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中国节能嘉兴产业园一期地源热泵系统项目

2012-03-15 11:07:58

中国节能嘉兴产业园一期

地源热泵系统项目

一、能源状况分析

        随着经济的发展,人们的生活品质不断提高,中国的能源消耗量也相应地大大提高,已经对我国的能源储存形成了严重威胁,能源危机迫在眉睫。上个世纪70年代以来,能源和环境危机日趋严重,进入二十一世纪的中国,随着经济的快速发展,也已经成为仅次于美国的世界第二大能源消费国;同时也是世界最大的煤炭生产和消费国。在我国的一些发达城市,夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。特别是冬季采暖用的燃煤、燃油、燃气的大量使用,给大气环境造成了极大的污染,对人们的健康形成了威胁。因此,建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大解决问题。传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战。

        世界十大污染最严重的城市中,中国占了七个。在我国北方地区许多大中城市由于燃煤供暖而产生严重的大气污染,政府不得不对燃煤锅炉引起重视。另外,今年的燃煤价格不断上涨,采暖价格也相应提高。燃煤,不仅初投资增加,而且带来了更高的运营成本。例如,北京冬季使用天然气供暖的费用已增至30元/,远高于燃煤供暖19~24/的费用,燃油供暖则更高达50元/m2。由于燃油和燃气所产生的温室气体仍对大气有所污染,它们只是一定程度的减少了大气污染,并不能从根本上解决污染问题。对于夏季制冷的建筑来说,天气越炎热,室外的温度越高,空调负荷也越大,而此时原始的空调机通过冷却塔向空气散热,效率就越为低下,设备也越费电。原油、天燃气、煤碳价格的大幅度上涨,给广大用户增加了不少的经济负担,同时因燃煤、燃油、燃气取暖及制冷所带来的大气严重污染及温室效应已引起政府和公众广泛关注,人们在想方设法从各个方面节能的同时,也开始寻求传统能源之外的清洁、可再生的能源。正是在这种情况下,以清洁、可再生的地热源为能源的地源热泵引起了人们的关注。

        目前,城市大气环境污染中,燃煤、燃油所造成的比例最大。113个城市将不再允许使用燃煤锅炉。这一市场的空缺将由燃油、燃气电力、热泵供能技术取代。从投入成本、运营成本、管理难易度、安全性、经济性等方面讲,地源热泵技术无疑是最先进的。我国地源热泵技术起步较晚,但发展情况很好。国家在十五计划中以法规形式认定其优先发展地位。同时,十五计划也具体表明了对热泵技术的期望,即“2005年地热利用面积达2000万平方米,而目前的生产能力绝对达不到l00万平方米/年规模。所以在2005年前即形成庞大市场,该项目产品全国范围内供不应求。

二、地源热泵发展史

        地热源热泵”的概念最先于1912 年由瑞士人F7G..H 提出。1946年美国建成第一个地源热泵系统。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19%以上,其中在新建筑里面占30%,并以每年;10%的速度递长。在欧洲,德国、法国以及北欧的一些国家应用较多,他们更多的是利用浅层地热资源,来供热或者取暖。而促使近年地源热泵持续升温的原因,则是由于上个世纪70 年代以来,能源和环境危机日趋严重。人们在想方设法从各个方面节能的同时,也开始寻求传统能源之外的清洁、可再生的能源。正是在这种情况下,以清洁、可再生的地热源为能源的地源热泵引起了人们的关注。我国地源热泵技术的研究始于上世纪80年代。1988 年中科院广州能源研究所主办了“ 热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。1997 年,中国科技部与美国能源部签署了《中美地热开发利用的合作协议书》。2000年山东建筑工程学院成立地源热泵研究所,这是我国首个以地源热泵技术为研究目标的科研机构。2004年,北京工业大学地热供暖示范工程通过验收。2005年,建设部将地源热泵技术列为建筑业十项新技术,有关方面正在制定相关政策,推动地源热泵技术的普及和发展。

三、地源热泵的相关推广政策

  1、国外政府关于地源热泵空调技术的推广政策

• 英格兰、加拿大、爱尔兰、苏格兰、澳大利亚、美国都有法律及政府基金给予地源热泵应用鼓励,包括提供廉价电力、政府低息贷款、现金折扣、财政补贴等多种单项或打包扶持;

• 韩国等国家的政府投资的医疗、教育、军事等项目无一例外都规定了地源系统的应用比例;

• 瑞士与挪威的地源热泵采暖及供应生活热水已超过96%;

• 在瑞典除非地源应用系统否则其他采暖以及热水供应系统必须获得政府的特别批准。

美国地源热泵应用状况

• 在美国,地源热泵是一种成熟的、完全产业化的技术

• 目前,全美地源热泵数量占全部空调保有量的19%,在个别州超过40%

• 地源热泵的销售数量以每年20%的速度递增,2003年全美销售数量达40万台

        目前国内部分城市地源热泵技术应用推广情况

        北京市:根据市规划委核定的建筑面积从本市固定资产投资中安排一次性补助,补助标准为:地下(表)水源热泵35/平方米,地源热泵和再生水源热泵50/平方米。预计新政策推行后,地源热泵空调的应用面积将每年增加500万平方米。

        宁波市:符合我市节能推广目录,单体投资额在100万元以上,达到20%以上节能效果的企业节能项目,按项目实际投资额给予8%的补助;单体企业的当年最大补助额原则控制在80万元以内。

2、全国各地地源热泵推广状况

天津市

推广应用埋管式地源热泵,应用工程较多

重庆市

每年拨千万元专项资金扶持,利用长江、嘉陵江为水源,5年内将建设30万㎡示范工程

沈阳市

全市已有地源热泵系统应用面积400万㎡以上,市政府以世博园为示范,正积极制定鼓励大面积应用的政策

大连市

全国唯一的水源热泵技术规模化应用示范城市

成都市

今年将投入1000万元对使用地源热泵的建筑进行补贴

乌鲁木齐市

与重庆大学等合作,推广新型土壤源热泵系统

呼和浩特市

较早开始地源热泵技术区域级应用的研究。市委领导曾亲自带团赴京考察

南京市

与加拿大等国合作共同推动地源热泵系统应用

武汉市

市领导高度重视地源热泵技术的推广应用,组织成立了工作专班,专门负责武汉市推广应用地源热泵技术的准备工作

滨洲市

将推广地源热泵技术列为城市经济建设“三个亮点”之一,全力推进。在行政新区建设中率先采用地源热泵系统

湘潭市

率先在市政府大楼采用湖水源地源热泵系统,并以此为试点向全市推广

青岛市

青岛以奥帆基地、青岛发电厂等项目为试点,在全市推广海水源热泵

鹤壁市

率先在市政府办公楼节能改造项目中采用地源热泵系统

大庆市

研究利用油田采空区,应用地源热泵系统

3、国家政策文件

        2006年9月4日,国家财政部、建设部联合出台的《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》(财建【2006】460号)第四条——专项资金支持的重点领域:

        (一)与建筑一体化的太阳能供应生活热水、供热制冷、光电转换、照明; (二)利用土壤源热泵和浅层地下水源热泵技术供热制冷; (三)地表水丰富地区利用淡水源热泵技术供热制冷;  (四)沿海地区利用海水源热泵技术供热制冷;(五)利用污水源热泵技术供热制冷;(六)其他经批准的支持领域。

《建设部2003年科技成果推广转化指南项目目录》首推的建筑节能技术——节能型土壤热交换器地源热泵冷(热)水供给技术

其他政策文件

       《中华人民共和国节约能源法》第四条规定:“国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”,而地源热泵所使用的地热能正是属于可再生能源。

        建设部《民用建筑节能管理规定》第四条规定:“国家鼓励发展太阳能、地热等可再生能源的应用技术和设备”。

        国家经贸委《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点》指出:“积极推广地热采暖和地热发电技术”,“加快地源热泵技术的引进和开发,加速国产化。要大力开拓地热采暖市场,到2005、2010、2015年地热采暖面积分别达到1500万、2250万、3000万平方米。要积极推动地热的综合利用”。

       《建设部建筑节能“十五”计划纲要》中明确指出“十五”期间建筑节能工作的重点之一是:“大力推进太阳能、河水、湖水、海水与地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的的工作。

       《建设部建筑节能“十五”计划纲要》中列出的18项拟重点开展的科技项目其中的第13项指出:“地源热泵及水源热泵技术系统开发与工程应用”。

        国家发展改革委办公厅2005年关于《组织实施可再生能源和新能源高技术产业化专项的通知》(发改办高技[2005]509号)中专项的主要内容第(三)项列出:“太阳能供热和地源热泵供热(制冷)。开展新型太阳能热水器和地源热泵系统产业化。包括高可靠性新型真空管集热器、大面积中高温太阳能热水系统、全天候太阳能热水系统、高效地源热泵及其配套系统。

四、地源热泵空调系统介绍

1、地源热泵简介

        众所周知,地下2-3米以下的土壤、河水、地下水温度常年基本恒定,始终保持在13℃-26℃,地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳能量,比人类每年利用能量的500倍还多,可谓是人类尚未充分开发的“绿色聚宝盆”。它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在。

        新型地(水)源节能中央空调是充分利用了这一特点,它是把专用管道埋入地下深处或地表水(河、湖)等处,通过与地下土壤或河水等进行热量交换,达到室内一年四季如春的环境。而传统中央空调利用空气进行热量交换,但空气的温度变化很大,夏季一般达到38度左右,空调机组为了换热就要耗费更大的能量,相当于在13℃-26℃的环境中提取“冷量”比在38℃的环境要容易的多,实际节能效果达30%-50%。

2、地源热泵系统分类及其优劣性简单介绍

地源热泵系统根据地下换热器的不同可分为一下几种方式:

1、 水平埋管式   2、 垂直埋管式   3、 地 表 水 式   4、 地 下 水 式

水平埋管式优缺点:

优点: 室外施工费用相对较低 。缺点:室外占地面积较大。

水平

垂直埋管式优缺点:

优点:运行及维护费用低;占地面积较小;冬季无需辅助热源;不产生任何污染;节能效果明显。缺点:初投资费用稍高 。

垂直

地表水换热式优缺点

优点: 运行及维护费用低;无需占用土地;室外施工费用低;不产生任何污染。缺点:需临近较大面积水域;系统效率低于其他方式。

地表水

地下水式换热器优缺点:

优点:运行及维护费用低;室外施工费用较低;冬季无需辅助热源;建筑周围环境影响小; 不产生任何污染;换热效率高,节能效果明显。缺点:打井受政策限制;系统易受地下水源状况影响。

地下水

3、源热泵空调系统原理

        土壤源热泵空调系统是通过输入少量高位能(如电),实现从浅层土壤的低位热能向高位热能转移的热泵空调系统。夏季,为用户提供空调制冷;冬季又可为用户提供空调采暖;配合热泵热回收技术,还可以一年四季提供生活热水。

        土壤源热泵空调系统是在浅层地表埋设“土壤耦合热交换器”,以浅层地热能作为低位热源的热泵空调系统。 

        冬季:由“土壤耦合热交换器”向浅层土壤吸热,经热泵主机提高品位后为建筑物供暖,将低位热源中热量转移到需要供热和加湿的地方,同时降低地下土壤的温度。

冬季

夏季:由“土壤耦合热交换器”将室内热量排放至浅层地下,同时使其温度相应升高,以供冬季采暖之需。

夏季

        浅层地表温度随着地下深度加深,其温度受外部环境(包括气温、季节等)影响而变化的范围逐渐降低,到达一定深度后,其温度不再随外部环境的变化而变化,趋于恒定。一般认为地表4米以下浅层土壤即可视为恒温层,并且其温度恒定值与所在地区常年平均气温相当(以浙江地区为例,该值为17~18℃左右)。因此,浅层地表土壤,是空调系统绝佳的天然蓄冷蓄热体。

        土壤源热泵技术基础便是基于以大地作为冷热蓄体,夏季向地下排热,冬季从地下取热,作为空调的可靠且高效的冷热源,为建筑供冷供热,并有效地节约高位能源。

4、热泵系统性能特点

地源热泵与常规空调技术相比有着无可比拟的优势。

1)利用可再生能源:属可再生能源利用技术。地源热泵从常温土壤或地表水(地下水)中吸热或向其排热,利用的是可再生的清洁能源,可持续使用。

2)高效节能,运行费用低:属经济有效的节能技术 。地源热泵的冷热源温度一年四季相对稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,这种温度特性使得地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。另外,地源温度较恒定的特性,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。在制热制冷时,输入1KW的电量可以得到5KW以上的制冷制热量。运行费用每年每平方米仅为22——36元,比常规中央空调系统低40%左右。  

3)节水省地:1)以地下水为冷热源,向其放出热量或吸收热量,不消耗水资源,不会对其造成污染。2)省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施,机房面积大大小于常规空调系统,节省建筑空间,也有利于建筑的美观

4)环境效益显著。 该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,在供热时,没有燃烧,没有排烟,也没废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,不会产生城市热岛效应,对环境非常友好,是理想的绿色环保产品

(5) 运行安全稳定,可靠性高:地源热泵系统在运行中无燃烧设备,因此不可能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气,也不存在丙烷气体,因而也不会有发生爆炸的危险,使用安全。燃油、燃气锅炉供暖,其燃烧产物对居住环境污染极重,影响人们的生命健康。由于土壤深处温度非常恒定,主机吸热或放热不受外界气候影响,运行工况非常稳定,优于其它空调设备。不存在空气源热泵供热不足,甚至不能制热的问题。整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少,保证了系统的高效性和经济性。维修量极少,折旧费和维修费也都大大地低于传统空调

五、项目开发依据

()市场调查 
  目前,此项目技术研发力量强大,属于国家重点发展的高新技术项目。产品处于成长期,生产厂家少,规模小,市场对地源热泵系统尚不了解。市场空间大,市场成长率高。此产品还具有很好的性能价格比。

与地源热泵系统相比:

l、燃煤锅炉 
   缺点:空气污染严重,国家政策不支持。

2、燃油、燃气锅炉、溴化锂直燃中央空调 
   缺点:初始投入高,运营费用高,管理难度大,经济性不如地源热泵系统。

(二)  项目概况

        中国节能嘉兴产业园一期工程由中节能(嘉兴)环保科技有限公司投资建设,位于浙江省嘉兴市秀州区桃园路与加创路交叉口东南侧,东侧为嘉兴市梦园塑料五金有限公司,南侧为华龙面业(浙江)有限公司,西侧为加创路,用地面积63331平方米(约95亩),拟建造六层研发楼一幢,三层电子厂房5幢,单层机械厂房8幢。总建筑面积46288平方米,钢筋混凝土框架结构。地源空调设计14号研发楼。

       本项目推荐采用土壤源热泵与冷却塔结合的复合式地源热泵空调系统,冬季以地源热泵系统为建筑供暖,夏季采用地源结合冷却塔共同提供冷源。

(三)社会效益分析 

        地源热泵系统作为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、溴化锂直燃中央空调的更新换代产品,首先,可以缓解日益严重的城市大气污染闯题;其次,对燃油、燃气锅炉的替代,可以节约不可再生资源,减少国家对原油的依赖程度:再次,对溴化锂直燃中央空调的替代,充分显示了可再生资源利用的重要意义,减少了资源浪费,提高了资源利用率。 

       地源热泵项目的投产,可以保护人类生存环境,高效、合理的利用自然资源,减少环境污染,减少国家对原油的依赖程度,有着重要的经济和国防意义,社会效益明显。

(四)地源热泵系统与其他形式比较(以10000平米为例子)

初始投资的比较

空调形式

总 投 资 (万元)

配套消防及安全特殊要  求

功能

热(冷)源设备

管线

室内系统

合计

燃煤采暖+溴化锂中央空调

270

25.6

100

395.6

采暖+空调

燃油采暖+溴化锂中央空调

279

25.6

100

404.6

防暴、泄压

采暖+空调

燃气采暖+溴化锂中央空调

281

25.6

100

406.6

防暴、泄压

采暖+空调

地源热泵系统

275

25.6

100

400.6

 

采暖+空调

水冷螺杆机+锅炉

228

25.6

100

353.6

 

采暖+空调

风冷模块机组+锅炉系统

200

25.6

100

325.6

 

 

 

运行费用的比较

空调形式

采暖费按120天计算(元/m2

空调费按90天计算(元/m2

全年合计
(元/m2

备注

燃油+溴化锂中央空调

34.2

32.5

66.7

油价:3060/

燃气+溴化锂中央空调

30.3

30.1

60.4

燃气单价: 1.80/ m3

地源热泵系统

16

15

31

 

水冷螺杆机+锅炉

25

28

53

 

风冷模块机组+锅炉机组

25

29

54

 

结论:

初投资方面:地源热泵系统与溴化锂系统初投资相近,较其他系统初投资方面略高;

运行费用方面:地源热泵系统运行费用约为溴化锂系统运行费用的50%,约为其他系统运行费用的60

总论;从长远利益及环保性、使用寿命等因素考虑,使用地源热泵系统最为适合。

六、论证结论 
   根据以上的研究,得出如下结论: 
1、社会意义:该项目的提出,可以保护环境,提高对自然资源的利用效率,加强国防安全,社会效益明显。 
2、经济意义:该项目的各项财务指标均达到或超过了同行业相关指标,经济效益良好。 
3、技术方案:该项目技术先进、成熟,研发力量强大,属于国家重点发展的高新技术项目,产品具有很好的性能价格比。 
4、该项目符合国家十五规划产业政策,是重点发展项目。 
5、该产品的市场很大,产品处于成长期,项目安全性高。 
综上所述:该项目风险低,回报高,前景良好,项目可行。

 

 

 
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