寬溝生活區(qū)復(fù)疊式熱泵洗浴節(jié)能項目方案

寬溝煤礦生活區(qū)采用復(fù)疊式熱泵制取洗浴熱水節(jié)能項目方案中國節(jié)能減排有限公司寧波神華節(jié)能環(huán)保科技有限公司2020年5月

一、項目概述寬溝煤礦生活區(qū)自2016年為環(huán)保達標拆除燃煤鍋爐以來，采用3臺0.7MW電鍋爐提供熱源。目前電鍋爐供熱能滿足煤礦生活區(qū)冬季供暖，但洗浴熱水負荷不足。為妥當解決生活區(qū)職工洗浴問題，需新增供熱熱源?？紤]到電鍋爐系統(tǒng)能耗和運行成本較高。本項目建議選用能效比高，運行成本較低的復(fù)疊式熱泵制取洗浴熱水。寬溝煤礦生活區(qū)洗浴熱水項目設(shè)計涉及范圍：主要是增加復(fù)疊式熱泵洗浴熱水制備系統(tǒng)，同時對公寓樓洗浴熱水供回水管線和配套洗浴設(shè)施進行必要的修復(fù)。采用復(fù)疊式熱泵制取熱水較電鍋爐具有50%以上節(jié)能效益，國節(jié)能寧波神華公司在神東集團及神新黑山礦也都完成過復(fù)疊式熱泵替代燃煤鍋爐用于供熱水的項目經(jīng)驗，且具有合同能源管理（EMC）模式開展節(jié)能環(huán)保服務(wù)的資質(zhì)，建議本項目改造由寧波神華負責實施。二、復(fù)疊式熱泵制取熱水方案2.1復(fù)疊式熱泵技術(shù)特點復(fù)疊式熱泵技術(shù)是在制冷領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的復(fù)疊式制冷技術(shù)基礎(chǔ)上演變而來的，從原理上可以看做是空氣源熱泵和水源熱泵機組有機復(fù)合與疊加。先由空氣源熱泵從低溫空氣中提取熱量，將冷媒溫度提高至中溫，再由水源熱泵從空氣源熱泵輸出的中溫介質(zhì)中提取熱量至高溫，并將熱量傳遞給循環(huán)水，可將自來水溫度由10℃左右直接提升到50-75℃。每級熱泵的溫度提升不大于45℃，都工作在比較理想的工況下，即使在-29℃氣溫下，復(fù)疊式熱泵仍然可以較高效率制取高達75℃熱水。從而復(fù)疊式高溫熱泵不僅可以用來制取熱水，還可以替代小鍋爐，成為冬季供暖的熱源。采用復(fù)疊式熱泵作為寬溝煤礦生活區(qū)全年供應(yīng)洗浴熱水熱源，不僅冬季最寒冷時節(jié)可穩(wěn)定提供較高溫熱水，而且在夏季可高效率運行。全年制備洗浴熱水能效比可達2.0以上，相較于電鍋爐節(jié)能50%以上。在環(huán)保達標的前提下，同時具有自動化程度高、高效節(jié)能、模塊化組合方便增減靈活等特點。2.2洗浴用水量及洗浴負荷計算1#宿舍樓，4層，每層22個房間，住滿每層約60人。2#宿舍樓，4層，每層22個房間，住滿每層約60人。3#宿舍樓，3層，每層16個房間，住滿每層約60人。4#宿舍樓，4層，每層24個房間，住滿每層約60人。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，工礦職工浴室每人用水量為100-150L/d；本次工程按照各大煤礦用水經(jīng)驗取值，熱水用水量按照100L/人·d取值（60-45℃），經(jīng)復(fù)核現(xiàn)生活區(qū)居住人數(shù)約600人，夏季每天最多約250人洗澡，冬季每天約150人洗澡。洗浴用水量：Q1=250×100L/人=25m3若按自來水進水溫度10℃計算，制取50℃的洗浴熱水，根據(jù)Q=cm△t計算：每日制備耗熱量Q=4.2KJ/(kg·℃)×25╳1000kg×40℃=4.2×10^6kJ≈1170kW，平均每小時熱負荷為：110kW。洗浴熱負荷統(tǒng)計表內(nèi) 容耗熱量（KW）（kW）管網(wǎng)損失系數(shù)熱負荷（kW）備 注洗浴負荷1101.1512650℃洗浴熱負荷為：Q=126kW2.3復(fù)疊式熱泵配置方案依據(jù)寬溝生活區(qū)洗浴用水情況，項目方案主要配置2臺79kw/20HP復(fù)疊式熱泵機組，安裝在原浴水鍋爐房室外做鋼結(jié)構(gòu)框架式支撐機組，輔助配套設(shè)備安裝在洗浴鍋爐房內(nèi)并盡可能利用原有設(shè)備減少投資。復(fù)疊式熱泵兩臺單臺制熱量：79KW單臺最大輸入功率：43KW復(fù)疊式熱泵系統(tǒng)運行模式為循環(huán)加熱方式，即當設(shè)定水溫T1與水箱儲水溫度T3之差T1-T3>2℃（可調(diào)）時，循環(huán)水泵開啟，將儲熱水箱的冷水傳輸?shù)綗岜脽崴畽C內(nèi)，水在熱泵機組內(nèi)加熱后再循環(huán)回水箱中；當T3-T1>2℃時，循環(huán)水泵關(guān)斷，停止循環(huán)。熱泵機組的運行根據(jù)水溫和水流雙重控制，當溫感器判定循環(huán)管路或儲熱水箱的水溫低于設(shè)定溫度，并且循環(huán)管道中有水流經(jīng)過，啟動運行；當循環(huán)管道中水流停止時停止運行。當氣溫低于零下15℃，根據(jù)熱泵的熱量缺口?？刂齐婂仩t啟停補充系統(tǒng)熱量。配套設(shè)備：25m2水箱1個、板式換熱器1組（1用1備）、洗浴熱水制取循環(huán)泵2臺、板換循環(huán)泵2臺、淋浴供水泵2臺、系統(tǒng)補水泵2臺、1套自控系統(tǒng)、1套配電系統(tǒng)，現(xiàn)有1臺120kw電鍋爐作為輔助加熱和備用。復(fù)疊式熱泵熱水機組的運行實現(xiàn)無人值守，全自動運行。系統(tǒng)的水泵和閥門，實現(xiàn)聯(lián)動，達到系統(tǒng)全自動運行，減少系統(tǒng)的管理難度。

2.4機房位置選擇依據(jù)現(xiàn)場條件，熱泵機組鍋爐房室外安裝，熱泵循環(huán)水泵、新建25t開式保溫緩沖水箱、及配電設(shè)備等安裝在生活區(qū)鍋爐房內(nèi)。實際布置及系統(tǒng)管道分布依據(jù)現(xiàn)場條件調(diào)整。2.5管道工藝及電氣復(fù)疊式熱泵熱水系統(tǒng)均選用國標鍍鋅管及管件，卡箍或法蘭連接。管徑按經(jīng)濟流速選取，控制在0.8-1.4m/s。寬溝煤礦所在地冬季最低氣溫在-25℃以上，為滿足防凍及控制熱損耗要求，室內(nèi)外供熱管道均采用離心玻璃棉保溫。離心玻璃棉有阻燃、無毒、耐腐蝕、容重小、傳熱系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性強、吸濕率低、憎水性好等諸多優(yōu)點，適合作為本項目的保溫材料。管道保溫層均采用50mm離心玻璃棉保溫+氧化鋁板外護層。所選玻璃棉保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)≤0.031W/（m·K），容重≥45kg/m3。本次改造方案為新建復(fù)疊式熱泵成套設(shè)備，作為洗浴熱源為寬溝生活區(qū)提供熱水，電源提供由業(yè)主方引到系統(tǒng)配電柜。項目安裝設(shè)備臺數(shù)為11臺，工作設(shè)備臺數(shù)為8臺，最大工作容量為200k。2.5配套設(shè)施恢復(fù)按業(yè)主要求，對原鍋爐房浴室進行恢復(fù)，以滿足1號、2號宿舍樓部分無獨立衛(wèi)生間樓層女員工的洗浴需求，同時對原公寓樓洗浴設(shè)施進行恢復(fù)。復(fù)疊式熱泵方案投資估算采用復(fù)疊式熱泵改造，合計總投入估算157.42萬元，詳見下表：序號名稱規(guī)格單位數(shù)量單價（萬元）價格（萬元）備注一、復(fù)疊式熱泵設(shè)備及配套1復(fù)疊式熱泵79kw/20HP臺21326含安裝調(diào)試2洗浴蓄熱水箱25m3臺110103板式換熱器5m2臺144一用一備4軟水處理器20T/H（原）臺1//利舊采暖系統(tǒng)5熱泵循環(huán)泵5.5kw臺21.22.4一用一備6洗浴供水泵22kw（變頻）臺23.57一用一備7板換循環(huán)泵3kw臺20.81.6一用一備8系統(tǒng)補水泵0.55kw臺20.51一用一備9自控柜PLC臺16610配電系統(tǒng)套16611安裝費以上設(shè)備項1202012電鍋爐120kw利舊使用14公寓樓供回水管道安裝原有公寓樓洗浴供回水管線恢復(fù)及部分新管線架設(shè)項12525初步估算，以實際施工圖工程量預(yù)算為準151、4號樓、原鍋爐房洗浴龍頭材料及安裝套1860.1222.32包含安裝費17原鍋爐洗浴室內(nèi)材料及裝修包含：衣柜40個（男浴20個，女浴20個）平米1450.1826.1原鍋爐洗浴室內(nèi)材料及裝修包含：換衣服座凳把4包含：吊頂照明及通風(fēng)盞13包含：木裝門套8包含：墻面粉刷及地面瓷磚平面145合計157.42四、電鍋爐方案投資與復(fù)疊式熱泵方案對比電鍋爐的方案配置，主要是新增安裝1臺180kw電鍋爐。電鍋爐方案與復(fù)疊式熱泵方案主要熱源設(shè)備不同、另外安裝條件及電纜選型有差異，采用電鍋爐方案合計投資約為143.42萬元，電鍋爐相較于復(fù)疊式熱泵價格低14萬左右。項目電鍋爐復(fù)疊式熱泵備注技術(shù)方案配置1臺180kw電鍋爐，利舊1臺120kw電鍋爐（1用1備）新建2臺79kw/20HP熱泵機組安裝在現(xiàn)鍋爐房外，利舊1臺120kw（互為備用）供熱設(shè)備及配套初始投資143.42157.42初始投資熱泵高14萬元運行費用16.57.44年運行費用熱泵低9萬元10年運行費+初投資（萬元）308.42231.82綜上，寬溝煤礦生活區(qū)制取洗浴熱水采用復(fù)疊式熱泵方案相較于電鍋爐方案經(jīng)濟性更優(yōu)。五、本項目擬采用合同能源管理（EMC）合作模式節(jié)能環(huán)保服務(wù)中采用合同能源管理（EMC）業(yè)務(wù)模式，可以較好地界定了節(jié)能用戶和專業(yè)服務(wù)公司的責權(quán)利關(guān)系，并得到相關(guān)政府部門的政策鼓勵和支持，提高項目的實施效率。本項目建議采用節(jié)能量保證型合同能源管理模式。復(fù)疊式熱泵方案與電鍋爐方案相比，每年運行有較好的節(jié)能效益，二者能耗情況測算對比如下：項目電鍋爐洗浴系統(tǒng)復(fù)疊式熱泵洗浴系統(tǒng)備注熱源設(shè)備電鍋爐復(fù)疊式熱泵制熱效率95%210%年制熱量421200kw421200kw每天需熱量×360天耗電量44.3萬度20萬度輔助設(shè)備不計年節(jié)約電量24.3萬度熱泵—電鍋爐節(jié)電率55%電價0.372元/度峰谷平均電價每年電費16.5萬元7.44萬元年節(jié)約電費9萬熱泵-電鍋爐由上表可見，按照設(shè)計用水量，采用復(fù)疊式熱泵制備洗浴熱水相較于電鍋爐節(jié)能量：①每年比用電鍋爐節(jié)約電量約24.3萬度，綜合節(jié)電率約55%；②每年比用電鍋爐節(jié)約電費約9萬元，十年可節(jié)省電費約90萬元。采用節(jié)能效果保證型合同能源管理模式，由節(jié)能服務(wù)公司提供一條龍服務(wù)，合同價款由神新公司造價中心負責審定。寧波神華公司負責項目方案設(shè)計、設(shè)備成套安裝等，達到正常使用功能后，保證節(jié)電率相較于電鍋爐達到50%以上，業(yè)主分兩年支付合同價款。六、項目合作單位寧波神華節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰緸閲夷茉醇瘓F中國節(jié)能減排有限公司下屬子公司。2016年以來配合神新公司采用節(jié)能環(huán)保設(shè)備淘汰替換燃煤小鍋爐，先后實施了屯寶煤礦太陽能洗浴熱水項目、寬溝煤礦工業(yè)區(qū)空壓機余熱利用洗浴項目、黑山煤礦1#2#3#號院復(fù)疊式熱泵供暖和洗浴項目。項目實施合作配合較好，投運情況良好，其中黑山項目被礦方評為標準化工程。采用復(fù)疊式熱泵替換改造小鍋爐，寧波神華公司已積累一定技術(shù)和經(jīng)驗。2015年在神東煤炭集團合作完成了“復(fù)疊式熱泵技術(shù)在北方寒冷地區(qū)供熱和制取熱水”科技項目。并從2016年起在集團內(nèi)開展熱泵替換燃煤小鍋爐業(yè)務(wù)。包括黃驊港港務(wù)公司、黃驊貨車公司、神東煤炭集團及神新黑山煤礦等企業(yè)完成采用復(fù)疊式熱泵供熱項目。根據(jù)國家能源集團采購函（2019）556號文件：《關(guān)于增加寧波神華節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰緦I(yè)化服務(wù)內(nèi)容等事項的通知》（附件2），寧波神華節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰緸閲夷茉醇瘓F合同能源管理內(nèi)部專業(yè)化供應(yīng)商。根據(jù)國家能源辦（2019）264號文件：《關(guān)于規(guī)范集團公司內(nèi)部專業(yè)化單位采購管理工作的通知》（附件3），