公主嶺余熱利用方案201356

吉林省公主嶺市住宅區(qū)利用工業(yè)余熱熱泵供熱系統(tǒng)設(shè)計方案二零一三年五月中國建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院2-目錄目錄 1摘要 -2-第一章 項目概況 -3-第二章 設(shè)計依據(jù)及原則 -4-一. 設(shè)計依據(jù) -4-二. 設(shè)計原則 -5-第三章 設(shè)計參數(shù)及負荷 -6-一、 室外設(shè)計參數(shù) -6-二、 室內(nèi)設(shè)計參數(shù) -6-三、 空調(diào)冷熱源及負荷 -6-第四章 電驅(qū)動熱泵+燃氣鍋爐系統(tǒng) -9-一、 系統(tǒng)流程示意圖 -9-二、 系統(tǒng)投資估算 -9-三、 每月典型日供熱負荷分配策略 -10-四、 運行費用 -18-第五章 經(jīng)濟性分析 -20-一、 靜態(tài)分析 -20-二、 不同電價政策下的運行費用、投資回收期變化 -20-第六章 環(huán)境效益分析 -23-第七章 結(jié)論 -24-摘要業(yè)主響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，同時為了提高項目實施的經(jīng)濟效益，提出了本項目采用熱泵系統(tǒng)進行余熱回收的設(shè)想。本項目為住宅供熱項目，建筑面積為100萬平方米，年總耗熱量為383753GJ。如果采用燃煤鍋爐系統(tǒng)，每年需要消耗21249噸煤；如果采用燃氣鍋爐系統(tǒng)，每年需要消耗11943765NM3天然氣。中糧生化能源（公主嶺）有限公司、黃龍食品工業(yè)有限公司、國能生物電廠等為項目所在地的企業(yè);從提供的資料可知,企業(yè)生產(chǎn)中有大量高溫工業(yè)廢水常年集中穩(wěn)定排放,余熱水量冬季總計不低于800-900m3/h，水溫可以達到25℃此部分工業(yè)余熱熱量較大，熱量可以達到21000kw。如果利用此部分余熱對住宅項目進行供熱，可以負擔(dān)50萬平方米左右的住宅面積。利用熱泵技術(shù)可以對工業(yè)余熱進行熱回收，可以將工業(yè)廢熱變廢為寶，具有很好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益。經(jīng)過分析，供熱系統(tǒng)采用電驅(qū)動熱泵系統(tǒng)+燃氣鍋爐復(fù)合式能源系統(tǒng)是一種最佳的配置方案，不但有效的降低了投資，而且運行費用也很有優(yōu)勢。雖然系統(tǒng)中燃氣鍋爐系統(tǒng)占系統(tǒng)總供熱能力的50%左右，但熱泵系統(tǒng)負擔(dān)了年總負荷的比例高達84%左右。熱泵系統(tǒng)相對燃煤鍋爐系統(tǒng)每年節(jié)省標(biāo)煤6682噸，減少二氧化碳排放18041噸；相對燃氣鍋爐系統(tǒng)減少標(biāo)煤消耗5467噸，減少二氧化碳排放14762噸。

項目概況項目位于吉林省公主嶺市，為向嶺西新城100萬平采暖（地板輻射采暖）提供熱源。供熱末端設(shè)計最低回水溫度需求為45度。項目附近的工業(yè)企業(yè)有大量的工業(yè)余熱常年排放，冬季保證余熱水量達到800-900m3/h，水溫可以達到25℃公主嶺市地處吉林省中西部，東遼河中游右岸。位于東經(jīng)124°02′～125°18′，北緯43°11′40″～44°9′20″之間。公主嶺市屬中溫帶濕潤地區(qū)大陸性季風(fēng)氣候。冬冷夏熱，四季分明，年平均氣溫5.6℃，年平均降水量594.8毫米，無霜期144天。公主嶺市全市盛行西南風(fēng)，歷年平均風(fēng)速3.9米公主嶺市屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，溫度、雨量、光照等季節(jié)性變化顯著，春季干旱多大風(fēng)，回暖迅速；夏季熱而多雨；秋季溫暖多晴朗天氣；冬季漫長而寒冷。年平均氣溫5.6℃，年平均降水量594.8毫米，無霜期144天。公主嶺市全市盛行西南風(fēng)，歷年平均風(fēng)速3.9米

設(shè)計依據(jù)及原則設(shè)計依據(jù)甲方的設(shè)計要求及提供的技術(shù)資料《民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50736-2012；《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2006；《高層建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045-2001；《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB50176-93；《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》DB11/891-2012；全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施《暖通空調(diào)·動力》；《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50243-2002；《建筑給排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50242－2002；《給排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB50268－2002；《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366-2005；冬季制熱季為11月1日至4月1日，共計電價：用電分類電度電價基本電價不滿1一1035—6666—220220千伏最大需量變壓器容量l千伏千伏千伏以下千伏以下及以上（元／千瓦·月）（元／千伏安·月）一、居民生活用電0.52500.51500.5150

二、大工業(yè)用電0.00000.56470.54970.53470.51973322三、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電0.45000.44000.4300

四、一般工商業(yè)及其他用電0.90310.88810.8731

后續(xù)方案計算用電價暫時按0.6元/kwh計算。居住建筑民用天然氣：2.8元/NM3，8500KCL/NM3新建樓房建筑面積每平方米入網(wǎng)費:45元/平米供熱收費標(biāo)準(zhǔn)：26元/采暖季/平米（住宅）設(shè)計原則盡量利用低品位能源，減少運行成本供熱系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟合理性要節(jié)能、環(huán)保，符合綠色生態(tài)建筑要求

設(shè)計參數(shù)及負荷室外設(shè)計參數(shù)冬季室外采暖計算溫度:-冬季室外空調(diào)計算溫度:-冬季通風(fēng)空調(diào)計算溫度:-冬季室外相對計算濕度:66%室內(nèi)設(shè)計參數(shù)夏季：室內(nèi)設(shè)計溫度：26℃冬季：室內(nèi)設(shè)計溫度：20℃新風(fēng)量：據(jù)GB50736-2012,按換氣次數(shù)法確定最小新風(fēng)量人均居住面積/㎡每小時換氣次數(shù)次/小時<100.710～200.620～500.5>500.45空調(diào)冷熱源及負荷本項目空調(diào)冷熱負荷估算如下:建筑類型熱面積指標(biāo)峰值負荷使用率負荷m2w/m2kw%kw住宅100000050500001.0050000公共建筑06001.000合計100000050000根據(jù)建筑的使用功能，統(tǒng)計后的采暖期逐月、逐時熱負荷如下：時段1月2月3月11月12月kwkwkwkwkw139500296252251521725308102385002887521945211753003034250031875242252337533150446500348752650525575362705480003600027360264003744064900036750279302695038220750000375002850027500390008480003600027360264003744094650034875265052557536270104300032250245102365033540114200031500239402310032760124000030000228002200031200133800028500216602090029640143650027375208052007528470153550026625202351952527690163500026250199501925027300173400025500193801870026520183400025500193801870026520193450025875196651897526910203500026250199501925027300213550026625202351952527690223650027375208052007528470233800028500216602090029640244000030000228002200031200最大5000037500285002750039000合計966000724500550620531300753480采暖季能耗統(tǒng)計如下：序號月份天數(shù)日耗熱量月耗熱量月天GJGJ11130191357380212312713840883131347810780642282608730305331198261449合計15112693383753能耗指標(biāo)0.4GJ/平方米/年經(jīng)過估算，100萬平方米住宅項目在現(xiàn)有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)條件下，采暖季每平米的耗熱量為0.4GJ/m2。設(shè)計日冬設(shè)計日逐時負荷柱狀圖如下：

電驅(qū)動熱泵+燃氣鍋爐系統(tǒng)項目附近有大量工業(yè)余熱，通過熱泵系統(tǒng)回收此部分工業(yè)余熱可以向建筑提供大量的供熱能力，但是基于余熱量總量的限制，同時為了使得系統(tǒng)更加經(jīng)濟合理，需要配置一定容量的輔助熱源即燃氣鍋爐。系統(tǒng)流程示意圖本系統(tǒng)設(shè)計回水溫度為45度，設(shè)計供水溫度為85度，供熱熱源包括兩部分，一部分是熱泵，占總供熱能力的50%，另一部分是燃氣調(diào)峰鍋爐，占總供熱能力的50%。供熱45度的回水先經(jīng)過熱泵初步加熱至65度，然后由燃氣鍋爐加熱至85度供至用戶（最大負荷時）。熱泵的低溫?zé)嵩礊楦浇I(yè)余熱，25度左右的工業(yè)余熱熱水進入熱泵蒸發(fā)器降溫至5度左右送回原處。系統(tǒng)流程示意圖見下圖：系統(tǒng)投資估算根據(jù)余熱所能提供給的熱量確定熱泵容量，熱泵不足部分由燃氣鍋爐補充。序號設(shè)備名稱技術(shù)參數(shù)功率數(shù)量單位單價合價1污水熱泵制熱量12688kw25612臺1230.72461.52熱泵冷凍泵流量433m3,揚程63m1102臺13.527.13熱泵供熱泵流量598m3,揚程10m302臺4.79.44燃氣鍋爐制熱量13378kw672臺227.4454.95鍋爐供熱泵流量630m3,揚程10m302臺4.79.46供熱循環(huán)泵流量294m3,揚程35m454臺6.525.97系統(tǒng)補水泵流量20m3,揚程60m5.53臺1.13.38定壓罐D(zhuǎn)800*12004臺1.87.19配電系統(tǒng)電力容量5793kw1套434.0434.010電力配套1套200.0200.011自控系統(tǒng)1套150.0150.012熱泵機房機房面積1648m21套582.6582.613熱泵機房內(nèi)安裝1套283.7283.714污水引水熱水流量867m3/h1套1453.51453.515供熱外網(wǎng)熱水流量1071m3/h1套1500.11500.116燃氣系統(tǒng)燃氣流量2675m3/h1套294.3294.317稅費1套266.118不可預(yù)計1項400.0217.419開辦費1項66.1227.020土地費用1項100.0235.321其他費用1項133.5226.222合計9068.323投資指標(biāo)元/m290.7每月典型日供熱負荷分配策略11月供熱負荷分配策略時間11月熱泵鍋爐負荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃氣（KW）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM312172521725243890000221175211752427800003233752337524723000042557525376251271991672252640025376251271024167115626950253762512715741671767275002537625127212416723882640025376251271024167115925575253762512719916722102365023650247780000112310023100246670000122200022000244450000132090020900242230000142007520075240560000151952519525239450000161925019250238890000171870018700237780000181870018700237780000191897518975238340000201925019250238890000211952519525239450000222007520075240560000232090020900242230000242200022000244450000合計5313005251564810610161446402688供熱典型日負荷分配圖見下圖：12月供熱負荷分配策略時間12月熱泵鍋爐負荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃氣（KW）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM31308102537625127543416760923003025376251274654167521333150253762512777741678714362702537625127108941671221537440253762512712064167135263822025376251271284416714397390002537625127136242134152683744025376251271206416713529362702537625127108941671221103354025376251278164167915113276025376251277384167827123120025376251275824167653132964025376251274264167478142847025376251273094167347152769025376251272314167259162730025376251271924167216172652025376251271144167128182652025376251271144167128192691025376251271534167172202730025376251271924167216212769025376251272314167259222847025376251273094167347232964025376251274264167478243120025376251275824167653合計7534806090244812304514445625167516186供熱典型日負荷分配圖見下圖：1月供熱負荷分配策略時間1月熱泵鍋爐負荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃氣（KW）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM313950025376251271412421341583238500253762512713124167147034250025376251271712421341919446500253762512721124213423675480002537625127226242134253564900025376251272362421342647750000253762512724624213427598480002537625127226242134253594650025376251272112421342367104300025376251271762421341975114200025376251271662421341863124000025376251271462421341639133800025376251271262416714141436500253762512711124167124615355002537625127101241671134163500025376251279624167107817340002537625127862416796618340002537625127862416796619345002537625127912416710222035000253762512796241671078213550025376251271012416711342236500253762512711124167124623380002537625127126241671414244000025376251271462421341639合計9660006090244812304535697636241239997供熱典型日負荷分配圖見下圖：2月供熱負荷分配策略時間2月熱泵鍋爐負荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃氣（KW）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM3129625253762512742491674762288752537625127349916739233187525376251276499167728434875253762512794991671064536000253762512710624167119063675025376251271137416712747375002537625127121241671358836000253762512710624167119093487525376251279499167106410322502537625127687416777011315002537625127612416768612300002537625127462416751813285002537625127312416735014273752537625127199916722415266252537625127124916714016262502537625127874167981725500253762512712416714182550025376251271241671419258752537625127499167562026250253762512787416798212662525376251271249167140222737525376251271999167224232850025376251273124167350243000025376251274624167518合計7245006090244812304511547624160812938供熱典型日負荷分配圖見下圖：3月供熱負荷分配策略時間3月熱泵鍋爐負荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃氣（KW）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM3122515225152454900002219452194524434000032422524225248940000426505253762512711291671265273602537625127198416722262793025376251272554167286728500253762512731241673508273602537625127198416722292650525376251271129167126102451024510249520000112394023940248370000122280022800246060000132166021660243760000142080520805242030000152023520235240880000161995019950240310000171938019380239150000181938019380239150000191966519665239730000201995019950240310000212023520235240880000222080520805242030000232166021660243760000242280022800246060000合計550620538716481088401190464021334供熱典型日負荷分配圖見下圖：全年供熱負荷分配經(jīng)過對全年不同熱源的供熱分配比例進行統(tǒng)計，全年的供熱熱源包括電、工業(yè)余熱、燃氣，其中工業(yè)余熱占有64%的比例，消耗電力比例為18%左右，消耗燃氣比例為18%左右。全年不同熱源供熱比例數(shù)據(jù)如下：能源來源消耗量單位能源量能源比例GJ%電19053544kwh6859317.9%燃氣2165946NM36959218.1%余熱245569GJ24556964.0%合計383753100.0%全年能耗比例餅圖如下圖：運行費用經(jīng)過對供熱季不同月份的逐時熱泵、水泵、燃氣鍋爐的開啟情況進行模擬，可以計算出每個時刻的耗電、燃氣消耗，從而可以計算出本系統(tǒng)供熱季的運行費用，計算如下：序號月份天數(shù)日耗電日運行費用日耗氣月運行費用月耗熱量月耗電量月耗氣量回收余熱量備注月天kwh元NM3元GJkwhNM3GJ111301138497023768820017505738034154652065244421212311331571252141618636875448408841278665017525310731311345831927423999756762621078064172076123991752948422813299911602712938308631873030372396436227847983533111658673686133421700626144936141724134747110合計15116621935383753190535442165946245569費用指標(biāo)16.62元/平方米/年能耗指標(biāo)0.4GJ/平方米/年耗電指標(biāo)19.05kwh/平方米/年耗煤指標(biāo)2.17NM3/平方米/年熱量單價43.31元/GJ本系統(tǒng)全年耗熱量為0.4GJ/m2,每平米每采暖季的運行費用為16.62元/m2，全年熱量單價折算為43元/GJ。

經(jīng)濟性分析靜態(tài)分析與投資有關(guān)的費用包括建設(shè)投資、建設(shè)接口收益。與運行費用有關(guān)的包括全年能耗費用、運行維護費用。本項目的靜態(tài)經(jīng)濟分析如下：序號系統(tǒng)形式電熱泵+燃氣1投資總投資萬元90682投資指標(biāo)元/平米913運行費用總能耗費用萬元16624年維護費用萬元1815年費用萬元18446費用指標(biāo)元/平米187凈投資接口費萬元4500.08政府補貼(部分)萬元2000.09凈投資萬元256810年收益收費萬元2600.011凈收益萬元75612投資回收期年3.40靜態(tài)分析不考慮利率、稅收、所得稅等因素，計算出本項目的投資回收期為3.4年左右。備注:其中政府補貼為所申請節(jié)能補貼(參考標(biāo)準(zhǔn):每平米60元)中的一部分。不同電價政策下的運行費用、投資回收期變化前述方案是按0.6元/kwh對系統(tǒng)進行財務(wù)測算的，如果所能申請到的實際電價不是這個電價，那在不同電價政策下的運行費用、靜態(tài)投資回收期變化如下表：不同電價運行費用投資回收期不同電價元/kwh元/m2年0.19.41.5