运行费用煤炭月运行费用月耗热量月耗电量耗煤量回收余热量备注月天kwh元T元GJkwhtGJ11130155037476211221307106051046509133510212312067110160815229923538516664079247160313123255127162193374492610780672089159690422820671102763154273350377898578780431305331155037707211622697846468348059435820合计151138712753960642886148219300费用指标13.87元/平方米/年能耗指标0.4GJ/平方米/年耗电指标2.89kwh/平方米/年耗煤指标15.66kg/平方米/年热量单价35.02元/GJ

燃气锅炉供热系统燃气锅炉供热系统同样也是目前较为常用的系统，下面方案是基于燃气锅炉系统进行的投资、运行费用计算。系统投资估算序号设备名称技术参数功率数量单位单价合价1燃气锅炉制热量13378kw674台227.4909.72供热一次泵流量315m3,扬程10m18.54台3.413.53供热二次泵流量315m3,扬程50m754台9.437.74系统补水泵流量20m3,扬程60m5.53台1.03.15定压罐D800*12004台1.87.16配电系统电力容量658kw1套46.046.07自控系统1套60.060.08锅炉房机房面积846m21套169.2169.29热泵机房内安装1套204.6204.610供热外网热水流量1071m3/h1套128.6128.611燃气系统燃气流量5351m3/h1套588.6588.612税费1套86.7合计2254.8造价指标万元/蒸汽吨36.1投资指标元/m222.5运行费用序号月份天数日耗电日运行费用日耗气月运行费用月耗热量月耗电量月耗气量回收余热量备注月天kwh元NM3元GJkwhNM3GJ11130707917931462776511043960510212371188329402123194392441368550671898008516629260026506820313110619308368108235908144010780632917533552940422894392471668658865746277789826428424244710533170791853756494154592886468321945020131760合计151334155943960641317880123269180费用指标33.42元/平方米/年能耗指标0.4GJ/平方米/年耗电指标1.32kwh/平方米/年耗气指标12.33NM3/平方米/年热量单价84.37元/GJ

电驱动热泵+燃气锅炉系统项目附近有大量工业余热，通过热泵系统回收此部分工业余热可以向建筑提供大量的供热能力，但是基于余热量总量的限制，同时为了使得系统更加经济合理，需要配置一定容量的辅助热源即燃气锅炉。系统投资估算根据余热所能提供给的热量确定热泵容量，热泵不足部分由燃气锅炉补充。序号设备名称技术参数功率数量单位单价合价1污水热泵制热量12688kw26802台1205.42410.72热泵冷冻泵流量471m3,扬程63m1322台14.829.53热泵供热泵流量598m3,扬程10m302台4.48.84燃气锅炉制热量13378kw672台227.4454.95锅炉供热泵流量630m3,扬程10m302台4.48.86供热循环泵流量294m3,扬程50m754台9.437.77系统补水泵流量20m3,扬程60m5.53台1.03.18定压罐D800*12004台1.87.19配电系统电力容量6194kw1套433.0433.010自控系统1套100.0100.011热泵机房机房面积1266m21套253.2253.212热泵机房内安装1套279.5279.513污水引水热水流量943m31套1453.51453.514供热外网热水流量1071m3/h1套128.6128.615燃气系统燃气流量2675m3/h1套294.3294.316税费1套224.3合计6127.0造价指标万元/蒸汽吨98.0投资指标元/m261.3运行费用序号月份天数日耗电日运行费用日耗气月运行费用月耗热量月耗电量月耗气量回收余热量备注月天kwh元NM3元GJkwhNM3GJ1113012425766766165619028436051037276984969445494212311404531185761726834920758516643540305353055229331311419741829793999753887391078064401180123991752123422814054112165118350323592177898393514651380747223533112733270283236320698316468339472807326148119合计15116089409396064203653332411983245252费用指标16.09元/平方米/年能耗指标0.4GJ/平方米/年耗电指标20.37kwh/平方米/年耗煤指标2.41NM3/平方米/年热量单价40.62元/GJ典型日负荷分配策略时间1月热泵锅炉负荷制热量开启数量功率供热量开启数量功率燃气（KW）（KW）（台）（KW）（KW）（台）（KW）NM313950025376253601412421341583238500253762536013124167147034250025376253601712421341919446500253762536021124213423675480002537625360226242134253564900025376253602362421342647750000253762536024624213427598480002537625360226242134253594650025376253602112421342367104300025376253601762421341975114200025376253601662421341863124000025376253601462421341639133800025376253601262416714141436500253762536011124167124615355002537625360101241671134163500025376253609624167107817340002537625360862416796618340002537625360862416796619345002537625360912416710222035000253762536096241671078213550025376253601012416711342236500253762536011124167124623380002537625360126241671414244000025376253601462421341639合计9660006090244812864535697636241239997供热典型日负荷分配图见下图：供热来源组成本系统供热来源包括电能、燃气、工业余热，各热源的所占总供热量的数量、比重见下表：能源来源消耗量单位能源量能源比例GJ%电20365333kwh7331518.5%燃气2411983NM37749719.6%余热245252GJ24525261.9%合计396064100.0%采暖季能源分配比例饼图见下图：

蒸汽驱动热泵+燃气锅炉系统项目附近有大量工业余热，通过热泵系统回收此部分工业余热可以向建筑提供大量的供热能力。驱动热泵的动力可以采用电力、可以采用蒸汽，下面的方案为基于燃气锅炉产生蒸汽作为热泵的驱动动力，燃气锅炉补充热泵不足部分热量。系统投资估算序号设备名称技术参数功率数量单位单价合价1污水热泵制热量12688kw252台1627.23254.52热泵冷冻泵流量471m3,扬程63m1322台14.829.53热泵供热泵流量598m3,扬程10m302台4.48.84燃气蒸汽锅炉制热量16722kw842台383.8767.55透平乏汽换热器换热量10791kw2台15.631.26乏汽加热泵流量508m3,扬程m0.122台0.00.17燃气调峰锅炉制热量3508kw181台59.659.68锅炉供热泵流量165m3,扬程10m7.51台1.31.39供热循环泵流量294m3,扬程50m754台9.437.710系统补水泵流量20m3,扬程60m5.53台1.03.111定压罐D800*12004台1.87.112配电系统电力容量884kw1套61.061.013自控系统1套100.0100.014热泵机房机房面积1530m21套306.0306.015热泵机房内安装1套348.9348.916污水引水热水流量943m3/h1套1453.51453.517供热外网热水流量1071m3/h1套128.6128.618燃气系统燃气流量3695m3/h1套406.5406.519税费1套263.9合计7268.9造价指标万元/蒸汽吨116.3投资指标元/m272.7运行费用序号月份天数日耗电日运行费用日耗气月运行费用月耗热量月耗电量月耗气量回收余热量备注月天kwh元NM3元GJkwhNM3GJ111309379105540360183007887605102813551080542247802123113797144264490594248577851664277121520832347623131154211825496244253760811078064780521935717438904228139761460924968038860507789839131713910433179553311008410937037260322095664683312611115506326446合计1511973955239606418910487083197161673费用指标19.74元/平方米/年能耗指标0.4GJ/平方米/年耗电指标1.89kwh/平方米/年耗煤指标7.08NM3/平方米/年热量单价49.84元/GJ典型日负荷分配策略时间1月热泵乏汽余热补热锅炉负荷制热量开启数量功率消耗动力余热量供热量开启数量功率燃气（KW）（KW）（台）（KW）（KW）（KW）（KW）（台）（KW）NM3139500213462434509181540000238500208052424395176950000342500229672464851195330000446500251282505308213720000548000253762515360215821042118117649000253762515360215822042118229750000253762515360215823042118341848000253762515360215821042118117946500251282505308213720000104300023237246490819763000011420002269724547941930300001240000216162434566183840000133800020535241433817465000014365001972523941661677500001535500191842384052163160000163500018914238399516086000017340001837423738811562600001834000183742373881156260000193450018644237393815856000020350001891423839951608600002135500191842384052163160000223650019725239416616775000023380002053524143381746500002440000216162434566183840000合计9660005181514810361094504406817168472803供热典型日负荷分配图见下图：供热来源组成本系统供热来源包括电能、燃气、工业余热，各热源的所占总供热量的数量、比重见下表：能源来源消耗量单位能源量能源比例GJ%电1891048kwh68081.7%燃气7083197NM322758357.5%余热161673GJ16167340.8%合计396064100.0%采暖季能源分配比例饼图见下图：

蒸汽驱动热泵+燃煤锅炉系统项目附近有大量工业余热，通过热泵系统回收此部分工业余热可以向建筑提供大量的供热能力。驱动热泵的动力可以采用电力、可以采用蒸汽，下面的方案为基于燃煤锅炉产生蒸汽作为热泵的驱动动力，燃煤锅炉补充热泵不足部分热量。系统投资估算序号设备名称技术参数功率数量单位单价合价1污水热泵制热量12688kw252台1627.23254.52热泵冷冻泵流量471m3,扬程63m1322台14.829.53热泵供热泵流量598m3,扬程10m302台4.48.84燃煤蒸汽锅炉制热量16722kw842台1254.22508.35透平乏汽换热器换热量10791kw2台15.631.26乏汽加热泵流量508m3,扬程m0.122台0.00.17燃煤调峰锅炉制热量3508kw181台263.1263.18锅炉供热泵流量165m3,扬程10m7.51台1.31.39供热循环泵流量294m3,扬程50m754台9.437.710系统补水泵流量20m3,扬程60m5.53台1.03.111定压罐D800*12004台1.87.112配电系统电力容量884kw1套61.061.013自控系统1套100.0100.014热泵机房机房面积1530m21套306.0306.015热泵机房内安装1套504.5504.516污水引水热水流量943m3/h1套1453.51453.517供热外网热水流量1071m3/h1套128.6128.618税费1套347.9合计9046.2造价指标万元/蒸汽吨144.7投资指标元/m290.5运行费用序号月份天数日耗电日运行费用煤炭月运行费用月耗热量月耗电量耗煤量回收余热量备注月天kwh元T元GJkwhtGJ11130937943136641229389605102813551922247802123113797592668717453938516642771227063476231311542174364111219002710780647805234444389042281397660018881596490778983913172475317955331100844481566131980464683312611205526446合计1518081104396064189104812602161673费用指标8.08元/平方米/年能耗指标0.4GJ/平方米/年耗电指标1.89kwh/平方米/年耗煤指标0.01NM3/平方米/年热量单价20.4元/GJ典型日负荷分配策略时间1月热泵乏汽余热动力锅炉负荷制热量开启数量功率消耗动力余热量供热量开启数量功率燃煤（KW）（KW）（台）（KW）（KW）（KW）（KW）（台）（KW）T139500213462434509181542266321684.52238500208052424395176952208921684.40342500229672464851195332438421684.86446500251282505308213722667921685.32548000253762515360215822694221685.37649000253762515360215822694221685.37750000253762515360215822694221685.37848000253762515360215822694221685.37946500251282505308213722667921685.321043000232372464908197632467121684.921142000226972454794193032409821684.801240000216162434566183842295021684.571338000205352414338174652180321684.351436500197252394166167752094221684.171535500191842384052163162036821684.061635000189142383995160862008121684.001734000183742373881156261950821683.891834000183742373881156261950821683.891934500186442373938158561979421683.952035000189142383995160862008121684.002135500191842384052163162036821684.062236500197252394166167752094221684.172338000205352414338174652180321684.352440000216162434566183842295021684.57合计966000518151481036109450440681550131484032110供热典型日负荷分配图见下图：供热来源组成本系统供热来源包括电能、燃煤、工业余热，各热源的所占总供热量的数量、比重见下表：能源来源消耗量单位能源量能源比例GJ%电1891048kwh68081.7%煤12602T22758357.5%余热161673GJ16167340.8%合计396064100.0%采暖季能源分配比例饼图见下图：

经济性分析静态分析以上五种系统具备各自的系统特点，在经济性方面表现出来的是投资高的系统运行费用低，投资低的运行费用高。假设四种系统的使用年限为15年，则可以初步计算出四种系统的15年年均费用、投资回收期等重要经济指标。计算对比如下表：系统形式燃煤锅炉燃气锅炉电热泵+燃气蒸汽热泵+燃气蒸汽热泵+燃煤投资总投资万元55082255612772699046投资指标元/平米5523617390运行费用总能耗费用万元1387334216091974808年维护费用万元13856153182226年费用万元15253398176221561034费用指标元/平米1534182210年均费用基准利率%0.10.10.10.10.1年费用万元/年22493694256831112224净投资接口费万元4000.04000.04000.04000.04000.0净投资万元1508-1745212732695046年收益收费万元2600.02600.02600.02600.02600.0净收益万元1075-7988384441566投资回收期年1.4015.002.547.363.22从上表可以看出15年年均费用最低的是燃煤锅炉系统、蒸汽驱动热泵+燃煤锅炉系统，电驱动热泵+燃气锅炉系统居中，年均费用最高的是蒸汽驱动热泵+燃气锅炉系统。从投资回收期角度看，投资回收期最短的是燃煤锅炉系统，电驱动热泵+燃气锅炉系统、蒸汽驱动热泵+燃煤锅炉系统居中，投资回收期最高的是燃气锅炉、蒸汽驱动热泵+燃气锅炉系统。从经济角度，优选的方案为燃煤锅炉系统，然后是电驱动热泵+燃气锅炉系统，在后是蒸汽驱动热泵+燃煤锅炉系统，其他两个系统不建议采用。投资、运行费用对照图见下图：不同热泵负荷比例下的系统经济对比前述计算是基于热泵负担峰值负荷的比例为50%左右的系统配置，当热泵系统负担峰值负荷的比例变化时各系统的经济对比变化如下：不同热泵比例下的15年均费用对比不同热泵比例燃煤锅炉燃气锅炉电热泵+燃气蒸汽热泵+燃气蒸汽热泵+燃煤不同热泵比例%万元万元万元万元万元0.12249.03694.43463.23391.02093.00.22249.03694.43214.13163.12037.00.32249.03694.43021.42999.52090.60.42249.03694.42739.92949.42053.50.52249.03694.42567.73111.32223.60.62249.03694.42493.43136.82212.90.72249.03694.42498.23136.82212.90.82249.03694.42687.43136.82212.90.92249.03694.42737.53136.82212.91.02249.03694.42817.23136.82212.9不同热泵比例下的年运行费用对比不同热泵比例燃煤锅炉燃气锅炉电热泵+燃气蒸汽热泵+燃气蒸汽热泵+燃煤不同热泵比例%元/m2元/m2元/m2元/m2元/m20.115.234.029.729.012.70.215.234.026.925.811.60.315.234.023.622.610.60.415.234.020.121.310.10.515.234.017.621.610.30.615.234.016.021.710.40.715.234.015.421.710.40.815.234.015.521.710.40.915.234.015.521.710.41.015.234.015.621.710.4不同热泵比例下的造价指标对比不同热泵比例燃煤锅炉燃气锅炉电热泵+燃气蒸汽热泵+燃气蒸汽热泵+燃煤不同热泵比例%元/m2元/m2元/m2元/m2元/m20.155.122.537.337.362.30.255.122.540.044.566.90.355.122.550.656.378.70.455.122.555.262.279.60.555.122.561.372.790.50.655.122.567.873.689.50.755.122.573.173.689.50.855.122.586.273.689.50.955.122.590.473.689.51.055.122.595.973.689.5不同热泵比例下的投资回收期对比不同热泵比例燃煤锅炉燃气锅炉电热泵+燃气蒸汽热泵+燃气蒸汽热泵+燃煤不同热泵比例%年年年年年0.11.415.015.015.01.70.21.415.015.020.81.90.31.415.04.34.82.50.41.415.02.64.72.50.51.415.02.57.43.20.61.415.02.87.83.20.71.415.03.17.83.20.81.415.04.47.83.20.91.415.04.87.83.21.01.415.05.47.83.2不同电价条件下的系统经济对比前述计算是基于电价为0.5元/kwh的经济对比，当电价高低变化时各系统的经济对比变化如下：不同电价下的运行费用对比不同电价燃煤锅炉燃气锅炉电热泵+燃气蒸汽热泵+燃气蒸汽热泵+燃煤不同电价元/kwh元/m2元/m2元/m2元/m2元/m20.114.233.59.920.89.60.214.433.611.821.09.80.314.733.713.821.210.00.415.033.915.721.410.20.515.234.017.621.610.30.615.534.119.621.710.50.715.834.221.521.910.70.816.134.423.422.110.90.916.334.525.422.311.11.016.634.627.322.511.2不同电价下的投资回收期对比不同电价燃煤锅炉燃气锅炉电热泵+燃气蒸汽热泵+燃气蒸汽热泵+燃煤不同电价元/kwh年年年年年0.11.315.01.36.33.10.21.315.01.56.63.10.31.315.01.76.83.20.41.415.02.17.13.20.51.415.02.57.43.20.61.415.03.37.73.30.71.515.04.78.03.30.81.515.08.38.43.30.91.615.033.28.83.41.01.615.015.09.23.4不同燃气