利用水源热泵技术分区集中供冷供热节能示范项目可行性研究报告.docx
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利用水源热泵技术分区集中供冷供热节能示范项目可行性研究报告
利用水源热泵技术分区集中供冷
供热节能示范项目
可行性研究报告
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第一章总论
1.1#区概况
#区是全国唯一的国家级农业高新技术产业示范区。
前挹太白之秀，后负周原之美，襟渭带湋，水源丰富，空气新鲜，阡陌如画，颇具田园风光特色。
#区，交通方便，区位优越，东距西安市82公里，西距宝鸡86公里，陇海铁路、西宝高速公路、西宝中线二级公路穿越而过。
#是中华农耕文明的发祥地。
早在4000多年前，我国历史上最早的农官——后稷，就在这一带“教民稼穑，树艺五谷”，开创了我国农耕文明的先河。
新中国成立后，国家和陕西省在这里又陆续布局建设了一批农林水方面的科教单位，为了充分发挥这里的农科教优势，推进我国干旱、半干旱地区农业发展，国务院于1997年7月13日决定设立#农业高新技术产业示范区，并实行“省部共建”的领导和管理体制，由国家19个部委与陕西省共同领导和建设。
自开发建设十年来，#区在体制改革、招商引资、规划建设以及省部共建等诸方面都取得了令人瞩目的成绩。
#区，这个具有雄厚科技实力的中国“绿色硅谷”必将以崭新的风姿立足西北，面向全国，走向世界。
1.2建设项目概述
#区居住小区的建设，是以绿色、生态特色小区建设为目标，是以改善人们生活条件和生活环境为目的。
本建设项目就是利用示范区浅层地下水可再生能源热泵技术进行供冷供热，是一项节能环保、绿色生态的新技术。
在未来3年内，#区将建设化建小区、财富广场小区、永丰嘉苑小区、高新初中片区等，总建筑面积约为50万m2，此建设项目的供暖、供冷方式，计划采用水源热泵中央空调系统。
该供热、供冷系统所采用的核心技术，属于可再生清洁能源利用技术，是目前国家建设部重点推广应用的节能、环保型技术之一。
本系统工程项目，预计投资8643.92万元。
投资来源包括：
国家财政资金、地方财政配套资金、企业自筹资金三部分。
项目计划申请国家财政资金2500万元，约占总投资的28.92%；地方财政配套资金2000万元，约占总投资的23.14%；某公司自筹资金4143.92万元，约占总投资的47.94%。
1.3建设项目综合效益
推广应用水源热泵技术，符合中央建设资源节约型和环境友好型社会的要求。
根据#区水资源特点和地质构造情况，为满足示范区建设与可持续发展的要求，#区具有推广应用地下水源热泵技术十分有利的条件。
该建设项目的实施，在经济、节能、环保等方面，将产生很好的综合效益。
经济效益。
国民经济内部收益率EIRR=44.5％（大于基准收益率10%）；国民经济净现值ENPV=9915.4万元（大于0）；国民经济投资回收期Pt=4.6年。
该项目经济效益明显。
节能效益。
经计算，每年可节约标准煤13363.39吨，节能效益显著。
环境效益。
经计算，每年可减少CO2排放量8953.47吨，环保效益突出。
综合各主要效益指标，本建设项目在经济性、节能性、环保性等方面的综合效益显著，值得实施与应用推广。
第二章项目建设重要意义
当今社会，能源危机和环境污染已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。
在这种背景下，以节能、环保为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而水源热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统。
2.1水源热泵技术简介
水源热泵技术是利用地球表面浅层地热资源（如地下水等吸收的太阳能和地热能而形成的低品位热能），基于热泵原理，通过输入少量的高品位电能，实现低品位热能向高品位热能转移的一种技术。
水源热泵中央空调系统是一种既可供热又可供冷的高效节能型系统。
它是由用户系统、热泵主机系统、水源系统三部分组成。
水源热泵中央空调系统组成示意见图2-1。
图2-1水源热泵中央空调系统组成示意
用户系统（室内空气处理末端等）：
由用户侧水管系统，循环水泵，水过滤器，静电水处理仪，各种末端空气处理设备，膨胀定压设备及相关阀门配件组成。
热泵主机系统：
由压缩机，蒸发器，冷凝器，膨胀阀，各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。
水源系统：
由水源取水装置，取水泵，水处理设备，输水管网和阀门配件等组成。
水源热泵中央空调系统可以实现冬季供热、夏季供冷多功能工况。
（1）在冬季，为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机“泵”送到高温热源，以满足用户供热需求。
（2）在夏季，水源中央空调将用户室内的余热，通过水源中央空调主机转移到水源中，以满足用户制冷需求。
水源热泵中央空调系统冬夏运行工况示意见图2-2（a）、2-2（b）。
图2-2（a）冬季供热工况原理图
图2-2（b）夏季制冷工况原理图
2.2水源热泵系统的特点
（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。
地表浅层（土壤和水体）是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。
这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得水源热泵利用的地能成为清洁的可再生能源的一种形式。
（2）属高效、节能、经济的技术。
浅层地下水温一年四季相对稳定，冬季水体温度远高于室外环境空气温度，夏季水体温度远低于室外环境空气温度，浅层地下水是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得水源热泵比传统空调系统运行效率要高40％，因此要节能和节省运行费用40％左右。
（3）环境效益显著。
水源热泵污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少30%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其它节能措施节能减排效果会更明显。
水源热泵虽然也使用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量。
水源热泵机组没有燃烧，运行时无污染，可以建造在居民区内，且不用远距离输送热量。
（4）运行稳定可靠、高效经济。
地下水体温度一年四季相对稳定，受气候变化影响小，其波动范围远小于空气温度的波动，这就使得即使在室外气候环境恶劣的情况下，地下水源热泵系统仍可以保持良好的工作性能，系统运行稳定、可靠、高效、经济，自动化程度高，运行管理简单，维护费用低。
机组使用寿命长达15年以上。
（5）一机多用、应用范围广。
水源热泵系统可以实现冬季供热和夏季供冷两种运行模式，并且四季皆可产生热水。
一套系统可以代替原来的锅炉和制冷机两套装置，系统简单，没有冷却塔和其它室外设备。
所以，就没有其它冷热源设备集中占地问题，既减少初投资，又节省了建筑面积和地皮，从而产生附加经济效益，并且改善了环境形象，保持建筑外部美观。
各区域能独立选择制冷或供暖，分区灵活，使用方便。
水源热泵系统可广泛应用于住宅、学校、医院、宾馆、商场、办公楼、厂房等各类建筑，特别适合于地下水资源丰富地区。
2.3水源热泵应用国内外现状
国外应用现状。
水源热泵是一种效果显著的节能技术，它的应用发展速度很快。
目前，水源热泵理论与技术均已高度发达，并且在美、法、德、日等国家得以广泛使用。
如美国，截止1998年，水源热泵系统已占空调总保有量的19%，其中新建筑中占30%。
到2001年，每年安装的水源热泵系统已达到14万台，其中，地下水源热泵占15%。
每年减少温室气体排放一百万吨（相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树一百万英亩），年节约能源费用达4.2亿美元。
与美国的水源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深＜400米）的水源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。
据1999年的统计，家用的供热装置中，水源热泵所占比例：
瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。
同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。
国内应用现状。
目前水源热泵技术在我国的发展呈现出以下特点：
（1）水源热泵技术的应用日益广泛。
水源热泵应用工程项目省、市分布表见表2-1所示；水源热泵应用工程项目地区分布图见图2-3所示；水源热泵系统应用在各类建筑的比例见图2-4所示。
（2）水源热泵技术日益受到各级政府重视，把发展水源热泵作为发展经济的一个契机，大力支持水源热泵应用技术方面的研究；（3）学术交流持续升温，各类水源热泵技术相关的学术交流活动吸引了大量设计、施工、开发。
水源热泵应用工程项目省、市分布表2-1
省份
数量
省份
数量
省份
数量
省份
数量
北京
758
江苏
68
江西
39
福建
20
河北
303
广东
64
贵州
38
广西
18
天津
154
湖北
58
黑龙江
36
重庆
13
辽宁
147
湖南
58
宁夏
36
新疆
8
上海
129
吉林
57
西藏
34
青海
7
河南
112
内蒙古
50
山西
28
云南
2
山东
94
浙江
43
四川
25
海南
1
陕西
70
甘肃
43
安徽
24
总计
2537
图2－3（a）水源热泵应用工程项目数地区分布图
图2－3（b）水源热泵应用工程项目百分比地区分布图
图2－4水源热泵系统应用在各类建筑的比例示意图
人员，大家迫切要求了解相关知识和经验；（4）水源热泵技术具有显而易见的好处，其理念非常容易为大众所理解和认同，逐渐为普通大众所接受，其发展得到了广大百姓的支持。
2.4项目建设符合国家能源政策要求
可再生能源在建筑中应用的意义。
根据中华人民共和国建设部、财政部二零零六年八月二十八日《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》（建科[2006]213号），充分认识推进可再生能源在建筑领域规模化应用的重要意义：
（1）推进可再生能源在建筑中应用是贯彻落实科学发展观，调整能源结构，保证国家能源安全的重要举措；
（2）推进可再生能源在建筑中应用是实施国家能源战略的必然选择；
（3）推进可再生能源在建筑中应用是满足能源需求日增长，改善人民生活质量，提高建筑用能效率的现实要求。
可再生能源在建筑中应用的工作目标。
在“十一五”期间，我国可再生能源在建筑中应用取得实质性进展，基本形成相关政策法规、技术标准和技术支撑体系，基本建成与建筑结合的可再生能源自主知识产权技术和材料、产品体系；预计到“十一五”期末，太阳能、浅层地能应用面积占新建建筑面积比例为25%以上，到2020年，太阳能、浅层地能应用面积占新建建筑面积比例为50%以上。
水源热泵技术是国家二零零六年一月一日颁布实施的《中华人民共和国可再生能源法》中所列的可再生能源技术之一。
本项目建设是#区贯彻实施《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》的集中体现，也是我省实现国家“十一五”期间可再生能源在建筑中应用工作目标的积极践行者、示范贡献者。
2.5项目建设符合示范区发展规划需要
根据《#城市发展总体规划》（2004～2015），城市发展建设方针如下：
提高城市居住舒适性，用宜人的居住环境吸引人才，完善城市的服务功能、建设设施配套、环境宜人的高质量城市居住区；新区建设和老区改造相结合，尽可能依托老区既有设施和发展条件，加快新区发展，以农村现代化、城乡一体化为目标。
本项目建设为示范区商品住宅提供了水源热泵中央空调系统，既可冬季供热又可夏季供冷，提高了住房的舒适性和空气品质，提高了住宅的档次和质量，使得商品房的市场竞争力较其他同类商品房有所提高。
虽然商品住宅中央空调系统会增加商品房的销售价格，但是消费者购置该商品房后不需再自行购置安装空调了，而且该系统运行费用比传统采暖和空调方式大大减少，总体来看经济上是合算的，消费者是完全可以接受的。
#区是国家首批农业循环经济试点园区和国家环保卫生城区。
为改善示范区的环境质量，示范区正在大力推行采用清洁能源替代燃煤锅炉；为解决城乡地区收入偏低人群的供热和制冷问题，必须结合当地的资源情况，寻找廉价环保的能源利用方式，使之既在城乡居民的经济承受能力之内，又满足示范区中长期发展规划的要求。
水源热泵中央空调技术是对可再生水资源能源的循环利用的新技术，比传统空调节能40％、运行成本低，且不污染水、不消耗水，该项技术的应用是循环经济运行模式的示范载体。
因此，在示范区进行水源热泵中央空调工程项目的建设，恰好是充分利用#区丰富的地下水资源，采用经济、节能、环保的水源热泵技术，既可有效解决示范区的居民小区和企事业单位的供热和供冷的需求，又可改善示范区的环境条件，进而促进示范区循环经济试点园区的建设，长远满足示范区可持续发展要求。
第三章项目建设背景
3.1现有住宅小区冬季供暖现状
#区既有住宅小区12个，建筑总面积73.2万m2。
它包括：
（1）现已采用了集中供热方式的小区：
安居小区、田园小区、神农小区，集中供热小区总建筑面积达32.6万m2，占总面积的44.5%；
（2）正在规划中的集中供热小区：
万安花园小区、金雅都小区，总建筑面积达10.5万m2，占总面积的14.3%;（3）目前尚无集中供热设施的其它住宅小区，建筑面积达30.1万m2，占总面积的412%。
#区住宅小区集中供热现状统计见表3-1。
#区住宅小区集中供暖现状统计表3-1
序号
小区名称
户数（户）
建筑面积（m2）
有无集中供暖
1
安居小区
1312
146759
有
2
田园居小区
1034
120600
有
3
神农小区
426
58355
有
4
万安花园
322
35313
规划中
5
金雅都小区
540
70132
规划中
6
家美园
93
13624
无
7
节水灌溉住宅区
98
13069
无
8
后稷小区
624
85244
无
9
家乐园一期
288
39323
无
10
家乐园二期
322
42462
无
11
家和园一期
564
74397
无
12
家和园二期
234
32938
无
合并
5857
732216
#区住宅小区集中供暖现状饼图见图3-1。
由以上图表可见，目前#区住宅小区集中供暖覆盖率较低，其值不到45％，若本建设项目的成功实施，可以很好解决#区既有居民小区的冬季供暖问题。
3.2现有集中供热热源状况
（1）燃气轮机热电厂。
#燃机热电厂是我国西部地区第一座利用天然气为燃料，采用燃气轮机蒸汽轮机组联合循环的热电联产的环保型电厂。
该厂是根据省政府的决定，为了解决#农业示范区集中供热问题而投资兴建的，于2001年10月第一期投产发电供热。
规划设计装机容量为110MW，供热规模100吨/小时。
热电厂一期装机容量为54.62MW，年发电量为2.62亿kWh，供热负荷一期平均为313.35GJ/h，供热面积27.71万m2，工业供汽量为50t/h，年供热量92.72万GJ。
（2）南区集中供热中心。
南区供热中心位于示范区南部，新桥路西侧，临近渭河大桥，占地90亩。
供热中心设计规模为145t/h，其中一期为40t/h（2台20t/h蒸汽锅炉），二期为105t/h（3台35t/h蒸汽锅炉）。
项目承建单位为亨通光华制药有限公司，主要是满足亨通光华企业内部用汽，同时兼顾南区企业和生活用热。
目前一期已经投入运营。
3.3现有供热配套设施
（1）热力站。
热力站有住宅小区热力站和企业热力站。
住宅小区热力站1个，即安居工程小区热力站，供热面积34万m2。
企业热力站共有15个，包括：
高速路以南2个，高速路以北、西宝中线以南10个，西宝中线以北2个。
（2）热力管网。
以燃气轮机热电厂为热源的热力管网，由热电厂引出沿五湖路南侧向西至新桥路，在此分为南北两线。
北线干管沿新桥北路东侧绿化带向北敷设至西宝中线，再沿西宝中线北侧之末端热用户，沿途分干支管至各校区及企业单位热力站，蒸汽凝结水管与蒸汽同沟敷设，最远输送距离为2.57km；南线蒸汽干管至沿新桥南路东侧向南敷设到秦丰农化公司，最远输送距离为2.34km。
管网最大供热半径2.1km，管网总长度9.27km。
以南区供热中心为热源的热力管网，全长1.09km，沿滨河路、安桥路至亨通光华制药厂。
3.4现有集中供热存在问题
（1）居民供热价格。
目前，#区居民小区集中供热采暖价格为4元/m2·月。
根据示范区热力公司近年的运行情况，当采暖价格达到6元/m2·月时，才能保证热力公司的收支平衡，所以示范区给热力公司的价格补贴为2元/m2·月。
对小区既有集中采暖系统而言，一个采暖季示范区需补贴资金4×2×32.6=260.8万元，给示范区造成巨大的财政负担。
（2）热电厂亏本运营。
#热电厂是我国西部地区第一座利用天然气为燃料，采用燃气轮机蒸汽轮机机组联合循环的热电联产的环保型电厂。
由于西部地区经济发展相对落后，上网电价相对较低。
虽然在相关部门的协调下#热电厂的上网价格达到0.4元/度（高于西部其它电厂上网价格），但距离其发电成本0.5元/度还有一定的距离，主要是由于天然气发电成本较煤电成本高所致。
热电厂一期工程投产运营至今一直是在亏损的状态下运营，每年平均亏损2000万元，所以热电厂二期工程一直没有启动。
（3）热力公司入不敷出。
#区热力有限公司是示范区集中供热经营单位，目前运营状况很不理想，一直在亏本的状态下经营，2004年亏损367万元，近年来年均亏损400万元。
热力公司购汽价格：
在采暖季为工业87元/吨，民用67元/吨；在非采暖季87元/吨。
热力公司售汽价格：
在采暖季工业87元/吨，民用67元/吨；在非采暖季19.2元/吨。
热损耗率为54%左右。
热力公司购售汽经营状况如表3-2。
热力公司购售汽经营状况表3-2
用汽单位
购汽价格
元/吨
售汽价格
元/吨
营业差额
元/吨
热耗率
％
采暖季
工业
87
87
0
54
民用
67
67
0
非采暖季
工业
87
149.2
62.2
民用
――
――
――
从表3-2可以看出，热力公司的购汽和售汽价格，只有在非采暖季的售汽价格高于购汽价格，而且示范区的多数企业不连续用汽，企业用汽量有相对较小，热损耗大，所以造成了热力公司的严重连续亏损状况。
另外，示范区居民集中供热价格是参照西安市集中供热标准制定的价格，一方面由于集中供热没有达到规模效应，热力公司的经营亏损，另一方面是对于供热价格的不认同，认为示范区的集中供热价格相对较高，所以近几年集中供热小区的收费较为困难。
（4）示范区整体供热设施薄弱。
#区新、老城区基础设施差距较大。
示范区新区成立后，城市基础设施建设较为完善，但老城区的基础设施建设相对滞后，尚不具备集中供热的基础设施条件，而且老城区均以煤炭为燃料，空气污染为Ⅱ级。
现有热源（燃机热电厂和南区供热中心）都集中在示范区新区，而且两个供热中心距离相对较近，不能辐射更大的供热面积。
供热管网和其它配套设施也不够完善。
因此，目前#区均采用集中供热方式解决整个示范区的新、老城区居民冬季采暖还存在诸多问题。
3.5解决问题的途径
从现有示范区供热状况来看，在能源种类（天然气）使用上、热源的布局上、供热设施的建设上、整个示范区供热能力上，均存在着不同程度的问题，这些问题困扰着示范区的集中供热，制约着示范区的可持续发展。
在此背景下，根据水源热泵中央空调系统技术特点，结合#区丰富的浅层地下水资源条件，采用水源热泵技术是解决#区供热问题的有效途径。
4项目建设条件
4.1地理位置
#区位于关中平原西部，介于北纬34º14´～34º20´，东经107º59´～108º08´之间，东依漆水河与武功为畔，南临渭河与周至为界，西与扶风接壤，北依韦水与扶风、武功相邻，东西长16km，南北宽6.5km，总面积94.18km2。
1997年7月国务院正式批准建立国家级#农业高新技术产业示范区，新城区规划面积22.12km2，下辖县级杨陵区，杨陵区下辖杨村乡、李台乡、大寨乡和五泉镇4个乡（镇）。
4.2自然条件
#区属于暖温带半湿润大陆性季风气候，春暖多风，夏热多暴雨，秋凉多连阴雨，冬寒少雨雪。
年日照时数2163.8小时，日照百分率49%，年总辐射量114.8千卡/平方厘米。
年平均气温12.9℃，最冷月（1月）平均气温-1.2℃，最热月（7月）平均气温26.1℃。
平均早霜期始于11月2日，晚霜终于3月26日，无霜期220天。
年际间气温变化不大，最高年份平均气温13.6℃，最低年份平均气温12.3℃。
年平均降雨量637.6mm，多年平均蒸发量884mm,干燥指数1.38，最大冻土层深度24cm，平均风速2.4m/s，最大风速23m/s（1973年6月4日）。
农业气象灾害主要为干旱。
4.3地形地貌及土壤
#区地势北高南低，坡度平缓，海拔516.4~540.1米。
地貌类型分为漫滩、阶地和黄土台原，由南向北依次为漫滩、一级阶地、二级阶地、三级阶地和黄土台原。
渭河漫滩成带状，沿渭河北侧东西向分布，地势平坦，宽度900~1500m，高度433~437m。
渭河一级阶地呈东西向分布，阶面平坦，宽1000~2000m，阶面高程在435~450m之间；渭河二级阶地呈东西向分布，阶面宽1700~3000m，阶面高程在440~470m之间；渭河三级阶地呈东西走向，分布在西卜村—农校—上川口一带，阶地宽度500~1500m，阶面高程460~490m。
黄土台原分布于五泉乡—大寨乡—杨村乡一带，台原面较为平坦，微有起伏，地面高程510~550m。
台原面西北较高，东南较低，坡度为3‰左右。
土壤属娄土，具有保水保肥，抗旱耐涝等特性。
土壤容重1.5t/m3，田间水量24%（重量百分比）。
土壤耕层0~20cm，平均有机质含量1.055%，含氮0.0763%，碱解氮54PPm，速效磷6.82PPm，速效钾216PPm。
4.4水资源状况
地表水的水资源。
项目区有三条过境河流，分别为渭河、漆水河和韦水河。
（1）渭河为黄河水系一级支流，漆水河和韦水河为二级、三级支流。
渭河为区内最大河流，发源于甘肃省渭原县乌鼠山，全长672km，由李台乡永安村入境，至东桥村入武功乞劳村，区内全长5.58km，河床比降1‰，多年平均流量136.5m3/s，最小流量4~5m3/s，平均水深1.3m左右，多年平均流量43.06亿m3。
（2）漆水河发源于麟游县崖头起，由杨村乡桥家底流入境内，区内全长8.45 km，河床比降约5‰，多年平均流量4.15m3/s，1954年最大洪峰1200m3/s，多年平均径流量1.16亿m3。
（3）韦水河发源于凤翔县北老爷岭，全长100多km，由五泉乡曹家村入境，从杨村乡下北杨村汇入漆水河，区内长度24.7km，河流比降27‰，多年平均流量0.46m3/s，1954年最大洪峰413m3/s，年径流量1448万m3。
此外，宝鸡峡渭高干渠、渭惠渠和北干二支渠也流经项目区。
统计资料表明，三条河流多年平均过境径流量为44.36亿m3，但季节变化大，因此地表水的水资源可开发利用的条件差，利用很少。
地下水的水资源。
#多年平均地下水天然资源量为3387.34万m3，其中潜水为2207.84万m3，承压水为1179.50m3，可开采量为3099.76万m3/a。
地下水资源以潜水为主，占地下水资源总量的65％；可开采量占地下水资源总量的91.5％。
黄土台原潜水埋深80~120m,阶地埋深10~20m，漫滩埋深2~3m。
北
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