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(jì)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(xiàng)目概況 -3-第二章 設(shè)計(jì)依據(jù)及原則 -4-一. 設(shè)計(jì)依據(jù) -4-二. 設(shè)計(jì)原則 -5-第三章 設(shè)計(jì)參數(shù)及負(fù)荷 -6-一、 室外設(shè)計(jì)參數(shù) -6-二、 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù) -6-三、 空調(diào)冷熱源及負(fù)荷 -6-第四章 電驅(qū)動熱泵+燃?xì)忮仩t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(fù)荷分配策略 -10-四、 運(yùn)行費(fèi)用 -18-第五章 經(jīng)濟(jì)性分析 -20-一、 靜態(tài)分析 -20-二、 不同電價政策下的運(yùn)行費(fèi)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(xiàng)目實(shí)施的經(jīng)濟(jì)效益，提出了本項(xiàng)目采用熱泵系統(tǒng)進(jìn)行余熱回收的設(shè)想。本項(xiàng)目為住宅供熱項(xiàng)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?xì)忮仩t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(xiàng)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(jì)不低于800-900m3/h，水溫可以達(dá)到25℃此部分工業(yè)余熱熱量較大，熱量可以達(dá)到21000kw。如果利用此部分余熱對住宅項(xiàng)目進(jìn)行供熱，可以負(fù)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(jìn)行熱回收，可以將工業(yè)廢熱變廢為寶，具有很好的經(jīng)濟(jì)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?xì)忮仩t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(yùn)行費(fèi)用也很有優(yōu)勢。雖然系統(tǒng)中燃?xì)忮仩t系統(tǒng)占系統(tǒng)總供熱能力的50%左右，但熱泵系統(tǒng)負(fù)擔(dān)了年總負(fù)荷的比例高達(dá)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?xì)忮仩t系統(tǒng)減少標(biāo)煤消耗5467噸，減少二氧化碳排放14762噸。

項(xiàng)目概況項(xiàng)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(jì)最低回水溫度需求為45度。項(xiàng)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(dá)到800-900m3/h，水溫可以達(dá)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(jì)依據(jù)及原則設(shè)計(jì)依據(jù)甲方的設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范》GB50736-2012；《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006；《高層建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-2001；《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176-93；《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DB11/891-2012；全國民用建筑工程設(shè)計(jì)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(yàn)收規(guī)范》GB50243-2002；《建筑給排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50242－2002；《給排水管道工程施工及驗(yàn)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(jì)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(jì)算用電價暫時按0.6元/kwh計(jì)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(fèi):45元/平米供熱收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)：26元/采暖季/平米（住宅）設(shè)計(jì)原則盡量利用低品位能源，減少運(yùn)行成本供熱系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟(jì)合理性要節(jié)能、環(huán)保，符合綠色生態(tài)建筑要求

設(shè)計(jì)參數(shù)及負(fù)荷室外設(shè)計(jì)參數(shù)冬季室外采暖計(jì)算溫度:-冬季室外空調(diào)計(jì)算溫度:-冬季通風(fēng)空調(diào)計(jì)算溫度:-冬季室外相對計(jì)算濕度:66%室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)夏季：室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度：26℃冬季：室內(nèi)設(shè)計(jì)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(fù)荷本項(xiàng)目空調(diào)冷熱負(fù)荷估算如下:建筑類型熱面積指標(biāo)峰值負(fù)荷使用率負(fù)荷m2w/m2kw%kw住宅100000050500001.0050000公共建筑06001.000合計(jì)100000050000根據(jù)建筑的使用功能，統(tǒng)計(jì)后的采暖期逐月、逐時熱負(fù)荷如下：時段1月2月3月11月12月kwkwkwkwkw139500296252251521725308102385002887521945211753003034250031875242252337533150446500348752650525575362705480003600027360264003744064900036750279302695038220750000375002850027500390008480003600027360264003744094650034875265052557536270104300032250245102365033540114200031500239402310032760124000030000228002200031200133800028500216602090029640143650027375208052007528470153550026625202351952527690163500026250199501925027300173400025500193801870026520183400025500193801870026520193450025875196651897526910203500026250199501925027300213550026625202351952527690223650027375208052007528470233800028500216602090029640244000030000228002200031200最大5000037500285002750039000合計(jì)966000724500550620531300753480采暖季能耗統(tǒng)計(jì)如下：序號月份天數(shù)日耗熱量月耗熱量月天GJGJ11130191357380212312713840883131347810780642282608730305331198261449合計(jì)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(xiàng)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(jì)日冬設(shè)計(jì)日逐時負(fù)荷柱狀圖如下：

電驅(qū)動熱泵+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)項(xiàng)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(jì)合理，需要配置一定容量的輔助熱源即燃?xì)忮仩t。系統(tǒng)流程示意圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)回水溫度為45度，設(shè)計(jì)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?xì)庹{(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?xì)忮仩t加熱至85度供至用戶（最大負(fù)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(jìn)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?xì)忮仩t補(bǔ)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(yáng)程63m1102臺13.527.13熱泵供熱泵流量598m3,揚(yáng)程10m302臺4.79.44燃?xì)忮仩t制熱量13378kw672臺227.4454.95鍋爐供熱泵流量630m3,揚(yáng)程10m302臺4.79.46供熱循環(huán)泵流量294m3,揚(yáng)程35m454臺6.525.97系統(tǒng)補(bǔ)水泵流量20m3,揚(yáng)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(jī)房機(jī)房面積1648m21套582.6582.613熱泵機(jī)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?xì)庀到y(tǒng)燃?xì)饬髁?675m3/h1套294.3294.317稅費(fèi)1套266.118不可預(yù)計(jì)1項(xiàng)400.0217.419開辦費(fèi)1項(xiàng)66.1227.020土地費(fèi)用1項(xiàng)100.0235.321其他費(fèi)用1項(xiàng)133.5226.222合計(jì)9068.323投資指標(biāo)元/m290.7每月典型日供熱負(fù)荷分配策略11月供熱負(fù)荷分配策略時間11月熱泵鍋爐負(fù)荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃?xì)猓↘W）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM312172521725243890000221175211752427800003233752337524723000042557525376251271991672252640025376251271024167115626950253762512715741671767275002537625127212416723882640025376251271024167115925575253762512719916722102365023650247780000112310023100246670000122200022000244450000132090020900242230000142007520075240560000151952519525239450000161925019250238890000171870018700237780000181870018700237780000191897518975238340000201925019250238890000211952519525239450000222007520075240560000232090020900242230000242200022000244450000合計(jì)5313005251564810610161446402688供熱典型日負(fù)荷分配圖見下圖：12月供熱負(fù)荷分配策略時間12月熱泵鍋爐負(fù)荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃?xì)猓↘W）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM31308102537625127543416760923003025376251274654167521333150253762512777741678714362702537625127108941671221537440253762512712064167135263822025376251271284416714397390002537625127136242134152683744025376251271206416713529362702537625127108941671221103354025376251278164167915113276025376251277384167827123120025376251275824167653132964025376251274264167478142847025376251273094167347152769025376251272314167259162730025376251271924167216172652025376251271144167128182652025376251271144167128192691025376251271534167172202730025376251271924167216212769025376251272314167259222847025376251273094167347232964025376251274264167478243120025376251275824167653合計(jì)7534806090244812304514445625167516186供熱典型日負(fù)荷分配圖見下圖：1月供熱負(fù)荷分配策略時間1月熱泵鍋爐負(fù)荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃?xì)猓↘W）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM313950025376251271412421341583238500253762512713124167147034250025376251271712421341919446500253762512721124213423675480002537625127226242134253564900025376251272362421342647750000253762512724624213427598480002537625127226242134253594650025376251272112421342367104300025376251271762421341975114200025376251271662421341863124000025376251271462421341639133800025376251271262416714141436500253762512711124167124615355002537625127101241671134163500025376251279624167107817340002537625127862416796618340002537625127862416796619345002537625127912416710222035000253762512796241671078213550025376251271012416711342236500253762512711124167124623380002537625127126241671414244000025376251271462421341639合計(jì)9660006090244812304535697636241239997供熱典型日負(fù)荷分配圖見下圖：2月供熱負(fù)荷分配策略時間2月熱泵鍋爐負(fù)荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃?xì)猓↘W）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM3129625253762512742491674762288752537625127349916739233187525376251276499167728434875253762512794991671064536000253762512710624167119063675025376251271137416712747375002537625127121241671358836000253762512710624167119093487525376251279499167106410322502537625127687416777011315002537625127612416768612300002537625127462416751813285002537625127312416735014273752537625127199916722415266252537625127124916714016262502537625127874167981725500253762512712416714182550025376251271241671419258752537625127499167562026250253762512787416798212662525376251271249167140222737525376251271999167224232850025376251273124167350243000025376251274624167518合計(jì)7245006090244812304511547624160812938供熱典型日負(fù)荷分配圖見下圖：3月供熱負(fù)荷分配策略時間3月熱泵鍋爐負(fù)荷制熱量開啟數(shù)量功率供熱量開啟數(shù)量功率燃?xì)猓↘W）（KW）（臺）（KW）（KW）（臺）（KW）NM3122515225152454900002219452194524434000032422524225248940000426505253762512711291671265273602537625127198416722262793025376251272554167286728500253762512731241673508273602537625127198416722292650525376251271129167126102451024510249520000112394023940248370000122280022800246060000132166021660243760000142080520805242030000152023520235240880000161995019950240310000171938019380239150000181938019380239150000191966519665239730000201995019950240310000212023520235240880000222080520805242030000232166021660243760000242280022800246060000合計(jì)550620538716481088401190464021334供熱典型日負(fù)荷分配圖見下圖：全年供熱負(fù)荷分配經(jīng)過對全年不同熱源的供熱分配比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，全年的供熱熱源包括電、工業(yè)余熱、燃?xì)猓渲泄I(yè)余熱占有64%的比例，消耗電力比例為18%左右，消耗燃?xì)獗壤秊?8%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?xì)?165946NM36959218.1%余熱245569GJ24556964.0%合計(jì)383753100.0%全年能耗比例餅圖如下圖：運(yùn)行費(fèi)用經(jīng)過對供熱季不同月份的逐時熱泵、水泵、燃?xì)忮仩t的開啟情況進(jìn)行模擬，可以計(jì)算出每個時刻的耗電、燃?xì)庀模瑥亩梢杂?jì)算出本系統(tǒng)供熱季的運(yùn)行費(fèi)用，計(jì)算如下：序號月份天數(shù)日耗電日運(yùn)行費(fèi)用日耗氣月運(yùn)行費(fèi)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(jì)15116621935383753190535442165946245569費(fèi)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(yùn)行費(fèi)用為16.62元/m2，全年熱量單價折算為43元/GJ。

經(jīng)濟(jì)性分析靜態(tài)分析與投資有關(guān)的費(fèi)用包括建設(shè)投資、建設(shè)接口收益。與運(yùn)行費(fèi)用有關(guān)的包括全年能耗費(fèi)用、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。本項(xiàng)目的靜態(tài)經(jīng)濟(jì)分析如下：序號系統(tǒng)形式電熱泵+燃?xì)?投資總投資萬元90682投資指標(biāo)元/平米913運(yùn)行費(fèi)用總能耗費(fèi)用萬元16624年維護(hù)費(fèi)用萬元1815年費(fèi)用萬元18446費(fèi)用指標(biāo)元/平米187凈投資接口費(fèi)萬元4500.08政府補(bǔ)貼(部分)萬元2000.09凈投資萬元256810年收益收費(fèi)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(jì)算出本項(xiàng)目的投資回收期為3.4年左右。備注:其中政府補(bǔ)貼為所申請節(jié)能補(bǔ)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(yùn)行費(fèi)用、投資回收期變化前述方案是按0.6元/kwh對系統(tǒng)進(jìn)行財(cái)務(wù)測算的，如果所能申請到的實(shí)際電價不是這個電價，那在不同電價政策下的運(yùn)行費(fèi)用、靜態(tài)投資回收期變化如下表：不同電價運(yùn)行費(fèi)用投資回收期不同電價元/kwh元/m2年0.19.41.5