商务区高层住宅地源热泵设计方案及可行性分析报告16页前期策划.docx

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商务区高层住宅地源热泵设计方案及可行性分析报告16页前期策划

一、工程概况

二、地源热泵介绍

1、地源热泵介绍

2、地源热泵的特点

三、方案论证

1、总体设计思路

2、设计依据

3、设计参数

4、设计范围

5、工程总负荷计算及主机的确定

6、土壤源换热器数量的确定和长度计算

7、方案的可行性分析

四、企业简介

五、贝莱特地源热泵主机简介

六、售后服务及质量保证承诺书

七、贝莱特地源热泵部分业绩一览表及部分业绩图片

八、山西省建设厅关于加快既有建筑节能改造工作的意见 

九、山西省建设厅关于国瑞贝莱特污水源热泵的通知

工程概况

本工程位于商务区街附近建筑面积约为15万平米，为住宅。

末端暂按地暖或者风盘考虑。

为遵循国家节能减排政策，我方推荐采用贝莱特地源热泵系统为本工程提供所需（冷）热源。

地源热泵介绍

A、地源热泵简介：

1）美国能源部和美国环境保护署共同认定，地源热泵是迄今为止最舒适、高效、对环境最友好的空调系统。

地热能源费用比一般空调系统节约能源25-50%。

用地热交换每冷吨负荷可减少用电量大约一千瓦。

今天，在美国已经安装了超过650000组地源热泵设备，每年节约相当于26万亿美国热值的化石燃料，以及170万千瓦的电力需求、并且减少了大约4百万吨温室气体二氧化碳的排放量。

650000组地源热泵系统的安装相当于：

●减少840000辆小轿车在路上行驶；

●种植2亿5千万棵树；

●每年减少消耗的进口原油燃料1千4百万桶。

由于在地源热泵设备中不需燃烧原料，所以实际上地源热泵系统并没有排放二氧化碳。

从商业角度来说，地热换热系统为建筑本身提供了优化设计的灵活性，因为冷却塔、室外机和其他室外设备不会占用屋顶和其他建筑空间。

此外，使用地源热泵系统，不需要建锅炉房而且冷冻机房的空间也可以缩小一些。

如果需要在更换供暖制冷设备的学校都采用地源热泵系统的话，未来10年总的能源节约量可超过110亿美元，相当于一百万家庭一年的总用电费用。

2）地源热泵——利用地下能量高效制冷供暖

冬暖夏凉，这样就不难理解地源热泵是如何工作的。

与常规的空调和供暖系统不一样，地源热泵不再需要在室内来“创造”热量或者冷量。

而只是在大地和室内之间“转移”能量，利用极小的电力来维持室内处于一个您所需要的温度水平。

在冬天，少量的电力，将数倍于此的土壤或岩石中的能量送入室内，这时，1千瓦的电力为你提供4—5千瓦的热量是十分轻松的事情。

而在夏天，过程恰恰相反，室内大量的热量被轻松地转移至土壤中，室内得到凉爽的空气，而地下获得的能量将在冬季得到利用。

如此周而复始，将建筑空间和大自然联成一体，以最小的代价获取最舒适的生活环境。

3）地源热泵——维持稳定的室内温度而不依赖地下温度

地源热泵将建筑空间与大地联为一体，但不要以为您室内的温度会随地下温度波动。

实际上，您可以维持室内的温度在所需要的水平上。

比如，在冬季您可以保持室内温度在22℃，同时获取45℃的生活热水，在夏季地源热泵甚至可以用于冷库，保持冷库内0℃以下的温度。

因为系统中仍有热泵制冷制热机组，您不必担心室内温度舒适的水平。

4）地源热泵——并不使用地热

尽管我们使用“地源热泵”这个名称，但并不需要您所在的地区具有地热资源。

实际上，只要您的建筑物周围有一定的空间，有足够的土壤、岩石或水来贮存能量即可。

因此地源热泵可广泛地适用于不同地区。

包括寒冷如北美的加拿大、中国的哈尔滨、炎热如美国的德克萨斯、中国上海的广泛地区内，我们均有工程系统在常年运行。

5）地源热泵——由地下换热系统、热泵机组和室内终端所组成

地源热泵的室内终端和常规空调系统并无不同，可以是风管系统，也可以是风机盘管系统，而热泵机组的原理也和常规的水冷热泵没有区别，地源热泵的最大特点乃是采用地下换热系统来取代常规的冷却塔和辅助热源。

6）地源热泵——使用循环液体在室内和地下介质之间传输能量

地源热泵的地下循环方式有开式和闭式两种。

为避免开式系统可能带来的砂堵，结垢以及相应的寿命和维护上的问题，可采用闭式系统。

闭式系统有水平埋管，垂直埋管，浅表水床底置管等方式。

闭式系统可以大量减少循环水泵的功率消耗，保证更好的节能效果。

并且不受地下水位和水井出力的影响。

7）地源热泵——成熟的技术

地源热泵已是成熟的技术。

在美国，加拿大和欧洲，早已有大量的工程在长期运转，其中仅在美国便已有65万套系统分布在从南到北的广泛地区内。

地源热泵在中国也已经经历了数年的发展，贝莱特公司已经完成了很多的运行多年的实际工程。

实际上由于避免了室外恶劣环境的影响。

迄今为止还没有别的空调系统比地源热泵更可靠、更耐久、更少维护。

当然，你必须选择有经验的设计和施工人员来服务于你，贝莱特公司将使用结合中国工程实际的国际顶尖技术，由经验丰富的工程技术人员为您提供精良的产品和完善的服务。

8）地源热泵——中央空调系统

与窗式空调，分体式空调系统不同，地源热泵是一种典型的中央空调系统。

但在舒适性、寿命、维护、保养及运行费用上有巨大的优势，是一种能同时使用于大型商用建筑和家庭的中央空调系统。

使用地源热泵你可以实施分区控制，保持每个区间均在舒适的温度水平上。

B、地源热泵优点

1）完全的舒适——全新姿态，享受美好生活

常规空调有一个典型的问题，就是当您需要它的时候，如最热的夏季午时，最冷的冬季子夜，它的出力是最小的。

这时候，常规空调往往不能保证室内舒服的温度。

常规的冷暖热泵空调在冬季更是要频繁除霜或加进辅助热源。

地源热泵则不受室外温度的影响。

保证一个相对稳定的出力，即使在最恶劣的情况下也工作自如。

同时，廉价的能量来自于地下，用户不再担心过度的电费帐单，可以将室内的温度调节到更舒服的水平上。

这时，不觉之中，您会发现你家中冬季不用棉被，夏季不着短衫。

同时，由于是中央模式，您可以自由出入家中的每个空间。

更低的运行费用还使你可将更多的新风引入室内您更不会在离家时关掉空调，而再次回家时不得不忍受污浊的空气。

地源热泵是唯一使您能随心所欲地使用它而不必面对巨额帐单的空调系统。

对于商用系统（商场、会所、酒店等），人们对地源热泵的舒适性会有更深的体会。

2）三位一体——集供暖、空调和热水于一身

由于不再受环境和气候的影响，地源热泵在极大的地理范围内和不同的季节里均能正常高效地工作，并保证足够的出力。

这使我们用一套系统便可在夏季制冷，冬季供暖，一年四季提供生活热水，从而完全取代了家中的空调机，热水器和暖气片。

对开发商则免去了供暖管线，锅炉，燃料间和运行管理等问题。

建筑群总体形象也免受破坏，因为建筑物外部不再有烟囱、冷却塔，室外也没有空调挂机。

中央模式——顾及每一寸的空间，家中行动自如

在中国住房品质提升的初级阶段，由于平均居住面积小，窗式或分体式空调成为必然的选择。

今天随着居住面积增大，窗式或一拖多的模式越来越不适宜。

而地源热泵是典型的中央模式，可以保证每一个空间上的舒适，使您在家中活动自如，全无隔阂。

但它却仍保留了分户计算的优点，并且没有大型中央系统的维护问题。

4）绿色环保——利于全球环境，创造绿色小区

地源热泵节约能源，减少了锅炉用量，大量地降低了温室气体的排放。

由于其节能是如此显著，美国各大电力公司均对地源热泵用户有专项补帖，以提高电网效率。

5）能效最高——保证最低的运行费用

地源热泵被美国能源部、美国环保署共同认定为最高效的供暖和制冷空调系统。

夏季制冷较之常规系统要节约40％一50％的运行费用，而冬季供暖的节约可高达70％。

这些数据不是来自于理论的估算，也不是来自于实验室的测量，而是在全美国不同地区的65万多用户每月的电费帐单上体现出来的。

许多用户都有这样经历：

即开始选择地源热泵时，着实为初期投资思考再三，但很快发现这一次的决心免去了随后每月面对运行帐单时的紧张。

6）恒久无障——寿命最长，甚少维护保养顾虑

地源热泵非常可靠耐用。

它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是装在室内，从而避免了室外的恶劣气候。

目前地源热泵系统中的地下换热器可保证可靠运行行50年以上，地上部分可达30年以上。

和常规空调相比，其寿命的增加非常明显。

由于避免了冷却塔每年的清洗，取暖锅炉或吸收式制冷锅炉的除碱和保养，地源热泵几乎是一个免维护的系统。

7）适应性强——可广泛应用于各式建筑

地源热泵可用于不同结构、不同面积的建筑上。

它包括：

工业场所，尤其是空调要求严格、耗能高的制造车间；商业建筑如商场、超市、车站、机场、学校、医院、饭店、写字楼等；居民建筑从单家独院的别墅到高层公寓。

8）年均投资节省——并且每一分钱都有回报

如果您注意到地源热泵地下系统50年的使用寿命（常规系统为15年），可以看出地源热泵系统空调系统年均投资明显得到节省。

并且你每一分钱的投资均有回报：

节约数值可观的运行成本和维护费用。

一般来讲，用户由于选用地源热泵所增加的初投资在系统运行3年左右即可全部收回。

在以后数十年的寿命中地源热泵系统将会为用户带来丰厚的投资回报。

另一方面贝莱特公司将以最大的可能来帮助用户节约初期投资以期得到更低的年均投资值。

初期投资取决于当地气候、周边条件、建筑规模等，因此我们欢迎用户随时向贝莱特公司提出咨询，以估计您可能的投资水平。

方案论证

一、总体设计思路：

本工程我方建议采用地源热泵系统加地埋管土壤源换热器系统提供末端所需冷热源。

该地区地热能源丰富，地温一年四季恒定，土壤热导率高，如果能利用这些可再生的能源，不仅节省了能源，做到了环境保护，而且还降低了运行费用，完全符合国家“节能减排”的能源政策。

且采用地源热泵+土壤源系统可获国家专项补助（详见附件山西省建设厅关于加快既有建筑节能改造工作的意见 ）。

该项目地源热泵机房系统和地埋管土壤源换热器的设计以“必须保证系统安全可靠运行、机房内设备充分考虑其互换性和备用性、土壤源换热器必须保证其运行的安全性能和长年运行的可靠性”为设计宗旨，以“环保节能、营造舒适环境”为主导设计思想，按照国家相关规范和要求为设计依据对该工程进行设计。

1、确定建筑物的冷热负荷，保证建筑物夏季冷负荷（制冷效果）和冬季热负荷（供暖效果）。

2、土壤源换热器的换热量及水流量我方已从晋源区水务局了解到当地的地质情况（详见附件），孔深综合布孔面积考虑以115米计，待打勘探孔做热物性试验后再做调整。

3、该地埋管工程施工完成后将不可能修改，埋管采用四口井为一个单元的连接方式，主管接入二级集分水器，确保某处泄露时关闭该组阀门不会影响到其他组的换热器的正常运行。

4、地埋管施工工艺中采取一些措施，保证土壤源换热器施工不会扰动地基。

5、为了降低低层住宅地板采暖的静水压力，将系统设计分为两个区（高区和低区），分区供暖、供冷，机房内高区和低区分别为相对独立的系统为建筑物提供冷热源。

6、机房采用自控系统，采用先进的集散控制技术、通讯技术、PLC变频控制技术，采用集中监控方式，利用各种检测仪表，对系统实施远程集中监控和就地分散控制，对地源热泵空调设备运行情况以及管网运行状态实时在线监测，安装自控可以使系统的能效比达到工程质量GB50411-2007要求。

7、在机房设计中重点考虑运行的安全性、可靠性、节能型和降低运行成本，结合建筑物不同功能分区的负荷情况，考虑全年的部分负荷运行情况，通过测量机房室内侧回水温度来开启或停止冷冻水泵，对系统进行流量调节来达到节能运行的目的。

空调机组运行台数于楼内冷热负荷相协调匹配。

空调主机的运行与水泵相互协调匹配，这样达到节能运行的目的。

8、我公司集设备的研发、系统设计、工程安装和售后服务为一体的专业化公司，公司承诺对该方案做整体的技术审核，并承诺编制机房和地下换热器的系统竣工图。

9、待提供详细的建筑图纸后，用清华大学开发的DEST软件计算该建筑物的全年动态负荷计算书，并可以将DEST的计算结果带入山东建筑大学开发的地热之星V3.0软件，进行地埋管的设计并提供计算书，地热之星软件还可以今后运行40年内的模拟运行图。

10、我方积极配合甲方在落实补助资金的申请和回款过程中，所需要的技术文件和资料制作，配合甲方做好相关的验收工作。

一、设计依据：

Ø《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003

Ø《智能建筑设计标准》

Ø《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003

Ø《建筑给水排水设计规范》

Ø《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》2002版

Ø《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002

Ø《实用供热空调设计手册》中国建筑工业出版社

Ø《全国民用建筑工程设计技术措施》暖通动力

Ø《地源热泵系统技术规范》GB50366-2005

Ø建设方对本工种的设计要求

二、设计参数

（一）、室外气象参数（太原地区）

夏季：

室外干球温度31.2℃室外湿球温度23.4℃

大气压力：

919.2HPA室外平均风速2.10M/S

冬季：

空调计算温度：

-15℃空调相对湿度：

51%

大气压力：

932.90HPA室外平均风速2.60M/S

（二）、室内设计参数

序号

名称

夏季设计标准

冬季设计标准

1

住宅

18±2℃

三、设计范围

系统设计包括以下部分：

1、地源热泵机房;

2、土壤源换热器;

四、该工程总负荷计算及主机的确定

1、根据太原市节能建筑的冷热负荷指标，计算该工程总的冷/热负荷，以建筑物总的冷热负荷为基础，并结合实际使用的同时使用系数，作为选用热泵主机的依据：

该工程总的冷热量确定：

项目名称

建筑面积（M2）

冷负荷指标（W/M2）

热负荷指标（W/M2）

制冷同时使用系数

总冷负荷（KW）

总热负荷（KW）

住宅

150000

50

7500

合计

7500

2、根据建筑物的总冷热负荷，选用地源热泵空调主机，其主机的制冷量、制热量和耗电量为适合该土壤源工况下的参数：

机组名称

机组型号

数量（台）

机组的制冷量（KW）

机组制热量（KW）

制冷输入功率（KW）

制热输入功率（KW）

地源热泵

GSHP1800-TR

4

1798

1888

346

429

合计

4

7192

7552

1384

1716

有上表可知，地源热泵机房的总装机容量：

夏季为7192KW,冬季为7552KW，完全满足末端冷热负荷的需要（本方案选型考虑一定的富裕量）。

五、土壤源换热器数量的确定和长度计算

该系统的低温冷热源均为大地，地源热泵系统是利用地下土壤常年温度相对稳定的特性，通过埋入建筑物周围的地耦管与建筑物内部完成热交换的装置。

冬季通过地源热泵将大地中的低位热能提高品味对建筑物供暖，同时把建筑物内的冷量储存至地下，以备夏季制冷使用；夏季通过地源热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑物进行降温，同时储存热量，以备冬季制热时使用。

1、冬夏季地下换热量分别指夏季向土壤中排放的热量和冬季从土壤中吸收的热量。

根据能量守恒定律和热力学第二定律可以由下述公式计算：

Q1/=Q1X（1+1/COP1）KW

Q2/=Q2X（1-1/COP2）KW

其中

Q1/——夏季向土壤排放的热量，KW

Q1——建筑所需总冷负荷，KW

COP1——设计工况下地源热泵机组的制冷系数

Q2/——冬季向土壤吸收的热量，KW

Q2——建筑所需总热负荷，KW

COP2——设计工况下地源热泵机组的供热系数

该系统土壤源换热器热量计算：

该项目主要以满足冬季地埋管的吸热为主：

故冬季地埋管取热量计算：

Q2/=7552KW-1716KW=5836KW

2、地埋管土壤源换热器有效长度的计算：

暂以太原与其相近的太原市新源住宅小区地源热泵热物性试验，单U型，埋管为DE32夏季平均每延米的排热量为60W/M,冬季平均每延米的取热量为38.5W/M,为依据设计换热器的总长度：

冬季需要地埋管换热器长度计算：

L2=5836*1000/38.5=151584延米

换热器的垂直埋管选用单U型换热器，管材为PE100高度聚乙烯管，管径为DE32,承压能力为1.6MPA;换热器的水平埋管管材为PE100高密度聚乙烯管，管径为DN50，承压能力为1.0MPA.

3、土壤源换热器数量的确定：

换热孔深度暂取115米，换热器的孔间距取3.5米，本工程满足冬夏季冷热负荷需求需布置换热孔数为1318个孔，取余量需打1325个孔。

4、结论：

该工程设计埋管总数为：

1325个，每个埋管的有效深度为115m，孔间距为3.5米。

土壤源换热器能够满足本工程冷热负荷的需求。

布孔所需的面积约为15000平米（待贵方提供工程总平面图后我方再做详细的布孔设计）。

5、我公司集设备的研发、系统设计、工程安装和售后为一体的专业化公司，公司承诺对该方案做整体的技术审核，并承诺编制机房和地下换热器的系统竣工图。

六、方案的可行性分析

方案技术可行性分析：

①方案原理可行性分析

热是一种能量形式，热量的多少和同时存在的温度的高低是完全无关的，在空气，土壤，和水中，在建筑物排出的空气中，在任何形式的水中都有大量的热。

土壤源热泵空调技术就是利用少量（电能）为代价，吸收土壤这一低温热源的热量。

一般COP值不小于4。

②方案技术保障可行性分析

本项技术目前的水准为国际领先。

这种系统为国家推广项目，并有很多成功的推广经验，该系统节能降耗、高效减排、是适合城市发展的新型能源形式。

方案初投资可行性分析：

初投资对比概算一览表

冷热源方式及序号项目

1

2

3

贝莱特地源热泵

燃气锅炉

集中供热

制冷制热机房部分初投资（万元）

1050

895

1275

地下钻孔及埋管初投资（万元）

1200

0

0

初投资合计（万元）

2250

895

1275

初投资（元/M2）

150

59.7

85

注1：

上表集中供热的接入费按65元/M2计；

注2：

地源热泵还有多余的冷量可为住宅提供冷源。

由上表可知采用地源热泵主机加埋管系统制冷制热初投资比采用燃气锅炉约贵1355万元；比集中供热约贵975万元。

方案运行费用可行性分析

运行计算依据，采暖期为150天，电费0.6元/度，燃气按1.2元/NM3计。

热水循环水泵选用5台（四用一备）单台流量：

339M3/H；扬程：

38.5M；功率：

55KW。

冷却水循环水泵选用5台（四用一备）单台流量：

400M3/H；扬程：

50M；功率：

75KW。

1、采用水源热泵机组冬季运行费用计算

负荷加权百分数为70%。

机房主要设备功率见下表：

水源热泵机房设备功率表

序号

名称

台数

功率（KW）

合计（KW）

1

地源热泵

4

429

1716

2

末端冷热水循环泵

4

55

220

3

冷却水循环泵

4

75

300

7

小计

2236

水源热泵机房运行费用计算

每天运行（h/天）

主机及其他设备

其中两台循环泵

10

24

运行天数（天）

150

电价（元/度）

0.6

负荷加权百分数

70%

冬季运行费用计算（元）

1638000

总建筑面积

150000

每平米运行费用（元/平米*季度）

10.92

2、采用燃气锅炉制热运行费用分析：

本工程总热负荷7500/700=10.7吨，根据计算采用两台5.5T/小时燃气锅炉，单台燃气量为965NM3/H计算，每天累计运行10小时，运行费用计算如下：

965NM3/H*2台*150天*10小时*1.2元/吨=3474000元

热水循环泵运行费用=（55*4）*150*24*0.6=475200元

维护费用按系统运行费用的0.1计=（3474000+475200）*0.1=394920元；

运行费用合计=3474000+475200+394920=4344120元；

每月每平米运行费用4344120元/（150000平米）/5月=5.8元/月*平米

综上采用采用燃气锅炉全年的运行费用为4344120元。

3、采用集中供热运行费用分析

集中供热太原市运行费用暂为3.6元/M2；

本工程一个采暖季所需的运行费用为：

3.6元/M2*5（月）*150000M2=270万元。

即采用集中供热全年的运行费用为2700000元。

结论

综上所诉：

1、采用地源热泵加地埋管系统制热全年的运行费用可比采用燃气锅炉节省270万元；即较初投资不到五年时间即可回收多余的成本。

2、采用地源热泵加地埋管系统制热全年的运行费用可比采用集中供热节省106万元；即较初投资不到十年时间即可回收多余的成本。

注：

地源热泵机组设备使用年限达30年，地埋管系统使用年限更可达50年之久。

维护费用很小。

热泵系统完全自控，系统根据室内外温度要求自动调节，可做到无人看管，同时也可用于联网监控，经济效益不言而喻。

土壤源热泵供暖系统是一项经济效益与社会效益兼收的利国利民的工程。

此外，政府对使用该项目也是大力扶持，根据国家多个部委的文件及山西省政府的文件，对该项目有一定的资金补助（详见山西省人民政府办公厅文件晋政办发〔2008〕10号 ），如果能申请回这一部分补助，那么该项目的投资会更节省，甚至一次性投资要比燃汽锅炉更少。