天津特变电工太阳能与燃气锅炉采暖方案.docx
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天津特变电工太阳能与燃气锅炉采暖方案
天津特变电工厂区节能改造设计方案
编制单位
编制日期:
1、设备暂估造价
2、天津特变电工厂区节能改造空调设计方案
2.1项目概况
1、项目简介
本项目为天津特变电工厂区节能改造空调项目,其需改造面积为35180平方米,计划使用太阳能与燃气锅炉结合进行采暖改造,同时采用吸收式溴化锂制冷机组或采用水冷制冷机组进行制冷对2#车间和研发楼进行供冷。
厂房终端计划采用全风道系统进行制冷,办公楼与研发楼采用风盘进行制冷,供暖终端均采用暖气片。
2#车间进行制冷改造时,需要进行二级以上的新风过滤,保证车间为无尘车间的要求。
建筑物的建筑面积一览表如下:
序号
名称
占地面积(m2)
建筑面积(m2)
备注
1
一号厂房
15623
16093
层高14m
2
二号厂房
9876
9917
3
办公楼
1010
3116
4
传达室
48
48
5
研发楼
1361
6006
合计
27918
35180
其中1号和2号厂房、办公楼、研发楼均只增设热源部分,供暖与制冷终端系统采用原有设备,2号厂房要加装制冷系统和供冷终端系统。
本项目改造的主要工作:
(1)、厂房、办公楼、研发楼的建筑面积为35180m2的供暖热源的改造;(供暖终端采用原有设备);
(2)增设2#厂房的制冷设备和终端供冷系统。
2、项目地点
天津市滨海新区
2.2项目必要性
2.2.1项目背景
1、中国建筑面积与建筑总能耗
从2000年到2010年,中国建筑面积由277亿m2增长到453亿m2,十年间增长64%,而建筑总能耗由2.89亿tce,增长为6.77亿tce,十年间增长134%,这说明建筑能耗的增长高于建筑面积的增长,这表明除了建筑本身能源需求增长以外,建筑节能技术没有得到大量的推广使用,大部分的建筑仍在使用传统的能源供应方式。
2、中国的能源现状
交通
工农业
建筑
到2015年,中国可获得全部一次能源供应能力为43亿吨标煤,消耗上限为41亿吨标煤;有研究表明:
中国建筑能耗的一次能源消耗上限不超过20亿吨标煤,否则将可能超出中国能源的供应能力。
这就要求建筑能耗必须大力推广可再生能源和节能技术的利用,才能有效地保证建筑能源的供应。
目前中国的能源消耗的现状为:
建筑能耗占总能耗的确20~30%,到2015年建筑总能耗预计8.6亿tce。
建筑供应方式为:
城市热网、锅炉集中供暖(煤/气/油)、工业余热热泵供暖、太阳能/空气源热泵、水地源热泵供暖。
还有很小
部分是蓄能电锅炉采暖。
随着新能源供暖技术的兴起,新能源供暖
技术得到越来越多的利用,但是新能源供暖
技术占建筑供暖总能耗的比例还很小。
目前中国绝大部分建筑仍是
城市热网,和锅炉集中供暖
(煤/气/油)集中供暖。
这种状况必
须得到根本性的改变,才能有效地
减轻环境污染和能源供应的压力。
同时,中国承受巨大的环境保护压力,极其严重的雾霾天气,居高不下PM2.5值,需要很加清洁环保新能源供应技术来解除社会发展与环境保护之间的困境,才能实现习主席提出的“建设美丽中国”的构想。
3、解决对策
从能源利用的角度来解决这个问题,首推新能源利用政策,全国各地都纷纷推出新能源利用的鼓励政策,这让人们看到解决困境的希望。
中国新能源的资源状况如下:
由于我国太阳能资源可开发量很大,资源很丰富,并且太阳能可开发量能完全满足中国能源的需求供应缺口,因此太阳能开发和利用的发展是真正解决国家与企业的能源短缺问题最大保障。
随着全球范围内的能源供应紧缺与环境的日益恶化,以太阳能、地热等为代表的可再生能源,越来越受到人们的关注。
可再生能源主要包括水力发电、太阳能、生物能源、风能、核能、地热能、海洋能等。
提高能源效率和发展可再生能源已成为全球能源可持续发展的两个重要组成部分。
从战略上说,世界最终将转入可再生能源的持续利用。
“节能减排”成为当前国家最重要战略之一,也是政府政绩考核最重要的指标之一。
对防止空气污染、保护环境,实现自然生态平衡方面具有积极的促进作用
本项目在天津地区的实施,符合有关政策的导向,为清洁能源在该地区的推广使用提供了一种全新的、具有前瞻性与实际推广价值的应用领域,在天津倡导节能环保的社会主义现代建设中将起到积极的示范作用。
2.3、项目概况
(1)概述
本项目位于天津市,总建筑总面积为35180平方米。
该项目为生产、办公、研发的综合性中央空调工程。
(2)地理气候参数
1)地理位置:
天津地区(北纬39°05ˊ,东经117°04´)。
2)基础水温:
10℃;冷水计算温度:
计算热水系统的耗热量时,必须决定冷水的计算温度,冷水的计算温度以当地最冷月平均水温资料确定,水温资料时参照下表:
分区
地区
地面水温度
地下水温度
第一分区
黑龙江、吉林、内蒙古的全部,辽宁的大部分,河北、山西、陕西偏北部分,宁夏偏东部分
4
6~10
第二分区
北京、兰州、山东全部,河北、山西、陕西的大部分,河南北部,甘肃、宁夏、辽宁的南部,青海偏东和江苏偏北的一小部分
4
10~15
第三分区
上海、浙江全部,江西、安徽、江苏的大部分,福建北部,湖南、湖北东部,河南南部
5
15~20
第四分区
广东、台湾全部,广西大部分,福建、云南的南部
10~15
20
第五分区
贵州全部,四川、云南的大部分,湖南、湖北的西部,陕西和甘肃秦岭以南的地区,广西偏北的一小部分
7
15~20
3)太阳辐照量:
依据国家建筑标准设计图集06SS128《太阳能集中热水系统选用与安装》中附录一:
《主要城市各月设计用气象参数》中选用,天津地区年辐照量资料:
年日均辐照量为16.34MJ/㎡.d。
冬季的日均辐照量为14.41MJ/㎡.d。
天津
纬度39。
05`经度117.。
04`海拔高度2.5m
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
月平均室外气温(℃)
-4
-1.6
5
13.2
20
24.1
26.4
25.5
20.8
13.6
5.2
-1.6
水平面月平均日太阳总辐照量(MJ/㎡·日)
8.269
11.242
15.361
17.715
21.57
21.283
17.494
16.806
15.472
12.03
8.5
7.328
倾斜表面月平均日太阳总辐照量(MJ/㎡·日)
14.725
16.491
18.6
17.628
19.501
17.981
15.495
15.891
17.378
16.413
13.806
12.61
月日照小时数
184.8
183.3
213
238.3
275.3
260.2
225.3
231.1
231.3
218.7
179.2
172.2
(4)集热面积补偿比:
依据国家建筑标准设计图集06SS128《太阳能集中热水系统选用与安装》中附录一:
《主要城市太阳能集热面积补偿比》中选用,天津地区(北纬39°05ˊ,东经117°04´)倾斜面上的辐照量补偿比如下:
根据上表统计数据,当地纬度倾斜面的年日均总辐照量为16.34MJ/㎡,根据图集中的集热面积的补偿比,10度倾斜面上的补偿比为99%,集热器倾斜面上的冬季日均总辐照量为14.41MJ/㎡×99%=14.27MJ/㎡。
2.2项目参数设计
一、参数设计依据
Ø《建筑节能设计标准》JGJ26—95
Ø《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
Ø公共建筑节能设计标准GB50189-2005
ØGB/T18430.1-2001《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途冷水(热泵)机组》
ØGB/T1720-1979漆膜附着力测定法
ØGB/T2423.17-1993电工电子产品基本环境试验规程
ØGB4208-1993外壳防护等级(IP代码)
ØGB4706.1-2005家用和类似用途电器的安全第一部分:
通用要求
ØGB4706.32-2004家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求
ØGB/T5226.1-1996工业机械电气设备第一部分:
通用技术条件
ØGB9237-2001制冷和供热用机械制冷系统安全要求
ØGB/T10870-2001容积式和离心式冷水(热泵)机组性能试验方法
ØGB/T13384-1992机电产品包装通用技术条件
ØGB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》
ØGB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
ØGB/T12936-1991《太阳能热利用术语》
二、热负荷
目前《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005、《居住建筑节能设计标准》以及《民用建筑节能设计标准》都规定建筑耗热量应该按照各种维护结构单位面积耗热量累计值来计算。
(1)室内设计参数
季节
房间功能
夏季温度
冬季温度
温度(℃)
相对湿度(%)
温度(℃)
相对湿度(%)
办公室
28℃±2
/
18℃±2
/
厂房
26~28
/
16℃±2
>30
(2)负荷计算
计算供暖热负荷时,采用建筑物体积热指标进行估算,各建筑物单位体积耗热量见下表,根据体积就可以计算出供暖热负荷。
建筑物热负荷计算公式:
式中:
qnv:
建筑物供暖体积热指标,见表3,W/(m3·℃)
a:
修正系数,
V:
建筑物外轮廓体积;
tw:
采暖室外计算温度;
tnp:
室内平均计算空气温度。
表3民用建筑体积热指标qnvW/(m3·℃)
建筑名称
V(103·m3)
tnp(℃)
qnv
建筑名称
V(103·m3)
tnp(℃)
qnv
行政建筑、办公楼
≤5
18
0.50
医院
≤5
20
0.47
5~10
0.44
5~10
0.42
10~15
0.41
10~15
0.37
≥15
0.37
≥15
0.35
≥10
0.35
≥10
0.27
电影院
≤5
14
0.42
洗衣房
≤5
15
0.44
5~10
0.37
5~10
0.38
≥10
0.35
≥10
0.36
剧院
≤10
15
0.34
公共餐厅、食品厂
≤5
16
0.41
10~15
0.31
5~10
0.38
15~20
0.26
≥10
0.35
20~30
0.23
试验室
≤5
16
0.43
≥30
0.21
5~10
0.41
商店
≤5
15
0.44
≥10
0.38
5~10
0.38
消防车库
≤2
15
0.56
≥10
0.36
2~5
0.53
托儿所
幼儿园
≤5
20
0.44
≥5
0.52
≥5
0.40
汽车库
≤2
10
0.81
学校
≤5
16
0.10
2~3
0.70
5~10
0.09
3~5
0.64
≥10
0.08
≥5
0.58
查《实用供热空调设计手册》得到天津市室外气象参数如下:
天津采暖室外计算温度:
-9℃,。
极端最低和最高温度:
-22.9℃、39.7℃
冬季大气压力:
102.66kPa。
冬季平均风速:
3.1m/s
冬季日照率:
62%。
根据冬季天津对室内温度的需求,冬季厂房室内设计温度为16℃,故tnp=16℃。
天津地区冬季室外计算温度为-9℃,选取修正系数为1.05。
生产厂家供暖体积较大,选取qnv=0.35。
Q1=1.05*0.35*160*96*14*(16-(-9))=1975.68kW。
(1号厂房)
Q2=1.05*0.35*160*60*12*(16-(-9))=1058.4kW。
(2号厂房)
而办公楼与研发楼则按面积热指标进行估算,各建筑物单位面积冷热指标见下表,根据建筑面积就可以测算出供暖热负荷。
根椐《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ19-87)和《通风空调工程施工手册》的规定:
各种建筑物制冷供暖面积热指标
建筑物种类
制冷
单位
供暖
住宅
60~90
W/m2
45-70
旅馆
80~90
W/m2
60-70
办公室、学校
95~115
W/m2
60-80
医院、幼儿园
105~130
W/m2
65-80
商场
105~125
W/m2
65-85
商场(仅营业厅设空调)
210~240
W/m2
70-90
餐厅
290~360
W/m2
115-140
礼堂
140~350
W/m2
115-165
保温馆舍
95~200
W/m2
90-140
厂房
120~210
W/m2
105-155
选用办公楼面积制热指标选取为80W/m2;其办公楼制热负荷为:
80W/m2*3116m2=249.28kW,而研发楼的制热负荷为:
80W/m2*6006m2=480.48kW;厂区建筑的总供暖负荷为:
1975.68kW+1058.4kW+249.28kW+480.48kW=3763.84kW。
按指标计算供暖量,与按供暖耗热量、围护结构基本耗热量、冷风渗入量和冷风侵入量的计算法相比,有一定误差但基本接近,面积估算法得出需供暖量要高于细算法的需供暖量,因此按估算法选配设备是安全的。
2.3、设计方案原理与方案流程图说明
冬季采暖采用燃气锅炉供应为主,太阳能集热器补助采暖的方式;太阳能集热器先将来水加热到50℃,再将中温水送入蓄热水箱和锅炉的补水水箱中,由燃气锅炉将水温加热到额定出水温度80℃~95℃,当阴雨天或太阳能储热水箱的水送入燃气锅炉的补水水箱中,燃气锅炉直接供应采暖负荷。
为了对太阳能集热器运行状况的准确监控,及时对太阳能集热器进行故障处理,本方案设立了无线远传控制系统,并为了让用户清楚明白太阳能集热效果、和燃气锅炉的效热量,在系统中设立热量计、温控阀等自动控制设备,设立数据状态显示工控机系统,清楚准确地系统运行状况,各子模块得热量、耗热量、系统效率、运行故障报警、CO2减排量等在电脑中显示出来。
其原理图见附件1太阳能与燃气锅炉组合供应原理图。
2#车间的夏季制冷有两个方案:
一个是采用常规水冷机组与冷却塔组合的方案,其原理图如下:
在车间内制冷终端使用全风道制冷系统,新风与供冷终端组合在风道中,4组表面冷却换热二级过滤装置(初效、中效),由新风机组将冷量带入车间。
另一种方案,充分利用夏季太阳能热水,采用吸收式溴化锂制冷机组,由太阳能热水加热溴化锂,使溴化锂由液态变为气态,气态溴化锂吸收室内热量变为液态溴化锂,形成反复循环达到制冷的目的,同时配置蓄热水箱,将夏季太阳能富余的热水收集起来再利用。
其原理示意图如下:
利用太阳能的热源替代了燃气或电能的损耗,吸收式溴化锂制冷机组运行原理如下:
蒸发器
节流装置
1.使用自然工质水,不用氟利昂,不会产生温室气体,不破坏臭氧层;
2.使用太阳能或低品位废热驱动,不需要电能驱动,节约能源;
两个吸收床
冷凝器
3.正常运行时,只需要水泵,能效比系数COP值可超过10,而家用节能空调是3,中央空调4.5;
4.运动部件少,没有压缩机,运行比较可靠。
2.4、冬季采暖设计说明
2.4.1、燃气锅炉的选型设计计算
2.4.1、燃气锅炉的选型设计
1、锅炉选型及台数的确定
冬季终端使用钢制散热片,热源采用太阳能与燃气常压热水锅炉结合供应的方案。
用分水器将锅炉的热水送到各建筑暖通原有管道连接处。
将需供暖建筑分为两个系统,由1#厂房为一个系统,采暖最大负荷为:
为1976kW;由2#厂房、研发楼和办公楼为一个系统,采暖最大负荷为:
为1789kW;根椐计算和韩国(北京)某某锅炉有限公司生产的燃气锅炉的技术参数表,选用常压燃气锅炉CWNS2.1型燃气热水锅炉,两台;
因为热媒为水,锅炉的额定供水温度为95℃,回水温度为70℃,经计算最大热负荷为3764KW。
单台锅炉的额定热功率2100KW。
其额定供热总功率为4200kW,单位面积的实配指标为:
119w/m2。
单台额定耗气量为:
236.2Nm3/h。
其排烟温度为160度,NOX排放量低于400mg/m3。
锅炉本体自带有风机和烟囱。
所选锅炉的具体参数如下:
2、燃气锅炉的特点
该产品具有无噪声、无污染、安装使用方便等优点。
热效率高达99%以上,内置换热器可承压1.0MPa,该产品采用了以下关键技术:
1)无切削挤压鳍片管技术:
增加换热器受热面积,强化传热;防止和延缓换热器内部结垢。
2)双盘管技术:
使无切削挤压鳍片管换热器能够同时提供两种不同用途的热水。
(特殊产品)
3)电热管排列和接线结构:
实现机组电加热管合理排列,方便更换和维修。
4)PLC控制技术:
实现机组全自动无人值守,电加热管分级启停,保证电锅炉安全运行.具有超温、过载、短路、漏电、缺水,缺相等安全保护措施。
5)全中文菜单,简捷人机界面,锅炉运行参数动态显示。
6)配有RS485/422/232通讯接口,可实现锅炉集中控制,远程监控.
7)双组份保温涂料技术:
以较小厚度的保温材料实现良好的保温效果,耐浸泡、抗老化、抗脱落、成型性好、节约燃料。
8)全挂钩式面板设计:
外观精美,安装,拆卸,维修方便。
9)采用国际上通用的防腐阻垢措施,即牺牲阳极保护法保护炉体,延缓结垢.采用进口水位控制器,保证机组运行更安全。
10)采用防晒,防变色的户外粉体进行表面处理,保证机组长期不变颜色。
3、锅炉房的设计
(一)常压燃气锅炉房的系统原理图如下:
(二)、给水和热力系统设计
1.水处理方案的确定
(1)热水锅炉对给水的水质要求
根据《低压锅炉水质标准》规定,对于温度不大于95度的热水锅炉,补给水和循环水的水质要求如下表所示:
项目
补给水
循环水
悬浮物mg./L
总硬度me/L
PH值(25℃)
溶解氧mg/L
≤5
≤0.6
≥7
≤0.1
8.5~10
≤0.1
(2)水质处理方案的确定
本锅炉房原水的硬度超过给水水质标准,故需进行软化处理。
由于热水锅炉不存在水的蒸发,水中盐类浓度不会增加,碱度也不会提高,而且保持一定的碱度还可以对金属壁起到一定的保护作用。
据此,决定选用全自动软水器。
由于是连续供热方式,原水水质和处理水量较稳定,又为简化操作程序和自控设备。
2.热网循环水量及循环水泵的选择计算见下表(分两个循环管路):
序号
名称
符号
单位
计算公式或数值来源
数值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
总热负荷1
总热负荷2
供水温度
回水温度
热网循环水量
锅炉房自用热水及安全系数
循环水泵台数
每台循环水泵流量
锅炉房内部阻力
用户系统阻力
循环水泵所需压头
循水泵选择
厂家
型号
流量
扬程
功率
转速
进水管直径
出水管直径
外形尺寸
Qmax1
Qmax1
Tg
Th
Gxo
K
N
Gxo1
h1
h2
hs
Q
H
N
n
DN1
DN2
kW
kW
℃
℃
kg/h
台
kg/h
MPa
MPa
MPa
m3/h
kPa
kw
r/min
mm
mm
计算值
计算值
给定
给定
选取
其中一台备用
Gxo/2
选取
选取
给定
h1+h2
南方泵业
TD50-40/2
以最大外围尺寸为准
1976
1789
95
70
67.974×103
61.541×103
1.1
3
33.987×103
30.77×103
0.15
0.30
0.45
35
40
7.5
2900
50
40
3.全自动软水器选择根据循环水泵的流量、水硬度和软化程度,通过计算选用单头双罐全自动软器,φ1250×2000mm,玻璃钢罐体,2台(每个循环系统);
全自动钠离子交换器技术参数如下表:
序号
名称
符号
单位
数值
附注或要求
1
离子交换树脂
R
.
选用001*7型树脂(PUROLITE)
2
单位树脂再生耗盐量
Spr
g/L
160
查阅相关资料
3
所需交换面积
F
m2
2.4
流量/运行流速,结果是总的面积
4
交换器同时工作台数
n
台
2
5
选用交换器直径
Dt
mm
1250
根据计算
6
实际交换器截面积
Fe
m2
1.2
7
单罐连续运行时间
St
hr
8
流量控制再生一般连续运行时间不少于6小时
8
要求的单罐交换容量
Ce
mol
960
流量×运行时间×原水硬度
9
最少树脂装载量
Rmin
L
873
时间控制再生其树脂量必须满足一天的总产水要求
10
选用交换器高度
H
mm
2000
根据玻璃钢罐体资料
11
反洗时间
Bt
min
15
按国家标准*
12
再生一次盐耗量
Sd
kg
196
当饱和盐液浓度为26.3%时,一加仑水溶解1.35kg盐
13
配制饱和盐液耗水量
Sw
gallon
145
1gallon=3.785L
14
盐箱注水时间
Rt
min
15.0
15
实际盐箱注水量
Rw
gallon
135.00
16
吸盐时间
Dt
min
27
17
吸盐置换时间设定
Dst
min
60
吸盐时间+置换时间
进出口径DN20,进出口压力0.15-0.3Mpa。
4.软化水箱的体积确定
本锅炉房设软化水箱各一只,其体积按40min的补给水量计算,即:
Vrs=0.67G′wo=5m3
现选用方型开式水箱,其尺寸为2500×2000×1000,其公称体积为5.0m3
5、燃气锅炉房主要设备选型表
序号
子目名称
工程量
备注
单位
数量
1
燃气常压热水锅炉CWNS-2.1
台
2
奥林匹亚
2
热网循环水泵TD50-40/2
台
6
南方泵业/分两个系统
3
锅炉与蓄热水箱循环泵
台
2
威尔
4
全自动软水器,单头双罐,
φ1250×2000mm
台
4
北京科净源(带盐桶)
5
软化水箱5m3
台
2
北京海量
6
集水器φ600×1800mm
台
2
北京昌日
7
分水器φ600×1800mm
台
2
北京昌日
8
立式除污器
台
1
北京昌日
9
阀门
套
1
10
机房内管道及配件安装
套
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