某园林住宅小区中央空调系统可行性研究报告定稿.docx
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某园林住宅小区中央空调系统可行性研究报告定稿
某园林住宅小区中央空调系统可行性研究报告
第一章绪论
1.1项目背景
1.1.1中国建筑节能现状
中国是一个幅员辽阔、人口众多、人均资源相对匮乏的发展中国家。
近年来，随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国已成为仅次于美国的世界第二大能源消费国，并从1993年起就成为能源的净进口国。
目前，能源供应与需求之间日益突出的矛盾已成为制约我国社会和经济高速稳定发展乃至影响未来国家战略安全的重要因素。
据2000年12月30日《世界能源导报》报道，我国煤炭探明可开采储量为1145亿吨，可开采年限为54～81年；石油探明可开采储量为32.74亿吨，可开采年限为15年～20年；天然气探明可开采储量为11704亿立方米，可开采年限为28年～58年。
此外，根据国际上通行的能源预测，世界石油将在40年左右趋向枯竭，天然气也将在60年用完，煤炭也只能用220年左右。
因此，对我国这样一个人口占世界总人口20%，人均常规能源占有量不到世界平均水平的一半，石油仅占十分之一的发展中国家而言，必须把节约能源、保护环境作为国家实现可持续发展的基本国策。
建筑耗能在我国能源消耗中占有非常重要的地位，建筑节能是实现国家节能战略目标的重要途径之一。
目前，中国建筑耗能已占全国能源消费量的27.5%左右，今后随着国民经济的持续发展和城市建设步伐的加快，我国建筑耗能总量及其所占比例还将进一步增加，温室气体及其它污染物的排放也必然会随之增长。
我国采暖能耗占全国建筑总能耗的55%以上，为采暖地区社会能耗的21.4%。
因此，进一步降低建筑采暖能耗是我国建筑节能工作的中心任务和突破口。
多年来，尽管我国各级政府十分重视建筑节能工作，并从1986年起开始贯彻执行《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》，全国各地也建设了许多节能建筑，然而单位面积采暖能耗却没有发生根本性的变化，建筑节能工作成效甚微，突出表现在：
建筑节能发展缓慢，节能建筑的总量仍然较低；采暖能耗居高不下，单位建筑面积采暖能耗为相同气候条件下发达国家的3倍左右；在冬季采暖期，采暖耗能已成为北方地区主要的环境污染源。
1.1.2提高中国建筑节能工作成效的手段和对策
我国二十多年建筑节能的历史经验表明，建筑节能是一项复杂而持久的系统工程，涉及社会经济的各个领域。
在广泛调研的基础上，由国家建设部和XX银行于2002年完成的题为《促进中国建筑节能的契机》的研究报告，全面分析和总结了我国建筑节能的现状及存在的问题，并提出了我国建筑节能的总体工作思路。
该报告是今后指导我国供热改革和建筑节能的纲领性文件，提出的思路或方法必将对我国相关领域的改革产生深远而广泛的影响。
该报告明确指出，中国北方采暖地区城市建筑节能工作要取得更好的成效，必须采取一个综合的途径，包括：
1、改革供热系统控制与收费制度；2、改进和完善建筑节能标准并加大执行力度。
其主要内容包括：
——通过实施使热成为商品的政策和计划，使用户能够控制他们的能耗，并按照实际能耗付费，以调动和激励用户的节能积极性，获得长期而有效的节能效益。
——通过实施保证建筑节能标准得到有效贯彻的政策和计划，广泛采用更有效的节能设计、节能材料和施工方法，从根本上降低建筑物采暖能耗。
1.2XX示范工程及某园林住宅小区的基本概况
XX示范工程是XX银行/XXX“中国供热改革和建筑节能示范项目”的核心。
该工程将通过把先进的供热系统技术、热计量收费和热价体系以及节能建筑的设计与建造组合在开发项目中，提供一个综合的、投资成本相对较低、能效提高显著的供热改革和建筑节能示范平台，其主要内容包括：
投资和建设一定规模的住宅小区；投资建设与其相配套的完整供热系统；研究并制定相关的供热改革和建筑节能政策。
在建设部和XX银行的统一领导下，该示范工程由黄林市建设管理委员会及项目常设管理机构——XX项目办统一组织和管理，参与方有：
黄林市供热办、墙改办等政府职能机构；供热系统建设单位和房地产开发商；设计院及其它技术支持单位。
某园林住宅小区坐落于黄林市（详见附图）
该小区总占地面积13.47公顷，总建筑面积约194000平方米（包括地下和其它非营业性设施），其中住宅有多层和高层建筑，配套公建有幼儿园、商场、酒店、地库等。
项目总投资约为4～5亿元，主要包括：
征地及建筑物、中央空调系统（含冷热源、热力管网、室内空调末端装置和生活热水供应等）的投资和建设。
该项目分两个阶段完成，其中：
一期工程建设规模为100000平方米，建设期为2004年3月～2005年；二期工程建设规模为94000平方米，建设期为2005年～2006年。
该项目由XXXXX置业有限公司投资建设。
公司已经承诺，愿意在建设部、XX银行及XX项目办的领导下，组织实施某园林住宅小区项目，为我国供热改革和建筑节能事业做出一定贡献，并通过此项目提升企业自身的技术和管理水平。
1.3主要研究内容及任务来源
1.3.1主要研究内容
某园林住宅小区中央空调系统是该住宅建设项目的重要配套工程。
本报告将在分析、研究、论证和比选的基础上，提出一个技术先进、投资和成本相对合理、节能和环保效益显著、风险较小的中央空调技术方案。
主要研究内容包括：
分析研究项目资源供应情况；比选空调技术（含冷热源、热力管网、室内末端装置、生活热水供应及相应的控制和计量方案）；预测投资和成本；分析评估项目节能和环保效益及可能的风险。
1.3.2任务来源
黄林市供热节能开发中心与XXXXX置业有限公司签订的技术咨询协议。
（详见附件）
1.4研究方法及原则
在国际和国内专家的支持下，本研究将采取包括调研、设计、比选、论证、修改完善等过程的“开放式”研究方法，以期达到最好的经济和社会效益。
在研究过程中，将坚持“以人为本，节能和环保优先，兼顾技术先进，经济合理，适度超前”的原则。
按国家相关改革规定的范围，项目经费由建设单位自行解决。
这样可以保证项目具有较好的推广和示范作用。
第二章某中央空调系统冷、热源初步方案
2.1城市供热现状及发展思路
2.1.1城市供热现状
经过二十多年的努力，XX城市供热从无到有并在供热规模、集中供热普及率、供热技术和管理水平等诸多方面都取得了长足发展。
截止到2002年底，XX中心城区现有建筑面积11147万㎡，供热面积为8126万㎡（含公建和住宅），热负荷约为5363MW。
在现有供热面积中，区域燃煤锅炉房供热面积为6378㎡，占总供热面积的78.49%；热电联产供热面积为1207.5㎡，占总供热面积的14.86%；地热井供热面积为452万㎡，占总供热面积的5.56%；燃油、燃气供热面积为88.5㎡，占总供热面积的1.09%。
XX中心城区供热普及率已达72.90%，集中供热普及率为72.10%（含地热井供热）。
XX中心城区现有的主要热源供热能力为8465MW，其中XX第XXXXXXX等三个热电厂的供热能力为1241MW（XXXXXXXX热能力为270MW，但目前还不具备向中心城区供热的能力）；437座区域锅炉房供热能力为6674MW；现有182眼基岩地热水井供热能力约为280MW。
需要特别指出的是，为改善XX中心城区大气环境质量，未来几年将有662台14MW以下的燃煤锅炉需要拆除，预计减少供热能力2834MW。
所以，XX中心城区的供热能力已基本饱和。
2.1.2发展XX城市供热的工作思路
以煤为主的供热能源消费结构和小容量燃煤锅炉居多、热电联产和清洁能源供热比例较小的供热现状，是造成冬季采暖期XX中心城区大气污染严重、空气质量差的主要原因。
所以，为保护环境、改善和提高大气环境质量，保障人民群众健康，促进经济和社会可持续发展，2002年XX制定并出台了《大气污染防治条例》，并要求：
1）2002年9月1日以后，外环线内（即中心城区）不允许新建燃煤锅炉房；
2）逐步拆除市内小容量燃煤锅炉，其原有热用户并入供热规划热网；
3）在集中供热辐射不到的边缘地区，或其热网已满负荷运行的新建建筑，只能考虑利用电、燃油、燃气、地热等洁净能源供热。
面对日益严重的环保压力和供热需求与供应间的突出矛盾，为实现可持续发展的战略目标，XX提出了“以热电联产为主，区域锅炉房为辅，清洁能源供热作为有效补充”的发展城市供热工作思路，具体内容包括：
1）以供热体制改革为突破口，全面推动建筑节能工作上水平，降低既有和新建建筑的采暖能耗，提高现有供热系统能效。
2）建立和完善供热投资和建设机制，本着量力而行、适度超前的原则，在中心城区周围扩建或新建几座大型热电厂和区域锅炉房。
3）扩大高效、清洁供热技术的应用范围，鼓励电、天然气、地热等清洁能源供热，完善供热体系。
2.2某项目可选择的几种中央空调冷、热源方案
经过详细的市场需求调研，项目投资建设单位——XXXXX置业有限公司认为，建设供暖、制冷和生活热水供应的生态性高档住宅小区，具有较强的市场需求潜力。
因目前城市热网规划还没有覆盖到该小区，所以某小区要自行建设冷、热源。
可选择的中央空调系统冷、热源方案如下：
Ø燃煤锅炉冬季供热、冷水机组夏季供冷。
Ø电供热+电制冷：
采用电热锅炉或电辐射采暖实现冬季供热；压缩式冷水机组或吸收式溴化锂制冷机组实现夏季供冷。
Ø燃气或燃油供热+电制冷：
采用燃气或燃油锅炉实现冬季供热；冷水机组实现夏季供冷。
Ø吸收式制冷型燃气或燃油直燃机：
采用直燃机实现一机冬季供热、夏季供冷。
Ø热泵系统：
可采用水源、空气源热泵系统，以燃气或电力为动力实现冬季供热、夏季供冷。
在冷、热源选择上，主要考虑其技术经济性、可操作性、运行稳定性和本项目着重要求的环保性。
从经济性分析，利用燃油、燃气和电能供热和供冷，运行费用较高。
按照我市现行能源价格估算，在相同条件下，燃气或燃油供热成本要比燃煤锅炉供热高二倍以上，电直接供热成本更是高出三倍以上。
采用低温地热水直接供暖，既受当地地热水温度的限制，又无法用一套系统解决用户夏天集中空调制冷的问题。
采用燃煤锅炉供热、冷水机组供冷环保性差。
相对而言，对需集中供热和供冷的高档住宅小区，热泵系统是较为合适的选择方案。
热泵技术是一种高效清洁能源供热技术，其显著的节能环保特性已逐步被人们所认识。
在条件适合的地区或范围内，这项技术具有良好的经济效益和广泛的发展前景。
2.3热泵技术
2.3.1热泵的概念和工作原理
热泵空调是通过消耗一部分高品位能源，高效利用可再生低品位能源的集供热、制冷为一体的空调系统。
按所利用的低品位能源可分为土壤地源热泵、水源热泵、空气源热泵等。
而水源热泵又可分为利用江、河、湖、海等的资源地表水源热泵和利用地下水资源的地下水源热泵两大类。
本质上热泵与制冷机原理是相同的，冬季供热时是以冷凝器放出的热量来供热。
其工作原理是，由电能驱动压缩机，使工质（如R407）循环反复发生物理相变过程，分别在蒸发器中气化吸热、在冷凝器中液化放热，使热量不断得到交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热或制冷功能。
在此过程中，热泵的压缩机需要一定量的高位能驱动，蒸发器吸收低位热能，经过热泵，能输出可利用的高位热能，在数量上是其所消耗的高位热能和所吸收低位热能的总和。
热泵输出功率与输入功率之比称为热泵性能系数，即COP值（CoefficientofPerformance）。
以地下水作为冷、热源的水源热泵供暖空调系统，冬季从地下水吸收热量，夏季向地下水放出热量，向建筑物供冷供热。
制冷时，地下水作为冷却水，流经冷凝器，带走热量，温度升高后，排至回水井；空调系统循环水流经蒸发器，温度降低后，送至空调系统的末段装置（如室内风机盘管）。
取暖时，地下水作为热源，流经蒸发器，释放热量，温度降低后，排至回水井；空调系统循环水流经冷凝器，温度升高后，送至空调系统的末段装置。
图2-1是地源热泵空调系统的示意图。
利用地下水作为冷、热源的水源热泵对地热井的深度和井间距离有一定要求，并且利用其能量后必须全部回灌。
图2-1水源热泵空调系统示意图
2.3.2水源热泵的特点
1）属可再生能源利用技术
水源热泵是利用了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。
地下水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量，是一个巨大的动态能量平衡系统。
这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。
所以说，水源热泵是一种清洁的可再生能源技术。
2）高效节能
与锅炉房和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具明显的节能优势。
锅炉供热只能将95%-99%的电能或70～90%的燃料内能转化为热量供用户使用。
水源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
3）运行稳定可靠
地下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，是很好的空调冷、热源。
地下水温度较恒定的特性，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低温运行效率低、除霜难等问题。
4）环境效益显著
水源电动热泵使用少量电能，就可以挖掘大量常规不能被利用的低品位热能，是一种真正的节电设备。
但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。
所以节电就意味着减少污染。
热泵的制冷剂，可以采用R134A、R407C和R410A等替代工质，不会破坏大气臭氧层。
由于水源热泵机组的运行没有任何污染，不需要堆放燃料废物的场地，因此可建造在居民区内，且不用远距离输送热量。
5）一机多用，应用范围广
水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用。
特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。
不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资，可广泛应用于住宅、宾馆、商场、办公楼、学校等建筑的采暖和空调。
6）运行自动化程度高
水源热泵机组自动控制程度高，维护管理简单方便，使用寿命可达到20年以上。
2.3.3国内外水源热泵的发展
热泵空调系统在国外已普遍应用于建筑空调，技术已经比较成熟。
1998年美国商业建筑中水源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中新建筑中占30％。
美国水源热泵工业已经成立了由美国能源环境研究中心（Energy&EnvironmentalResearchCenter）、美国地下水资源联合会（NationalGroundWaterAssociation）、爱迪生电力研究所（EdisonElectricInstitute）及众多水源热泵制造设计销售公司以及政府机构和建筑商等146家成员组成的美国地源热泵协会。
荷兰从事地下水储能技术研究和开发多年，从地质勘探、井的设计、成井、系统集成到系统的运行和监控具有一套专用的技术，从根本上解决了井的堵塞现象，灌抽比达成100%，技术已相当成熟。
地下储能技术在荷兰飞速发展，被很多大型建筑如政府机关（环境能源署大楼、外交部大楼等）、公共设施（体育馆、菲利浦技术展示中心、博物馆、国家图书馆、医院）及大型工厂采用。
至今，该国已完成200多个大型的工程项目，积累了大量的经验。
而第一个项目到现在也已有20年历史。
这项技术已成为荷兰政府推崇的成熟的环境保护技术之一。
它一方面达到了建筑节能的目的，另一方面，又实现了地下含水层可持续利用。
我国的业内人士在学习国外先进技术的同时，不断地进行实践，热泵机组的一些技术问题已经基本解决。
打井技术和成井工艺也有了大幅度的提高。
应该说，经过几年的推广应用，XX对热泵特别是地下水源热泵空调系统的技术已基本掌握。
并且，随着人民的生活水平不断提高，广大市民对冬夏季热舒适提出了要求。
这些都为热泵在我国的发展奠定了基础和提供了良好的机遇。
2.3.4XX发展热泵的优势条件
就地理位置而言，XX的气候条件更有利于发展热泵。
XX的气候特征是冬寒夏热。
一般来说，我国冬季要比同一纬度全球平均温度低，而夏季则比同纬度平均温度高，如XX与相应纬度的华盛顿比较，XX一月和七月的平均温度为-4.2℃和26.7℃；而华盛顿为0.7℃和24.0℃。
和西欧比较则寒暑相差更大，如XX与同纬度的里斯本比较，里斯本一月平均温度为10.8℃，高于XX15℃，七月份平均温度21.8℃，低于XX约5℃。
由此可见，为了改善人们的居住条件，XX地区更应在公、民用建筑中进行采暖和空调。
为了说明XX地区更适于用热泵进行冬天采暖和夏季空调，今以空气—空气供热/制冷型电动热泵用于某公用建筑为例进行分析，热泵的某些参数见表（2-1）。
由表（2-1）看出，我国东北地区，冬季严寒，夏无酷暑，与室外温度有关的冷热负荷差异甚大。
若考虑全年空调，这类地区的供热/制冷型热泵应设计成供热型；在长江流域以及华南地区则出现相反的情况。
该地区冬季很短，且平均气温较高，供热/制冷型热泵应以夏季冷负荷作为热泵选型的依据。
XX地区的地理位置和气候条件适中，冷热负荷比大致相当，使用供热/制冷型热泵对建筑物全年空调极为有利。
空气-空气供热/制冷型热泵的一些设计参数表2-1
地区
平均温度（℃）
热泵工况（℃）
供热/制冷热泵性能系数
冷热负荷比
冷/热
采暖通风天数
备注
冬
夏
一月
七月
tn
tw
tn'
tw'
ε
φ
冬
夏
哈尔滨
-20.1
23.3
18
-26
22
27
4.57
2.09
0.36
179
50
采暖
天津
-4.2
26.7
18
-9
22
30
4.13
2.94
0.97
120
90
采暖空调
上海
3.4
27.1
18
2
22
32
3.87
3.05
1.68
62
110
采暖空调
广州
13.6
28.2
18
7
22
31
4.01
3.87
8.13
0
180
空调
注：
表中tn、tw、tn'、tw'分别为室内、外设计温度参数，ε为夏季制冷系数，φ为热泵制热系数
上例热泵的热源是空气，如能利用低温热源（井水、低温余热、低温地热水、电厂冷却水等），则热泵性能系数还可以大加改善。
所以说，XX是非常适合应用热泵，特别是水源热泵空调系统的地区。
2.4.地热水资源状况
2.4.1XX地热水资源
XX蕴藏丰富的低温地热资源，适宜于作为城市建筑物冬季采暖的热源。
由于地热供热站占地面积小、运行费用低、资源综合利用率高、资金回收快。
同时，采用地热水回灌技术不会对环境造成热污染，所以地热供热已越来越受到人们的关注。
在二十世纪八十年代前，开发利用的地热水储层浅，水温低，用途单一，大部分用于工业用水和农业灌溉（占总量的73%）。
进入八十年代后，开采层位由第三系转向基岩热储，采出的地热水温度最高可达97℃，多用于供暖，并且由单一用途转为综合利用，逐步发展为地热供暖、工业洗涤、农业温室、水产养殖、医疗保健、旅游康乐和饮用矿泉水等综合利用。
据统计，XX中心城区现有基岩热水井182眼，供热面积452万㎡，无论开发总量还是开发规模在全国都是领先的。
2.4.2某项目地热水资源状况
1）地热地质构造及地层
某园林小区位于新华夏系构造体系第二沉降带沧州隆起北部，XX断裂以西，大成断裂北端，处于海河断裂和XX断裂的交汇地带，基岩埋深1300米左右，由石碳二迭系地层构成，下伏有奥陶系碳酸岩地层。
基岩之上依次为第三系明化镇组半胶结砂、淤泥岩、第四系粉细砂层。
2）含水层组及水文地质特征
⑴第四系含水层
第四系孔隙地下水含水层以粉细砂为主，偶有中砂，与粘性土呈交互状。
该区咸水层底界埋深70m，其下为淡水承压含水系统，划分为四个含水组。
Ⅰ组：
底板埋深70m，含有粉砂层，厚15-16m，矿化度6000mg/L，水温14-15℃，水量50-60m3/h。
Ⅱ组：
底板埋深250m，含有粉砂层七层，厚28-32m，单位出水率0.13-0.20m3/h·m·m，水质为HCO3-Na型，矿化度860.6mg/L，水温17-18℃，水量60-80m3/h。
Ⅲ组：
底板埋深350m，含有粉砂层四层，厚29-35m，单位出水率0.15-0.18m3/h·m·m，水质为HCO3-Na型，矿化度861.85mg/L，水温20-22℃，水量60-80m3/h。
Ⅳ组：
底板埋深450m，含有粉砂层，厚23-27m，单位出水率0.15-0.17m3/h·m·m，水质为HCO3-Na型，矿化度700.0mg/L，水温23-25℃，水量60-80m3/h。
Ⅴ组：
底板埋深630m，为新第三系明化镇组，含有粉细砂岩六层，厚35-42m，单位出水率0.10-0.15m3/h·m·m，水质为HCO3-Na型，矿化度696.9mg/L，水温27-32℃，水量60-80m3/h。
某地处非地热异常区，地温梯度＜3℃/百米，第四系含水层组水温最高不过26℃。
除第一承压含水组为咸水外，第二承压含水组及以下各组地下水水质为低矿化度重碳酸钠型淡水，各层组水质详见下表：
第二至第五含水组地下水主要成分
含水组
总硬度
CaCO3
矿化度
mg/L
氯化物
mg/L
硫酸盐
mg/L
氟化物
mg/L
PH值
水化学
类型
二
60
860.6
65
70
3
8
HCO3-Na
三
50
861.85
85
60
3.5
8.4
HCO3-Na
四
30
700
85
55
2.8
8.5
HCO3-Na
五
18
696.9
70
45
2.8
8.5
HCO3-Na
从上表可以看出，该地区各含水层组水化学成分除氟化物超标外，均符合饮用水标准。
没有对碳钢腐蚀的成分存在，完全符合水源热泵空调系统使用。
⑵上第三系馆陶组
上第三系热储层在本区发育稳定，顶板埋深450m左右，底板埋深1300m，上部为明化镇组，下部为馆陶组。
馆陶组含砂砾岩和砂岩，厚40-50m，水温46-50℃，水量60-80m3/h。
⑶奥陶系热储
该区位于海河断裂和XX断裂的交汇地带，奥陶系岩溶裂隙发育，预计顶板埋深1750m，可设计2300m深的地热井，预计单井出水量230m3/h，水温60℃，水质为SO4·Cl-Na型，矿化度5480mg/L，具有强腐蚀性。
3）某地域地热开发及利用现状
某及附近地区地热资源开发强度较小，地热井主要集中在市区，开采的热储层有明化镇、馆陶和奥陶系。
工作区及附近地区共有地热井18眼，不同热储地热井数量及基本情况见下表。
邻近区域地热井基本情况
序号
井号
成井时间
井温
热储层
开采量
静水位埋深
年降速率
1
BC-05
1999
明化镇
33
2
HB-03
1999
46
馆陶
41.06
3
HB-01
1982
48
明化镇
25.3
4
NK-10B
1993
52.3
奥陶
126
24.31
5
NK-05
1981
46
明化镇
45
56.79
2.85
6
NK-02
1982
51
奥陶
47.7
3.86
2.7
7
NK-01
1981
45
明化镇
66
45
8
NK-14
1996
63
奥陶
160
12.3
9
NK-07
1990
43
明化镇
52
74
10
NK-03
1994
47
明化镇
94
72
11
HX-02
1987
49
明化镇
89.5
72.25
12
HX-18
1986
48
明化镇
55
13
NK-1
升级会员 