可再生能源建筑应用示范项目可行性研究报告

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2024-05-05 00:13 本页面

【正文】 出来，释放到地下去。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省约二分之一的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、～，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。地源热泵技术属于经济利益、社会效益和生态效益显著的社会公益技术。地源热泵冬天从土壤中取热，代替锅炉向建筑物供热；夏天向土壤排热，代替普通空调，给建筑物制冷；没有向大气排尘、排烟、排气等污染问题，是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。地源热泵技术是既开发利用了可再生的新能源——浅层地热源，有显著节能的不可多得的新技术，具有开源、节能和环保的多重效果。被称为二十一世纪的“绿色空调技术”。％。其中，％；建筑用电和其它类型的建筑用能（炊事、照明、家电、生活热水等）折合为电力，总计约为5500亿度/年，占全国社会终端电耗的27％～29％。 建筑使用过程中的能耗主要包括建筑采暖、空调、热水供应等，各部分能耗大体比例为：采暖空调占６５ ％，热水供应占１５％，电气占１４％，炊事占６％。有关数字表明，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，空调高峰负荷可减少8000万千瓦时，约相当于1998到2003年5年新增电力装机容量的总和，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。～6300亿度/年。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，、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。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(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、。 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，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。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，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。根据规范，南宁地区的空调室外计算参数如下：℃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%℃夏季通风室外计算干球温度32℃℃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，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。. 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。 （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2000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＞。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 由于富水土壤可以采用垂直埋管的浅埋技术方案和独特的回填方式，显

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