某国际大酒店地源热泵设计方案.docx
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某国际大酒店地源热泵设计方案
关于某国际酒店能源方案的说明
某国际大酒店占地103亩，总建筑面积约5.5万㎡，其中酒店部分建筑面积3.8万㎡，别墅部分建筑面积1.7万㎡。
地埋管地源热泵系统（以下简称地源热泵系统）室外地埋管部分占地近1万㎡，除去建筑占地，项目有足够的面积用于室外地埋管。
一、负荷情况
某大酒店供热负荷为5200kw；供冷负荷为4300kw；生活热水负荷为2800kw。
别墅部分参考酒店负荷进行估算，总热负荷为2380kw；总冷负荷为1870kw。
二、对比方案
1、“燃油锅炉＋冷水机组”
系统按冷热需求分系统设计，按照总热负荷8000kw配置燃气锅炉、按照总冷负荷4300kw配置冷水机组及冷却塔，相应配置其它机房设备及室外管线。
2、“用燃油锅炉调峰的地源热泵系统”
用地源热泵解决基础负荷（总负荷的60%），用燃油锅炉解决调峰负荷（总负荷的40%）
按照酒店热负荷5200kw的60%，即3120kw配置地源热泵系统，按照酒店热负荷40%，即2080kw配置燃油锅炉。
地源热泵系统可承担冷负荷3510kw，酒店冷负荷的其余部分790kw由冷水机组承担。
本项目中别墅部分的供暖及制冷完全由地源热泵系统来解决。
三、项目初投资估算
酒店部分费用表
序号
工程或费用名称
工程费用（万元）
燃油锅炉＋冷水机组
地源热泵＋锅炉调峰
一、
机房设备
540
615
1
燃油锅炉
80
35
热泵机组
－
270
冷水机组
200
55
2
水泵
40
40
3
机房配套设备
160
160
4
电气、控制系统
60
55
二、
室外工程
40
1000
地埋管
－
990
冷却塔
40
10
三、
总计
580
1615
四、
单位面积造价
153元/㎡
425元/㎡
别墅部分空调系统费用表
序号
工程或费用名称
工程费用（万元）
燃油锅炉＋冷水机组
地源热泵
一、
机房设备
245
247
1
燃油锅炉
40
热泵机组
－
135
冷水机组
90
2
水泵
20
22
3
机房配套设备
70
80
4
电气、控制系统
25
10
二、
室外工程
15
780
地埋管
－
780
冷却塔
15
－
三、
总计
260
1027
四、
单位面积造价
153元/㎡
604元/㎡
“燃油锅炉＋冷水机组”的形式总投资840万元；地源热泵系统的总投资为2642万元。
室外地埋管部分寿命长达50年，如果按照20年的投资期折算，仅相当于708万元，系统投资相当于1580万元。
地源热泵系统中别墅部分考虑了分户供暖的方式，如不考虑分户
的问题亦可按调峰方式并入酒店系统，可节约初投资305万元。
四、投资分析
1）运行费用表
单位（万元）
燃油锅炉＋冷水机组
地源热泵＋调峰
供冷费用
30
30
供暖费用
412
168
生活热水
70
51
费用总计
512
249
2）从上表可以看出，“地源热泵＋调峰”的方案每年比“燃油锅炉＋冷水机组”的方案节约运行费用263万元，前者的初投资比后者多1800万元，项目的回收期为6.9年。
一、项目简介
本项目位于吉林省白山市，项目包括五星级酒店建筑面积3.8万平米，别墅建筑面积1.7万平米，总建筑面积5.5万平米。
本方案拟采用绿色环保、高效节能的地源热泵系统作为能源系统，为酒店和别墅冬季采暖、夏季制冷；采用燃油锅炉解决生活热水需求，在夏季通过热泵系统的冷凝热回收技术获得免费的生活热水，春、秋过渡季采用地源热泵系统制取。
系统末端均采用风机盘管系统。
二、设计依据
1、《采暖通风与空气调节设计规范GB50019－2003》
2、《建筑给水排水设计规范GB50015-2003》
3、《通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-2002》
4、《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》
5、《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调•动力》
6、《公共建筑节能设计标准GB50189-2005》
7、甲方提供的相关资料
三、冷、热负荷估算
1、气象参数
1）气象参数
下表根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》给出了吉林临江的设计用室外气象参数，白山市与临江市相距较近，可参考该地气象参数。
设计用室外气象参数
单位
数值
采暖室外计算温度
℃
-21.3
冬季通风室外计算温度
℃
-20.3
夏季通风室外计算温度
℃
27.3
夏季通风室外计算相对湿度
％
61
冬季空气调节室外计算温度
℃
-24.3
冬季空气调节室外计算相对湿度
％
72
夏季空气调节室外计算干球温度
℃
30.7
夏季空气调节室外计算湿球温度
℃
23.5
夏季空气调节室外计算日平均温度
℃
25.1
冬季室外平均风速
m/s
0.4
冬季室外最多风向的平均风速
m/s
1.6
夏季室外平均风速
m/s
1.1
冬季最多风向
——
NNE
冬季最多风向的频率
％
5
夏季最多风向
——
N
夏季最多风向的频率
％
16
年最多风向
——
N
年最多风向的频率
％
14
冬季室外大气压力
Pa
98560
夏季室外大气压力
Pa
96840
冬季日照百分率
％
60
设计计算用采暖期日数
日
168
设计计算用采暖期初日
——
10月23日
设计计算用采暖期终日
——
4月8日
极端最低温度
℃
-33.8
极端最高温度
℃
37.9
2）最冷月干球温度
3）最热月干球温度
4）太阳日总辐射年变化图
2、冷、热负荷
建设方提供的酒店总热负荷为5200kw，折合137w/m2；总冷负荷为4300kw，折合113w/m2；生活热水负荷为2800kw。
别墅部分按照酒店负荷进行估算，热负荷指标按照140w/m2，总热负荷为2380kw；冷负荷指标按照110w/m2，总冷负荷为1870kw。
四、地源热泵系统介绍
地源热泵系统是以地下岩土体为低温热源，由水源热泵机组、地温采集系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。
地源热泵系统设有垂直或水平埋设在岩土体中的地埋管换热器，通过地埋管换热器中传热介质的循环流动与岩土体进行热交
换，冬季从地下岩土中吸收热量，由热泵机组提升能量品位后将热量释放到建筑物内，为建筑供暖；夏季将建筑物内的热量释放到地下岩土体中，为建筑物空调供冷。
地源热泵系统夏季供冷原理如下图所示：
冬季供暖原理如下图：
地埋管地源热泵系统利用的浅层地温资源。
浅层地温资源储存于地下土壤、岩石和地下水中，地下自然情况复杂，资源的产生、形成、储存、开采利用受到其所在区域的地质、水文地质条件的制约，项目实施前须对工程场区的地质、水文地质条件进行勘查。
影响地源热泵系统的地质、水文地质条件因素主要有：
地层结构、岩土体热物性参数等地层条件；地下水含水层的分布、静水位、流速等水文地质条件；地温、水质等物理化学特性。
地源热泵是可再生能源利用技术，具有绿色环保、高效节能、运行稳定可靠、环境效益显著、一机多用、自动运行等优点，被称为21世纪的“绿色空调技术”，是解决建筑供暖系统节能问题的重要技术之一。
五、设计方案概述
1、方案概述
该项目地处山间盆地，第四系较薄，厚度为10米，下伏泥岩。
在该类地层钻凿换热孔成本较高，为了相对准确地确定项目投资规模，需要在项目前期钻凿试验孔以确定单孔换热量和可行的钻凿深度。
为了有效降低空调系统的初投资，特别是降低地埋管换热器系统的投资，减少运行费用，本方案设计采用调峰的方案，即用地源热泵系统提供系统所需的基础负荷，燃油锅炉解决大约40%的调峰负荷。
地埋管换热器系统设计以基础负荷为依据，冷负荷的不足部分由冷水机组来承担。
在本方案的设计中，酒店与别墅分别进行地源热泵系统的设计。
1）酒店部分
根据冬季热负荷设计室外地埋管系统，并进行热泵机组的配置选型。
校核地埋管系统的放热能力后，确定能够解决的夏季冷负荷大小，不足的部分用冷水机组加冷却塔的方式解决。
系统末端采用风机盘管，冬季采暖热水供回水温度为45/40℃；夏季冷冻水供回水温度为7/12℃。
生活热水冬季由燃油锅炉提供，夏季采用冷凝热回收的方式免费获得，春、秋过渡季采用地源热泵系统制取。
2）别墅部分
别墅群设计统一的地埋管换热器系统，单个别墅室内设置独立的热泵机组。
根据冬季热负荷设计室外地埋管系统，并进行热泵机组的配置选型。
系统冬季供暖供回水温度为45/40℃；夏季制冷供回水温度为7/12℃。
3）地源热泵供暖、制冷的系统原理图如下所示：
2、地埋管系统设计
冬季热泵效率（COP）取为4，地源热泵承担总热负荷的60%（3120kW），需要从土壤中吸收热量2340kW。
根据我公司多年的实际工程经验给出设计孔深和单位孔深的换热量，在实际施工图设计中要以现场的实际勘察数据为计算依据。
地埋管吸热量取为50W/m，放热量取为90W/m，以此作为方案计算的依据。
其中埋地孔深按150m设计，孔间距按照5m×5m，实际地埋管的敷设根据建筑物周围的绿地，道路等进行调整。
地埋管采用高密度聚乙烯管，双U垂直埋设。
则冬季埋地换热器与周围土壤的换热情况见下表。
1）酒店部分
冬季地埋管系统计算表
热负荷
（kW）
从土壤中吸热
（kW）
单位孔换热量（W/m）
孔深
（m）
孔数
（个）
孔间距
（m×m）
占用面积
（m2）
3120
2340
50
150
312
5×5
7800
地埋管系统夏季校核计算表
孔数（个）
孔深
（m）
孔间距
（m×m）
占用面积
（m2）
单位孔换热量（W/m）
向土壤中放热（kW）
可承担冷负荷（kW）
312
150
5×5
78000
90
4212
3510
室外布312个换热孔，占地面积约为7800m2。
2）别墅部分
冬季地埋管系统计算表
热负荷
（kW）
从土壤中吸热
（kW）
单位孔换热量（W/m）
孔深
（m）
孔数
（个）
孔间距
（m×m）
占用面积
（m2）
2380
1785
50
150
240
5×5
6000
地埋管系统夏季校核计算表
孔数（个）
孔深
（m）
孔间距
（m×m）
占用面积
（m2）
单位孔换热量（W/m）
向土壤中放热（kW）
可承担冷负荷（kW）
240
120
5×5
6000
90
3240
2700
室外布240个换热孔，占地面积约为6000m2。
3、设备选型
主要设备选型如下表所示：
1）酒店部分
设备
型号
额定功率
（kW）
备注
地源热泵
WPS
3台
空调侧循环泵
QPG200-315A
37
3用1备
地源侧循环泵
QPG200-260
30
2用1备
空调侧补水泵
QPG50-200A
4
2用1备
地源侧补水泵
QPG50-160A
2.2
2用1备
其他
200
额定电功率:
1600kW，不含生活热水系统。
2）别墅部分
设备
型号
额定功率
（kW）
备注
地源热泵
WPS060.1B
45
11台
水泵
空调侧循环泵
QPG80-160B
5.5
1用1备,11套
地源侧循环泵
QPG125-260A
11
3用1备
地源侧补水泵
QPG50-160A
2.2
2用1备
额定电功率:
600kW，不含生活热水系统。
六、经济性分析
1、初投资估算
1）酒店部分
序号
工程或费用名称
费用
备注
一、
机房设备
1
主机
270
3台
2
冷水机组
55
1台
3
燃油锅炉
35
3吨
4
水泵
40
屏蔽泵
5
机房配套设备
90
软水设备、分集水器、水箱、定压罐、工艺管线、管道附件
6
机房配套安装
80
设备、工艺管线、管道附件安装
7
电气、控制系统
55
低压配电柜及电气安装
二、
室外工程
垂直打孔、双U管埋设、水平联络管
990
312个150米深的孔，高密度聚乙烯，双U垂直埋设
三、
总计
1615万元
四、
估算造价
425元/m2
建筑面积3.8万m2
注：
以上初投资为根据现有条件的粗略估算，不含电力增容、土建、末端部分，实际工程造价以施工图预算为准。
2）别墅部分
序号
工程或费用名称
费用
备注
一、
机房设备
1
主机
135
11台热泵
2
水泵
22
11组22台屏蔽泵
3
机房配套设备及安装
80
分集水器、工艺管线、管道附件
4
电气、控制系统
10
低压配电柜及电气安装
二、
室外工程
垂直打孔、双U管埋设、水平联络管
780
240个150米深的孔，高密度聚乙烯，双U垂直埋设
三、
总计
1027万元
四、
估算造价
604元/m2
建筑面积1.7万m2
注：
以上初投资为根据现有条件的粗略估算，不含电压增容、土建、末端部分，实际工程造价以施工图预算为准。
2、能源费用估算
1）室外温度变化曲线图
室外温度是随时间波动的，下图给出了外温随日期的变化曲线。
2）能源费用
①供热负荷与外温的变化关系曲线
供热负荷随着室外温度的波动在不断变化中，下图为相对供热负荷与外温的变化关系曲线：
②能源费用
1）.酒店部分供暖能源费用：
A供暖期取为168天，当量满负荷运行时间为6小时，则供暖年耗热量为：
Q=6×5200×168=5241600kW.h/a
a）热泵电费：
70万元燃油费：
31万元水泵电费：
21万元
总费用122万元。
b）燃油锅炉供暖费用为282万元。
B供冷期取为60天，当量满负荷运行时间为4小时，则供暖年耗热量为：
Q=4×4300×60=1032000kW.h/a
热泵电费：
16万元水泵电费：
7万元
C热泵供暖供冷总能源费用为：
145万元
单位面积费用为：
38元/m2.年
2）.别墅部分供暖能源费用：
A供暖期取为168天，当量满负荷运行时间为6时，则供暖年耗热量为：
Q=6×2380×168=2399040kW.h/a
a）热泵电费：
36万元水泵电费：
10万元
总费用46万元。
b）燃油锅炉供暖费用为130万元。
B供冷期取为60天，当量满负荷运行时间为4小时，则供暖年耗热量为：
Q=4×1870×60=448800kW.h/a
热泵电费：
5万元水泵电费：
2万元
C热泵供暖供冷总能源费用为：
53万元
单位面积费用为：
31元/m2.年
3）.制取生活热水的能源费用：
假设某国际大酒店全年供应热水天数共计300天，每天供给量为100m3，冬季供暖的168天内，系统均采用燃油锅炉供应生活热水，下面对夏季及过渡季的132天制取生活热水的成本进行测算。
燃油锅炉
地源热泵
燃料价格
5.3元/kg
0.781元/kwh
加热总量
13200吨
13200吨
自来水温升
40℃
40℃
加热费用
30.7万元
12.3万元
单位成本
23.3元/吨
9.3元/吨
测算说明：
A.供冷季按60天运行期计算，供暖季按168天计算。
B.水泵运行电费取0.781元/kW.h，热泵运行费用计算中时考虑负荷分布与峰谷电价分布的特点，取平均电价0.6元/kW.h，燃油费为5元/kg。
C.上述运行费用测算未考虑入住率的影响因素，是根据现有条件的粗略估算。
说明：
1、初投资，不含电压增容、土建、末端部分，生活热水由燃油锅炉解决。
2、在工程实施过程前要进行现场钻孔试验，根据试验结果及详细的当地水文地质条件，优化技术方案，作出详细的设计方案，以保证系统长期安全、稳定、高效地运行。
七、污水利用
本项目建设条件具备480m3/d的污废水排水条件，如结合热泵加以利用，可建成约200kw的污水水源热泵系统，解决部分建筑面积的供热制冷需求，相当于钻凿23个换热孔，可降低初投资约70万元。
附录一华清工程业绩
工程名称
天湖国际会议酒店地源热泵空调系统工程
工程地点
北京市房山区
工程施工服务范围
整个酒店空调、生活热水
建筑面积
4万㎡
业主名称
北京市天创房地产开发有限公司
业主地址
北京市房山区青龙湖镇
备注
该工程在地下水贫乏的基岩地区采用地源热泵系统，设计钻孔218个，利用先进的热泵机组，实现酒店的夏季供冷、冬季供暖，以及提供全年的生活热水。
该项目为市发改委的科研示范项目。
工程名称
中国人民武装警察部队警卫局培训
基地地源热泵设备改造工程
工程地点
北京市昌平区北七家镇
工程施工服务范围
综合建筑群空调、生活热水及游泳池加热
建筑面积
3.6万㎡
业主名称
中国人民武装警察部队警卫局
业主地址
北京市昌平区北七家镇
备注
采用垂直埋管式的地源热泵系统来提供所有建筑的冬季供暖和夏季制冷、以及全年生活热水和游泳池用水的加热。
工程名称
朝阳区绿化局办公楼地源热泵空调系统
工程地点
北京市朝阳区
工程施工服务范围
0.4万平米建筑面积供暖制冷、提供生活热水
合同施工期
2003.9-2003.12
建筑面积
0.4万㎡
业主名称
朝阳区绿化局
业主地址
红领巾公园西区
备注
北京市朝阳区绿化局位于红领巾公园西区，建筑面积0.4万平米，采用埋管地源热泵对规划区域供暖制冷，并采用热回收方式提供生活热水。
工程名称
石油管理干部学院地源热泵系统工程
工程地点
北京市朝阳区
工程施工服务范围
冬季供暖、夏季空调及生活热水提供
建筑面积
5万㎡
业主名称
石油管理干部学院
业主地址
朝阳区立水桥甲1号
备注
本建筑位于北京市朝阳区立水桥甲1号，是地源热泵系统工程，该工程利用土壤作为热泵的冷热源，冬季提供55/45℃的空调水，夏季提供12/7℃的空调水。
工程名称
用友软件园地源热泵工程
工程地点
北京市海淀区
工程施工服务范围
供暖制冷、提供生活热水
合同施工期
2004.12月已签合同
建筑面积
27万㎡
业主名称
用友软件园
业主地址
北京市海淀区
备注
结合冰蓄冷为27万m2的建筑提供供暖制冷。
冬季提供40/45℃的空调水，夏季提供12/7℃的空调水。
工程名称
当代万国城地源热泵中央空调系统
工程地点
东直门东北角‘
工程施工服务范围
冬季供暖、夏季制冷、生活热水
合同施工期
合同已签
建筑面积
22万㎡
业主名称
北京天成天房地产开发有限责任公司
业主地址
北京市朝阳区
备注
包括公寓13万m2、宾馆5000m2、商场5500m2、电影院2500m2、幼儿园3000m2、地下室约55000m2。
本工程的目标是建设一座高舒适度、低能耗、健康、绿色、环保型的里程碑式建筑，使其成为引领国内地产市场走向的一面旗帜。
工程名称
北方国家林木种苗基地地源热泵供暖工程
工程地点
国家北方苗木培养基地
工程施工服务范围
冬季供暖
合同施工期
在建
建筑面积
2万㎡
业主名称
国家北方苗木培养基地
业主地址
国家北方苗木培养基地
备注
该工程规划区域为2万㎡大棚，利用地源热泵空调系统实现冬季供暖，满足植物生长需要，同时不会污染周围环境，营造了良好的生态环境。
工程名称
北京海剑大厦水源热泵空调系统改造工程
工程地点
北京市海淀区
工程施工服务范围
冬季供暖、夏季制冷及生活热水提供
建筑面积
2.6万㎡
业主名称
北京海剑大厦
业主地址
海剑大厦
备注
本建筑位于北京市海淀区厂洼路8号，是海剑大厦办公楼空调系统改造工程，该工程利用15℃的浅层地下水作为水源热泵的冷热源，采用水源热泵，冬季提供55/45℃的空调水，夏季提供12/7℃的空调水。
工程名称
燕山办事处办公楼污水源热泵工程
工程地点
北京市房山区
工程施工服务范围
整个办公楼冬季供暖、夏季制冷
建筑面积
2万㎡
业主名称
北京市房山区人民政府燕山办事处
业主地址
北京市房山区
备注
该项目利用污水作为燕山办事处办公楼冷热源，不存在任何污染问题，对北京市污水热能的开发利用具有典型的示范作用，可为北京市建设可再生能源产业化、能源利用多元化，发展循环经济，建设节约型城市，实现可持续发展发挥良好的推动作用。
工程名称
空军丰台招待所水源热泵空调系统工程
工程地点
北京市丰台区
工程施工服务范围
供暖制冷、提供生活热水
建筑面积
2.5万㎡
业主名称
空军丰台招待所
业主地址
丰台区七里庄路22号
备注
空军丰台招待所位于丰台区七里庄路22号，是空政系统一所集住宿、会议、餐饮、娱乐于一体的综合性其中主楼、北楼为客房、餐厅及会议室，两楼具有大小会议室10多个，客房200余间，要求冬季供暖、夏季供冷，并且24小时提供生活热水；其它各楼要求冬季供暖，散热器为普通四柱铸铁暖气片。
工程名称
天桥地矿局水源热泵空调系统工程
工程地点
北京市宣武区
工程施工服务范围
冬季供暖、夏季空调
建筑面积
1.19万㎡
业主名称
北京市地矿局
业主地址
北京市宣武区南纬路4号
备注
建筑面积为7000㎡的办公楼需冬季供暖、夏季空调。
家属宿舍及附属用房4880㎡只需冬季供暖。
对原有燃煤锅炉进行了改造，安装新型的无污染、节能的供暖（制冷）设备。
工程名称
北京商务会馆水源热泵空调工程
工程地点
北京市丰台区
工程施工服务范围
供暖制冷、提供生活热水
合同施工期
2003.7–2003.12
建筑面积
2.98万㎡
业主名称
北京商务会馆
业主地址
北京市右安门玉林里1号
备注
北京商务会馆位于右安门玉林里1号，是燃煤锅炉系统改造工程，该工程利用15℃的浅层地下水作为水源热泵的冷热源，采用水源热泵，冬季提供55/45℃的空调水，夏季提供12/7℃的空调水。
工程名称
地热水系统、B会所地源热泵空调系统设计与施工
工程地点
北京昌平区马坊
工程施工服务范围
冬季供暖、夏季制冷、生活热水
合同施工期
合同已签
建筑面积
3400㎡
业主名称
北京天成天房地产开发有限责任公司
业主地址
北京市朝阳区
备注
本项目别墅491栋，会所3座，会所高度为8
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