方案设计大安小区方案Word下载.docx
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每天的热负荷不相同,设计日的天数占整个使用空调天数的比例很小,不到15%;
50%负荷的时间占50%左右。
2)全天逐时不均匀性:
全天的气温每小时均不同,冬季20:
00—21:
00气温较低,热负荷也达到最大;
本工程综合考虑影响初期投资及运行成本的各种因素,详尽研究系统的电力费用、峰谷电价结构及设备初期投资等因素,以期达到最佳的经济效益,在降低初期投资的同时节约更多的运行成本,本工程拟采用水源热泵系统为热源来解决小区采暖的问题,所以本工程的热源机房系统建议采用水源热泵中央空调系统。
二、中央空调系统方案的确定
目前所使用的中央空调形式种类比较多。
根据选用的供应冷源的形式,主要有如下几种:
电制冷冰蓄冷系统、常规电制冷冷水机组系统、水(地)源热泵系统等。
由于不同种类的机组具有其不同的特性,因此在市场上均有使用,主要是根据建筑及当地的具体情况进行选择。
现简单分析一下水(地)源热泵系统机组系统的特点。
1.水源热泵系统的原理及特点
水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源,并采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中,吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量,并且水源的温度一般都十分稳定。
水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中,由于水源温度低,所以可以高效地带走热量,而冬季,则从水源中提取能量,由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。
由水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源,所以其具有以下优点:
1.1可再生能源利用技术
水源热泵是具备了利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。
其中可以利用的水体,包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。
地表土壤和水体不仅是一个巨大的集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用能量的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量),而且是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散地相对地均衡。
这使得利用储存于其中地近乎无限地或地能成为可能。
所以说,水源热泵利用的是清洁的可再生能源地一种技术。
1.2便于计量和收费
空调用电负荷在用户位置,因此便于空调的计量与收费。
这对于用户合理使用空调系统,节约空调系统的能耗,公平、公正、公开地摊派空调运行管理是很有利的。
1.3运行安全可靠
水源热泵机组的空调系统是可以基本保证全年按用户的需要开启空调系统,特别是春秋空调过渡季节均能运行,也就相当于四管制空调系统。
一般,水源热泵供、回水的温度一年四季相对稳定,其波动的范围远远小于空气的变动。
夏季水体作为空调的冷源,冬季作为空调的热源,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。
1.4高效节能
水源热泵机组可利用的环境水体温度冬季为8-22℃,水体温度比环境空气温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高。
1.5灵活应用
有的建筑物内,特别在过渡季节,部分区域需要供冷,部分区域需要供热,水源热泵可以同时供冷和供热,可以实现建筑内冷热量的转移和平衡,从而系统少用能源。
2.暖气片采暖系统特点
是目前使用较多的空调形式,经过一个多世纪的发展,采暖热源的形式多种多样,暖气片采暖具有如下特点:
优点:
1)系统简单,占地比其他形式的小,无需另设机房。
2)设备投资相对于其它系统少。
不足之处:
1)对于住户来说,暖气片采暖运行费用较高。
2)水系统应辐射半径过大容易形成水利不平衡,部分用户热量不够。
3)暖气片需在室内占据一定面积,不利于装潢,影响室内美观。
4)用户一旦开户后,室内暖气将持续供热,不用的房间依然供热造成巨大的能源损失。
3.本工程中央空调系统方案的确定
水地源空调以其卓越的节能环保特点得到了广泛认可,06年我国科技部把建筑节能作为十一五科技支撑计划项目,其中课题六为水地源热泵应用技术,07年“两会”已把全面推进节能环保技术的应用作为会议重要议题之一。
在短短几年间,水地源热泵中央空调在大中城市的发展如火如荼,特别是在北京、山东、长三角等经济发达区域,已经成为节能环保高档空调系统的象征。
目前正快速向中、西部地区发展,各地纷纷建立水地源空调示范工程,政府也积极鼓励企事业单位选用水地源热泵空调。
当前,气候变暖严重威胁到人类的可持续发展,应对气候变化已成为全球面临的重大挑战。
气候变化的原因除了自然因素外,同人类的活动,特别是同使用化石燃料、排放二氧化碳的程度密切相关。
节能必然成为衡量未来建筑品质的必要指标,“低碳排放”的概念正受到环保行业、学术研究机构的普遍重视,长春大安市安居小区,其建筑应该采用“节能减排”,“低碳排放”等先进技术。
中央空调系统作为建筑耗电最大的一个设备,其节能减排的的必要性应该首当其冲的。
根据《中国节能技术政策大纲》3.3.4
发展地热源、水源、空气源热泵技术和污水源热泵技术,一般情况下不应采用直接电采暖方式。
提倡蓄冷、蓄热空调和采暖,尽量利用电网低谷负荷。
国务院文件(国发(2008)03号)节能技术推荐采用水源热泵。
因此,结合本工程建筑的特性及基于以上中央空调系统的分析比较,建议本工程采用空调效率较高且运行费用低的水源热泵中央空调系统进行考虑,根据多年的经验对本工程的具体情况做如下的方案,进行可行性的分析,以供参考。
三、水源热泵空调系统设计说明
空调系统的设计原则
1.1按照常规住宅供热标准设计,为增加供热面积打下基础
吉林省常规住宅供热标准为40-50w/平方米,而本小区为最新节能设计小区,全部采用地板采暖和外墙保温,据大安建设局的数据节能率达到65%,即可达每平米17W左右。
但本设计为了稳妥起见仍按照吉林省早年常规设计标准进行设计和建设,并可在明年不增加投资的前提下扩容为70000-10000平米住宅供热。
1.2经济
水源热泵空调系统设计须依据影响初期投资及运行成本的各种因素综合考虑而确定,因而在方案设计时,须详尽研究系统的电力增容投资、峰谷电价结构及设备初投资等资料,以期达到最佳的经济效益,在降低初期投资的同时节约更多的运行成本,转移更多的高峰用电量。
1.3高效节能
进行水源热泵空调系统设计时,须依据设计负荷的需求确定系统选型,尽可能地减少各种设备的装机容量,改善主机工作条件,提高主机效率,尽量减少系统的能耗。
1.4完整可靠
评价水源热泵空调系统品质的最重要的依据是系统的整体效能及运行稳定性。
进行系统设计时,须结合系统的运行特点,优选各种设备,以使系统配合完美。
同时各种配套设备也要求能经受长期稳定工作的考验,减少对系统的维护,满足寿命要求。
四、水源热泵统配置说明及控制策略
1.本工程中央空调机房主要设备
机房空调系统主设备配置与技术参数表
序号
名称
型号规格
数量
单位
功率(kw)
总功率
(kw)
备注
1
水源热泵机组
制热:
1600.1kW,
地源侧进出水温8.5/4.5℃
空调侧进出水温45/40℃
台
334.6
合资
2
供热水泵
273m3/h,32m
37
3
潜水供水泵
140m3/h,130m
75
150
4
抽水井
取水量140m3/h,深150m
口
5
回罐井
回水量70m3/h,深150m
6
旋流除砂器
处理量200m3/h
7
膨胀水箱
有效容积1m3
8
合计
2.本工程中央空调系统流程及运行工况
2.1热水系统
热水系统由主机冷凝器、供热水泵及相应的管路系统组成。
热水系统的主要控制内容是供水温度和供水压力。
热水温度控制:
热水系统设计的供回水温度为45/40℃。
在热泵主机供热工况下,直接设定制冷主机出口温度为45℃,热泵主机自行根据空调负荷的变化进行热量的调节,在供液温度稳定在45℃的前提下,通过定温度变流量的方法来响应空调负荷的变化,即通过调节供回水总管间的旁通阀门来改变进入末端的热水流量。
热水压力控制:
为保证各空调末端设备各自进行温度控制时(调节水阀)互不影响,机房需在供热时提供稳定的供水压力。
通过供回水总管之间的压差传感器控制压差旁通调节阀门的开启度,以稳定此时的冷冻水供水压力。
2.3水源侧水系统
水源侧水子系统由主机蒸发器、水井、潜水泵、相应的管路系统组成。
潜水泵位于水井内,抽水井中8.5℃的地下水通过潜水泵经管道进入机房,对热泵主机的蒸发器提供热量。
从主机出来冷却后的水再经过回水管道带压排入回水井。
水井对应关系:
根据当地的地质情况,为保证地下水的回灌,抽水井与回灌井的比例为1:
2。
3.本工程空调系统的自控功能
3.1综述
自控装置与系统是组成中央空调系统的关键部分,自控设备均工作在条件相对恶劣的环境中,电动阀、传感元件均需在低温或高温下工作,为保证系统的可靠工作,自控装置采用国际著名公司的原装进口产品。
现场控制系统(下位机)核心选用工业级的西门子可编程序控制器(PLC)与触摸屏,下位机和触摸屏在现场可以进行系统控制、参数设置和数据显示,满足系统全自动优化运行所要求的全部功能。
自控设备与器件包括:
传感检测元件、执行器(电动阀)、系统控制柜、工控机等。
整个系统以下位机的工业级可编程序控制器为核心,实现自动化控制,本自控系统已在数百余个储能空调系统中得到运用。
3.2系统的其它监控功能
1).根据负荷预测软件对第二天的逐时负荷进行预测,再由优化控制软件确定第二天系统每个时段的运行模式,自控系统具备根据时间和需要对各运行模式的自动转换功能;
供暖时,热泵主机根据大楼的负荷变化需求,自动切换阀门,开启或卸载机组来进行
供暖。
2).控制系统按编排的时间顺序,结合负荷预测软件,控制热泵主机、及外围设备的启停的数量及监视各设备之工作状况与运行参数,如:
-热泵主机启停、状态、故障报警
-制冷剂泄露报警
-热泵主机运行参数、工况转换
-热泵主机工况转换、缺水保护
-热泵主机供/回水温度、压力遥测、显示
-热水泵启停、状态、故障报警
-潜热水泵启停、状态、故障报警
-压差旁通管的压差测量与显示
-供/回水温度、压差遥测、显示
-冷、热水回水流量、显示
-电动阀开关、调节与阀位显示
3).控制系统对一些需要的监测点进行整年趋势记录,控制系统可将整年的负荷情况(包括每天的最大负荷和全日总负荷)和设备运转时间以表格和图表记录下来,供使用者掌握,所有监测点和计算的数据均能自动定时打印。
4).控制系统配置灵活的手动/自动转换功能。
5)优化控制
冬季供热时,根据室外温度、天气预报、天气走势、历史记录,在满足末端负荷的前提下,自动控制热泵机组的起停。
6)全自动运行
系统可脱离上位机工作,根据时间表,控制系统运行、工况转换,对系统故障进行自动诊断,并向远方报警。
触摸屏显示系统运行状态、流程、各节点参数、运行记录、报警记录等。
7)节假日设定
空调系统根据时间表自动运行;
同时可预先设置节假日,使系统在节假日对不需要供应空调的系统停止供冷。
8)下位机操作功能
▲人机对话
操作人员可通过触摸面板进行人机对话,操作界面完全中文化,具有提示、帮助、参数设置、密匙设置、故障查询、历史记录等功能。
▲系统设置
操作口令设置记录溢出处理
运行设置运行时间表设置
自动/手动/测试选择节假日设置
冷热水出水(回水)温度设置热泵主机出水温度设置
▲故障记录:
主机故障
水泵、风机故障
系统故障
▲历史记录:
系统负荷
▲控制策略
自动根据室外温度、系统运行记录自动选择运行策略
手动人为设置系统运行策略
▲系统参数:
显示系统运行工况及各节点参数运行工况
末端负荷设备运转情况
末端负荷变化曲线阀门开度等等
▲运行记录
各工况运行时间段记录
五、各系统经济性能分析与比较
1.机房初投资的比较
1.1机房水源热泵中央空调系统
机房空调系统主设备配置与技术参数表
单价(万元)
总价
(万元)
1600.1kW/334.6kW,
70
加拿大枫叶
0.8
1.6
国产优质
14
10
20
1.34
落地式定压装置
PN1000
2.667
国优
机房安装
(含设备、材料)
12
9
室外安装
151.607
2.年运行费用分析
2.1电价政策
吉林省热泵电价为0.525元/kwh.大安建设局将为本项目接入农用电0.4元/kwh。
2.2供冷周期
吉林地区空调每年供冷运行的天数为165天,其中100%设计日负荷运行天数为25天;
75%设计日负荷运行天数为25天;
50%设计日负荷运行天数为80天;
25%设计日负荷运行天数为35天。
2.3采暖年运行费用分析
2.3.1水源热泵中央空调系统方案一个供暖季运行费用计算
a)设计日运行费用2848元/天;
b)75%负荷运行费用2427元/天;
c)50%负荷运行费用2099元/天;
d)25%负荷运行费用2039元/天;
100%设计日负荷
75%设计日负荷
50%设计日负荷
25%设计日负荷
总计
日运行费用元
2848
2427
2099
2039
运行天数天
25
80
35
165
运行总费用万元
7.12
6.0675
16.79
7.1365
37.1135
每年投入管理成本(按照六个月的运行管理计):
50000元
则每年的运行费用约为:
42.1135万元
2.3.2大安城市供暖费用
大安城市热网供暖费用为27.5元/㎡,本地已建水源热泵系统住宅按收费28元/㎡。
在此先按27.5元/㎡作为比较对象。
每年收费率可达到85%以上。
3.收益分析
(1)本期项目汇报
2010年
投资为150万元,为35000平米供热,收回采暖费81.8125万元,收益为39.699万元,如考虑该小区为高标准节能住宅,运行成本将远远低于按照常规住宅标准的计算,则收益应远远大于此。
2011年开始运行5年
本期项目在2011年在不增加设备的前提下将可满足70000平米以上的住宅供热(如按照65%节能率则可达10万平米),则采暖费收入可达163.625万元以上,即使设备全负荷运行的运行费用应低于80万元,完全可以保证合作各方在本期150万元投资基础上的回报率。
(2)后续项目投资及回报:
2011年,大安安居小区将竣工入住面积增至15万-20万平米,在上述一期150万元投资基础上增加50万元即可将供热面积增加到15万平米,投资80万左右则可增加至20万平米。
15万平米的采暖费收入为350万元,20万平米可收入467.5万元,而运行成本将可完全控制在170万元以下(含运行管理、维护费)。
2012年,安居小区及南湖新城总竣工面积可达60万平米,并有北区污水处理厂的污水热量回收供暖项目,建设局在本项目合作协议中可明确由我方建设承建、运营后续项目。
则2012年需投资建设40万平米住宅及商业用房,按照本期投资预算类推,投资总额应在450万以下,可年收回采暖费(仅按照住宅收费计)为935万元,运行成本可控制在340万元以下。
4合作模式
本项目由投资方与长春荣创能源有限公司合作,以在满足投资方投资回报率的前提下双方分利的模式运行六年后将项目转交给大安市建设局。
双方利润分配方案可以是:
可分配利润=年收回采暖费-运行成本-投资额*回报率
投资方在可分配利润中占20%,长春荣创及相关方占可分配利润的80%
其中:
投资额*回报率部分优先由投资方收回。
运营期:
六年
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