百色xx学院学生宿舍楼可再生能源建筑应用示范项目可行性研究报告——地源热泵系统(编辑修改稿)

百色xx学院学生宿舍楼可再生能源建筑应用示范项目可行性研究报告——地源热泵系统(编辑修改稿)内容摘要：

表明，建筑能耗已经达到我国能源总消耗的 1/3 左右，所以建筑节能非常必要，节约潜力巨大。 建设部总工程师王铁宏举例说，到 2020年，如果城镇建筑达到节能标准，每年就可节省 亿吨标准煤，空调高峰负荷可减少 8000 万千瓦时，约相当于 1998到 20xx 年 5年新增电力装机容量的总和，相当于 个三峡大坝的发电量，相当于每年可减 少电力建设投资约 1 万亿元。 降低供水管网漏损率 10 个百分点，一年可节水 47 亿吨；推广使用节水器具等，全国城镇家庭一年可节约用水 17亿吨。 到 2020年我国建筑能耗将比 20xx年增加 /年标煤和新增耗电5800～ 6300 亿度 /年，总计折合电力约 ，新增量相当于目前建筑 11 总能耗的 倍。 我国城镇的住宅总面积约为 100亿㎡。 除采暖外的住宅能耗还有照明、炊事、生活热水、家电、空调等，折合用电量为 10～ 30kwh/㎡年，用电总量约占我国全年供电量的 10％。 一般公共建筑总面积约 55 亿㎡。 用电总量约占 我国全年供电量的 8％。 项目建设目标 （ 1）项目建设主要内容 本项目拟在 百色 XX学院 的教学、行政以及学生生活区范围内安装太阳能－地源热泵复合型系统 ，为总计 平方米的建设面积提供节能型的空调、供热支持， 其中包括为教学、行政区安装地源热泵空调系统，为学生生活区安装地源热泵热水和空调系统。 （ 2）项目建设目标 通过该示范项目实施，可以达到以下节能目标： ①与常规电锅炉供热水相比，节能 70% 以上； ②与普通中央空调系统相比，夏季制冷量提高 20%以上或节电 20%； ③与燃油供暖相比节省能 耗支出 40%以上。 12 三、工程示范技术方案 围护结构体系 外墙 墙体节能技术分为复合墙体节能与单一墙体节能。 复合墙体节能是指在墙体主体结构基础上增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能。 根据复合材料与主体结构位置的不同，又分为内保温技术、外保温技术及夹心保温技术。 本项目新建学生宿舍楼外墙（除图中注明者外）均为 240厚粘土多孔墙 PMU10CGB13544，卫生间内墙为 120厚 粘土多孔砖墙；其他内墙均为 MU10 混凝土空心小型砌块。 外墙粉刷用 20 厚聚苯颗粒保温砂浆，且砂浆内 防水剂重量为 水泥 5％。 屋面 屋面节能的原理与墙体节能一样，通过改善屋面层的热工性能阻止热量的传递。 主要措施有 防水隔热 屋面（外保温、内保温）、架空通风屋面、坡屋面、绿化屋面等。 本项目屋面的做法 如下 ： A:屋面做法 一 : （上人屋面， 三 级防水） (1)铺块材（建议做法： 8厚地砖铺平拍实，缝宽 5， 1:1水泥砂浆填缝） (2)25厚 1:4干硬性水泥砂浆，面上撒素水泥 (3)4 厚 SBS改性沥青防水卷材 13 (4)刷基层处理剂一遍 (5)20 厚（最薄处） 1:8水泥加气混凝土碎渣找 2%坡 (6)干铺 30厚聚苯乙 烯泡沫塑料板 (7)20 厚 1:3水泥砂浆找平层 (8)现浇钢筋混凝土屋面板 B:屋面做法二 : 局部有斜板屋面（面挂精石瓦） 参照 98AJ211154做法 门窗 门窗节能技术主要从减少渗透量、减少传热量、减少太阳辐射能三个方面进行。 本示范项目通过采用密封材料增加窗户的气密性， 减少渗透量 来减少室内外冷热气流的直接交换而增加设备负荷；减少传热量是防止室内外温差的存在而引起的热量传递，建筑物的窗户由镶嵌材料（玻璃）和窗框、扇型材组成，通过采用节能玻璃（如中空玻璃、热反射玻璃等）、节能型窗框（如塑 性窗框、隔热铝型框等）来增大窗户的整体传热系数以减少传热量。 本项目窗全部采用 热反射 玻璃 ， 白色 PVC 塑钢型材门窗， 封闭严密，冷热风渗透率低，保温性能良好。 北、东、西、南向窗墙比均小于规范限值。 14 冷热负荷估算 经初步估算本工程设计冷负荷指标约为 100W/m2，设计热负荷指标约为50W/m2，按照 教学行政用房 平方米面积 计，同时使用系数定为 ，则合 计 夏季设计总冷负荷 5577kW， 生活热水设计制热量为 505 kW,即设计总热负荷为 3293 kW。 生活热水 南方气候是湿度大，气温高，一年四季几乎天天洗澡，其中采用热水洗澡天数占全年 80%以上。 冬季是热水需求量高峰期。 所以生活热水是南方人的生活必须。 现行的热水供应采用的是燃气热水器，燃煤锅炉、燃油锅炉、电锅炉、太阳能 +电。 显然前四种为不可再生能源，且大多伴有废气、废物排放。 而后一种在热水需求高峰的冬季，太阳能的供应却处于低谷。 而太阳能－地源热泵复合型技术利用了温度几乎不变的地热源，是最优的可再生的南方地区热水供应能源。 在广西采用地源热泵制热水，能效比一般可达 以上，人均配电功率只需 2530w。 现行健学院供应 5328人的热水，地源热泵的配电功率仅为 136kw。 冷热负荷估算依据 （ 1）全年的热水供应高峰期在整个冬季。 （ 2）制冷高峰期在夏季。 （ 3）取暖高峰期在冬季的小段时间。 15 根据规范，南宁地区的空调室外计算参数如下： 年平均温度 ℃ 冬季空调室外计算干球温度 5℃ 冬季通风室外计算干球温度 13℃ 冬季空调室外计算相对湿度 75% 夏季空调室外计算干球温度 ℃ 夏季通风室外计算干球温度 32℃ 夏季空调室外计算湿球温度 ℃ 本项目建筑物的室内设计参数初步定为： 夏季 室内设计温度为 2527℃，室内相对湿度小于 60%； 冬季室内设计温度为 1820℃，室内相对湿度不做要求。 经初步估算本工程设计冷负荷指标约为 100W/m2，设计热负荷指标约为50W/m2，按照 61968平方米面积计，同时使用系数定为 ，则合计 夏季设计总冷负荷 5577kW， 冬季设计 采暖 总热负荷 2788 kW；供应 5328人生活热水，每人每天供应 50℃的 热水 40公斤，即每天供应热水 213吨。 则在制冷量为 5577 kW，在制热工况下需提供的热量为 3293 kW。 16 . 供热供冷系统 根据建筑物的使用性 质，为合理利用能源，降低能耗，减少环境污染， 本建筑供冷供热系统初步决定采用地源热泵空调机组作为中央空调及热水系统的冷热源。 地源热泵系统的优点 （ 1） 属可再生能源利用技术 水源热泵系统是利用地球表面浅层的无限可再生地热资源（通常小于400 米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。 （ 2）属经济有效的节能技术 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，这种温度特性使得水源热泵系统比传统空调系统运行效率平均要高 40%，因此可节能和节省运行费用 40%左右。 另外，由于地能温度相对恒定 ，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。 （ 3）环境效益显著 地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，可减少 40％以上，与电供暖相比，可减少 70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。 该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。 17 （ 4）一机多用，应用范围广 地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校 等建筑。 . 机组特性 地源热泵机组具有以下特性： ① 机组使用寿命长，均在 15年以上； ② 机组紧凑、节省空间； ③ 维护费用低，运行费用仅为传统空调的 50— 60%； ④自动控制程度高，可无人值守。 浅层地热方案的论述 太阳能－ 地源热泵 复合型 系统的确定 就地源热泵 的 运行方式而言，地源热泵系统分为两种，一种为 水源 式 开路 系统，另一种为 土壤埋管 式 闭路 系统。 水源 式系统是 利用 地下水 的高效换热，地下水 直接进入机组 ； 而 土壤埋管 式系统 则是 通过 土壤 换热器小温差换热的方式运行将热量传递给热泵机组。 水源 式系 统 一般是通过 地下水的 循环使 热量得到充分利用，但 必须依赖充足可靠的地下水源，否则，有可能破坏地下水的蓄藏或地层结构，造成地面沉降、回灌井堵塞等问题，而且 地下水的品质直接影响到水源热泵机组的寿命； 土壤埋管 式系统 的埋 18 地换热器只从地下取热或散热，不取地下水，没有地下水位下降、地面沉降等问题，是真正的绿色环保能源利用方式。 土壤埋管 式系统 又分垂直 U型埋管、水平埋管、螺纹盘管等。 水平埋管施工简单、埋管施工费用少，但占地面积大，对于城市用地日趋紧张、土地价格不断上涨来说不合适；螺纹盘管的管路造价高，占地面积也较大。 同时将太 阳能集热器做为热泵的蒸发器，大大提高太阳能的吸热效率，机组的蒸发温度提高，使得热泵压缩机的耗电量减少，节省运行费用，有别于国外以太阳能集热方式辅助地源热泵和太阳能储热罐热泵，克服其效率低、体积庞大等弱点。 百色 XX 学院 的土质属于富水土壤，地下水位高，垂直 U 型埋管可充分利用地下水渗流的对流传热特性，获得高的换热效果。 针对以上系统特点，同时综合考虑造价因素 、生态利用浅层地热能 ，决定本工程 项目 选用 垂直 U 型埋管 的太阳能－ 地 源热泵 复合型 系统形式。 机组系统 本项目采用的技术是广西大学依靠自己的技术力 量开发的 的太阳能－地 源热泵 复合型 系统应用技术，主要包括热泵机组、暖通空调、系统优化设计、 深井钻探技术、 自动化 监控管理 等技术。 关键技术是适合亚热带资源条件的土壤换热器设计 及其与 太阳能集热器的最佳匹配， 以及系统的科学集成。 拥有富水土壤换热器垂直浅埋管技术、自然能源优化互补利用技术、夏季工况热量多级分流技术、自动控制等多项自主创新技术。 该项技术经过多年的理论与实践探索，依据南方土壤和气候实际， 形成了一套由 太阳能集热器、 土壤换热器、热泵机组、冷却塔、控制系统等 19 科学集成的工程系统技术。 不需抽取地下水，系统可因地制宜 设计，避免了冬季过度取热引起系统效率下降或夏季排热负荷大易形成干燥土壤等种种弊端。 热泵应用技术方面拥有 2 项实用新型专利：“太阳能 地源热泵空调热水设备”（专利号： ）；“多用途节能型热泵孵化机”（专利号 ： ）；申请了 1 项发明专利 “多功能地源热泵烘干设备”（申请号 ： ）。 目前已实施了近二十项工程，最早投入运行时间为 20xx 年，几年的运行效果表明，该项技术实施的系统节能显著、安全可靠，环保性好。 真正体现了可再生能源良性的、生态的合理 利用。 项目技术特点及优势 （ 1）充分利用南方富水土壤的传热优势，换热效率高 根据南方亚热带地区土壤特性：地下水位高，土壤含水量丰富、液相对流传热起重要作用等，提出相应的土壤换热器设计理论和方法，实施土壤换热器垂直 U型管的浅埋方式。 经实际运行测试表明：富水土壤垂直 U 型管的换热器采用浅埋方式行之有效，在埋管深度比常规大大减少的情况下（约减少 50%），仍获得换热效率明显高于我国北方地区在干性土壤实施工程的效果（见附件 19 产品质量检测报告，附件 22查新报告）。 范例工程 —— 南宁市三中的地源热泵系统，在 埋管深度＜ 32 米时，获得＞ 60w/m的换热量；地源热泵机组制热水工况的性能系数＞ ，系统制热性能系数达。 制热水与电锅炉比节能 70%以上。 因此，根据该项目技术的优势，项目产品的主要覆盖范围为南方亚热带地区，并可依靠广西的区位优势扩展到东南亚一带。 （ 2）充分利用南方暖气候优势，自然能源互补利用 南方常年需要生活热水，本项目技术充分利用亚热带地区暖气候优势，系统热源侧采用垂直 20 管浅埋方式的土壤换热器并灵活组合冷却塔、太阳能集热器等，制热工况采用土壤热源与空气热源间歇或互补运行方式。 我国南方尤其是亚热带 地区，浅层土壤温度约 20℃左右（接近环境年平均温度），而南方气候一年中约有一半以上天数的环境温度高于 20℃，冬季又有一半以上天数的环境温度高于12℃，南方暖气候为土壤热源和空气热源互补利用提供了得天独厚的条件。 当环境温度低于 12℃时，系统的低温热源以土壤热源为主；环境温度在1220℃时，系统的低温热源综合利用土壤热源和空气热源；环境温度高于20℃时，系统的低温热源以空气热源为主。 这样既使热泵机组始终保持高能效比，又保证了地表浅层热能的合理利用。 避免了国内一些地源热泵系统由于过度取热，运行一段时间后出现效率 下降的问题。 （ 3）空调工况热量多级分流，能源利用率高 南方夏季冷负荷大，制冷所需的埋地盘管长度要远大于加热所需的盘管长度。 本技术采取热量多级分流技术方案，将制冷产生的热量用于制热水、向土壤和冷却塔散热，空调工况制热水不耗能，大大提高了能源利用率，并减少了制冷所需的埋地盘管长度，降低了系统的投资成本。 同时将太阳能集热器做为热泵的蒸发器，大大提高太阳能的吸热效率，机组的蒸发温度提高，使得热泵压缩机的耗电量减少，节省运行费用；在夏季夜间运行时还可以作为辅助散热设备，减少了夏季向地下的排热量，使地温在数年内保持 稳定，以保证机组在高效率下运行。 （ 4）工程投资成本低 由于富水土壤。