污水源与地源技术供热制冷节能改造项目可行性研究报告Word文件下载.docx
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小型燃煤锅炉消耗大量的一次能源，效率低，对环境污染比较严重，需要进行节能改造。
（4）冷水机组引起的问题
计划改造的项目中公共建筑多采用空气源模块式冷水机组或水冷式冷水机组。
与地源热泵相比，风冷热泵与冷水机组的能耗均大于地源热泵的能耗，而且水冷冷水机组必须配冷却塔，占用楼顶面积，且不美观。
对于开式冷却循环水系统，由于冷却水吸收热量后，与空气接触，CO2逸入空气中，水中溶解氧和浊度增加，造成冷却循环水系统有4大问题：
腐蚀、结垢、菌藻滋生及污泥。
如果不对水质进行处理将严重损坏制冷设备，大幅度降低热交换效率，造成能源的浪费。
此外，冷水机组和风冷机组还将会加剧城市热岛效应。
基于既有系统存在的上述问题，有必要对既有系统进行改造，以进一步提高其能源效率。
地源热泵系统和污水源热泵系统作为有利的替代能源，分别利用浅层地热能和污水作为冷热源实现冬季供热、夏季空调。
XX市当地政府积极响应国家节能减排政策，提出了利用尽可能多的可再生能源为建筑物供暖和空调，来替代原有的低水平的能源形式。
本次改造项目面积为1616.56平方千米，包括政府办公楼、会议中心、办公建筑、公寓、商场、学校等。
1.2项目介绍
1.2.1项目位置
本次能源系统改造项目位于A区，能源中心有13个（如图1.1所示），其中地源热泵12个，污水源热泵项目一个。
该区域市政配套服务设施齐全，通讯、交通、十分方便，是XX市市居住规划建设的重点整改地段。
XX市市区地层以粘性土和砂土为主（50至100米左右），其下基岩以中—新代火山岩、沉积岩为主。
粘土体全年温度相对变化稳定，一般为14.5—16.5℃。
同时，XX市市地下水温度为16～16.5℃，含有巨大的地热潜能。
1.2.2项目技术方案
本项目利用地源热泵和污水源热泵供暖空调，其中污水源热泵项目承担632.47km2的冬季供暖面积，夏季252km2的空调面积，地源热泵系统承担7632.09km2的供暖空调面积。
欧行贷款主要用于购买地源热泵系统及设备，以替代原来的锅炉。
1.2.3项目实施进度
项目拟分步实施。
本项目建设期为3年，计划于2014年5月份进行该区域内既有建筑改造，同时进行现有管网改造设计和管网敷设；
2014年完成部分既有建筑节能和分户供热计量改造并投入使用；
2015年4月启动热水管网改造和换热站改造，同时进行热泵系统建设；
2015年11月份部分投入供热；
预计2016年4月份全部完成，11月正式投入生产。
能源管理合同正与业主协商中，将在系统改造前签订，其合同草本见附录1-1至附录1-3。
1.2.4项目投资
本项目计划总投资2.522亿元，其中地源热泵项目总投资19118万元，向欧行贷款1300万欧元，其余的由XX市XX市x公司自筹；
污水源热泵项目总投资为6102万元，不申请欧行贷款，全部由该公司自筹。
1.3项目法人介绍
该公司以先进的技术、工艺和服务质量及管理在能源应用与节能服务上享有很高的声誉。
公司自成立以来发展飞速，2012年的销售总额为431万，2013年由签订的合同可知销售总额将为1228万元。
该公司承担以下业务：
1.城市集中供热项目设计
2.地源热泵、污水源热泵及水源热泵的供热空调项目
3.节能产品的研制和推广等。
公司现有高级专业技术专家5人，其中聘请中科院院士1人及中科院能源所博士1人作技术指导；
工程师及具有国家注册咨询工程师执业资格的17人；
此外，还聘请了中科院、青岛理工、XX市市节能检查中心等院校、科研机构的部分专家教授及地方企业的节能专家作为公司专业支持人员。
1.4项目建设目标
本项目改造的主要目标是解决XX市地区的供暖能源问题，如果可再生能源利用以解决住宅的供热问题，将大大降低传统的能源消耗。
因此，能源改造，主要是冬季的供热问题，将提高系统的稳定性，增加系统的效率，减少CO2的排放量。
结合实际情况，冷/热系统的设计是基于既有建筑冷热源及建筑冷热负荷的基础上的。
该项目能耗严格执行国家居住建筑节能65%的节能设计标准，积极推动可再生能源在建筑领域中的应用，有效降低建筑能耗，贯彻国家《可再生能源法》。
地源热泵系统和污水源热泵系统COP不低于3.0。
本项目将节省14954.15吨标煤，CO2,SO2,NOX和灰尘的减排量分别为37280.70吨、112.16吨、56.83吨和101.69吨。
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第2章技术方案与经济节能环境分析
2.1地源热泵技术应用的可行性研究
2.1.1地源热泵介绍
地热能是作为热能存储在地表下的一种能源形式（VDI4640,2000）。
它是在几乎每个地方都可用并且依赖于特定的地质热力特性，它可以以多种方式应用，例如发电和区域供热。
截止到2009年底，安装浅层地源热泵全世界的数量达到了大约294万，在欧洲2011年超过了100万。
地热能能够代替常规能源，并因此作为了的一种能源选择以减少环境污染特别是温室气体。
Saneretal.（2010）给出了用地源热泵系统去提供给一个普通欧洲独户住房比常规的燃油锅炉节省了35%二氧化碳排放量。
地热能系统在市场上被认为是一种最有效的供热制冷系统。
美国环境保护机构把地热称为最有效的能源，并且它是环保清洁、经济的空调系统可用能源。
因此，在大多数像XX市的大城市，低焓的地源热泵系统是有主要的优势。
地源热泵系统具有如下特点：
（1）节能、运行费用低
较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度。
地源热泵可克服空气源热泵负荷需求越高，效率越低的技术障碍，显著提高效率。
高效率意味着消耗一次能源少，运行费用少。
（2）环保、洁净
地源热泵系统的运行没有燃烧，没有排烟，大大降低了城镇的大气污染；
据调研，由于需输入的少量的电能维持热泵运转，地源热泵由此产生的污染物排放量，比空气源热泵的排放量减少40％以上，比电供暖的减少70％以上；
地源热泵系统供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染，以及对大气产生的热岛效应。
同时去掉冷却塔使建筑周边环境更加洁净、优美。
节水省地的地源热泵系统以地下浅层地热能资源为冷、热源，向其吸收或排出热量，从而达到供暖或制冷的作用，既不消耗水资源，也不会对其造成污染；
地源热泵系统的地埋管可以直接布置在建筑物的地下空间中，不占使用面积。
（3）一机多用
地源热泵系统可供热、空调，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统；
机组紧凑，节省建筑空间，可以灵活安装在任何地方，末端亦可做多种选择；
（4）运行可靠
机组的运行情况稳定，几乎不受天气及环境、温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜、除霜之虑；
自动化程度高，系统由电脑控制，能够根据室外气温和室内气温自动调节运行，运行管理可靠性高；
无储煤、储油罐等卫生及火灾安全隐患；
机组使用寿命长，主要零部件少，维护费用低，主机运行寿命可达到15年以上；
机组自动控制程度高，可无人值守。
（5）应用范围广
地源热泵技术在中国最近十年已经发展的很好，通过学习先进的设计/安装技术和在工程实践的施工中不断探索，我们已经建立了详细的施工规范、施工过程和生产了地源热泵系统的相关设备。
2.1.2土壤热物性
XX市地质构造主要为粘土与粉质粘土（在100米以内）。
粘土层下的岩石层主要是火山石与沉积岩。
地下黏土层的常年平均温度约为14.5~16.5℃。
XX市地区地下水水位约在10m左右，水温为16~16.5℃。
据调研，XX市地区约有7608平方公里的面积适合应用地源热泵，约占XX市地区总面积的34%。
水文地质条件是决定地源热泵系统初投资的主要因素，岩土热物性测试报告的主要目的是提供土壤的初始温度，土壤的导热系数与热扩散率，以及地下岩土的换热能力等重要参数。
为了获得准确的岩土热物性参数，由山东建筑大学地源热泵研究所于2013年11月10-13日对XX市中学进行了岩土热响应测试，共对1个测试孔进行了测试。
详细的测试报告见6#井热物性测试报告。
表2-1、表2-2给出了测试孔的测试参数。
Table2.1测试孔基本参数
项目
测试孔
钻孔深度（m）
180
钻孔直径（mm）
190
埋管形式
双U
埋管材质
PE管
埋管内径（mm）
25
埋管外径（mm）
30
钻孔回填材料
原浆
主要地质结构
土层
Table2.2岩土热物性测试结果
初始温度
（°
C）
导热系数（W/m°
容积比热容（106J/m3°
平均值
16.0
1.313
1.920
回填材料导热系数（W/m°
1.92
钻孔内热阻
双U型管0.12mK/W
经现场勘查，该区域的地质条件适宜钻孔，钻孔费用不高。
因此综合考虑，该地区从地质条件，气候条件等角度分析，可列为地源热泵应用的适宜区。
2.1.3地源热泵系统利用条件
本项目共有732094.58m2规划区域使用地源热泵系统进行冬季供热及夏季空调。
主要建筑形式为学校、办公楼、酒店等公共建筑。
这些区域内都规划有大型停车场及空地，有足够空间布置地埋管。
同时，办公楼、学校等区域对供暖和制冷在使用时间上相对平衡，特别是学校，在最冷月和最热月都在放假，减少了冷、热负荷需求。
住宅建筑末端采暖设备均采用地板辐射采暖，供水温度宜采用35—50℃,供回水温差不宜大于10℃。
温度要求与地源热泵的出水温度相符。
为地源热泵的改造提供了很好的适应条件。
2.2污水源热泵技术应用的可行性研究
2.2.1污水源热泵介绍
污水源热泵系统由三个子循环系统构成，即污水（中水）循环、中介水循环和末端循环。
系统主要设备有：
污水泵、污水（中水）换热器、中水泵、热泵机组及末端泵。
具体的工艺流程如下：
（1）首先，污水（中水）经过污水泵提升，进入无堵塞高效换热的污水换热器进行放热，将一定温差范围内（5℃左右）的热量传递给清洁的中介水，再以7℃左右排放至下游污水处理厂再生水排出系统内排向既定目标，实现污水（中水）循环。
（2）然后，中介循环水通过循环泵输送，进入热泵机组地蒸发器进行释热，将从污水那里获取的热量传递给热泵机组，中介水放热后进入污水换热器进行循环吸热，形成封闭循环，即中介水循环。
（3）用户供热回水进入热泵机组冷凝器进行提热，将热泵机组从低温那里转化来的高温热量吸收，经过污水源热泵提升至45℃～50℃左右的热水，通过末端循环泵输送，进入末端散热设备将热量释放给建筑空间，实现末端用户循环。
2.2.2污水源热泵项目实施的有利条件
XX市市污水处理厂于2000年10月份建成投产，日处理污水设计规模为10万立方米。
本项目通过使用XX市污水处理厂处理后达到国家一级B排放标准的再生水（即中水），经水泵输送进入污水源热泵系统中，通过系统进行热能转移及品位提升，制取出45℃～50℃左右的热水，经末端循环泵输送进入采暖系统中为建筑供暖。
系统运行过程中污水（中水）只进入专用换热器内，采用间接式系统，不污染环境与其他设备或水系统。
2012年全年处理污水量约为4400万吨，满足供水要求。
冬季最低温度约为12℃，完全满足本项目632469.3m2的区域冬季供热条件。
2.3设计参数
2.3.1室外设计参数：
Table2.3XX市地区的供暖空调的室外设计参数如下：
编号
参数
1
地名
山东XX市
2
位置
北纬
36°
45′
东经
119°
11′
海拔（m）
22.1
3
大气压力（hPa）
冬季
1022.1
夏季
1000.9
4
年平均温度（℃）
12.5
5
室外计算（干球）温度（℃）
采暖
-7
空调
-9.3
通风
-2.9
30.2
34.32
空调日平均温度
29
6
夏季空调室外计算湿球温度（℃）
26.8
7
最热月平均温度（℃）
25.0
8
室外计算相对湿度（%）
冬季空调
63
最热月月平均
81
夏季通风
9
室外风速（m/s）
冬季平均
3.5
夏季平均
3.4
10
设计计算用采暖期天数（days）
118
XX市地区典型年的室外日平均温度，极值温度变化曲线见图6.1（数据来自建筑负荷计算软件Dest数据库）。
图6.1XX市全年室外日平均温度，极值温度变化曲线
2.3.2空调系统室内设计计算参数：
表2.4空调系统室内设计计算参数
建筑类型
房间类型
温度（°
C）
相对湿度（%）
住宅
卧室、起居室
26-28
60-65
18-20
—
公寓
卧室
起居室
客房
25-27
50-65
≥30
办公建筑
办公室
<
65
高级办公室
24-27
40-60
20-22
40-55
会议室
16-18
宴会厅、餐厅
大厅、休息厅
接待厅
商业中心
购物中心
30-50
影剧院
24-28
50-70
16-20
学校
教室
≤65
礼堂
图书馆
2.3.3公共建筑主要房间设计新风量
Table2.5公共建筑主要房间的设计新风量
建筑类型与房间名称
新风量m³
/（h·
p）
商务中心
5星级
50
4星级
40
3星级
餐厅、宴会厅、多功能厅
5星级
20
大堂、四季厅
4-5星级
商业服务中心
美容美发康乐设施中心
商场、书店
餐厅
管理中心
小学
11
初中
14
高中
17
2.3.4主要房间换气次数：
Table2.6主要房间换气次数
RoomName
AirChanges（times/h）
卫生间
5-10
西餐厨房
30-40
开水间、暗室
≥5
职工餐厅厨房
25-35
制冷机房
4-6
车库
配电室
3-4
浴室（无窗）
全封闭蓄电池室
3-5
洗衣房
15-20
发电机房贮油间
换热站
10-15
电梯机房
5-15
水泵房
吸烟室
≥10
污水泵房
≥8
中餐厨房
40-50
XX市市建筑的年累计冷热负荷相差不大，采用地源热泵技术，不仅可以基本实现夏季向地下蓄热，冬季从地下取热的功能，而且相对于传统空调方式，采用地埋管换热器的地源热泵系统运行效率更高，因此该地区是地源热泵技术应用的适宜区域。
2.4地源热泵项目设计流程（以四号能源中心为例）
该项目每个能源中心技术设计的标准程序分为七步，如图2-2所示。
为了使计算简单易懂，以四号能源中心（潍城区政府）为例。
其他能源中心（共十二个）详细的计算结果在附件3中。
图2-2设计程序流程图
2.4.1工程概况
（1）工程信息
项目每栋楼的基本信息和采取的能源节省措施总结如下表2-7：
表2-7建筑物基本信息
能源中心名称
潍城区政府
建筑年代
2003
建筑
建筑面积（㎡）
层数
办公区
1#办公楼
37000
12
2#办公楼
7741.2
3#办公楼
4#办公楼
5#办公楼
居住区
6#餐厅
741.0
总计
-
68705.88
节能措施
围护结构部位
传热系数（W/（㎡·
K））
标准值
设计值
屋面
50厚挤塑聚苯板（XPS板）
≤0.55
0.5
外墙
外墙为外保温，采用50厚保温岩棉（干密度80～200）
≤0.5
外门窗及透明幕墙
断热铝型材+Low-e中空玻璃（6Low-e+12空气+6透明）
外门窗的气密性为4级
透明幕墙的气密性为3级
≤3.0
2.7
透明屋面
断热铝型材+Low-e中空玻璃
遮阳系数:
0.60
2.5
地下室底板及外墙
地下室外墙设置30厚挤塑聚苯板保温层
≤0.6
架空楼板
底面接触室外空气的楼板板底设置50厚保温岩棉（干密度80～200）
外窗可开面积占窗户总面积的比率不小于30%，透明幕墙的可开面积占透明幕墙的比率不小于15%。
建筑的热工设计符合关于DBJ14-036-2006建筑规范。
（2）既有能源系统和末端设备
建筑的既有冷热源系统是市政集中供热系统和冷水机组，末端设备见表2-8。
表2-8能源系统末端设备
房间名称
末端设备
大空间、大型会议厅
风机盘管加新风处理机组
小空间如办公室等
2.4.2既有系统的实测能耗
建筑物是由来自集中供热站的高温高压蒸汽来提供热量，冷凝水直接排放。
A.供热季建筑物本身消耗的能源（不含其它损失）
建筑物每天的蒸汽耗量是通过流量计测得的，蒸汽和冷凝水的温度和压力是现场手工记录。
通过记录的压力和温度，供应蒸汽和冷凝水的焓值可以通过蒸汽和水的焓湿图得到。
因此，建筑物的实际耗热量可以由以下的方程式计算出：
Qb,winter——总的耗热量（kJ）
Ms——总的使用蒸汽的质量（kg）
hs、hw——供应蒸汽的焓和回水的焓值kJ/（kg.K）
B.实测总能耗
该项目集中供热的热源为蒸汽供暖，而高温蒸汽生产输送过程中会不可避免地产生大量的热量损失，主要由三部分组成。
第一部分是热源厂锅炉的热效率的损失；
第二部分损失是在汽水换热站中换热后生成的凝结水造成的，这种损失跟凝结水回收率有关；
第三部分是由于不均匀的供热引起的。
根据《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》可知，供热锅炉的热效率为78%，管网输送效率0.9，因此集中供热总效率
。
（1）集中供暖季建筑物总耗热量
—集中采暖季的累积耗热量（kJ）
———集中供暖总效率，取
（2）集中供暖季建筑物的标准煤总耗量
29308——每千克标准煤的发热值（kJ）
该项目实测的末端能耗和建筑物的实际总能耗计算列于下表2-9。
C.现有制冷系统的电量消耗
制冷系统总的电量消耗由安装在机房的功率计测出，见表2-9。
表2-9实测制冷总能耗
月份
实测制冷总能耗（MWh）
131
282
609
658
277
1957
D.现有系统实测总能耗
现有系统各月实测总能耗见表2-10
表2-10各月实测能耗
实测能耗
制冷
实测制冷耗煤量（tce）
实测采暖总能耗（MWh））
实测采暖耗煤量（tce）
1734
288.54
1357
226.57
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