1、学生公寓地源热泵生活热水及饮用开水系统方案目 录一、项目概况 1二、公司简介 1三、地源热泵热水系统原理 6四、生活热水系统 61、系统方案 62、系统材料设备及投资预算 9五、饮用开水系统 131、系统方案 132、系统材料设备及投资预算 15六、经济性、技术性和环保分析 161、经济性分析 162、技术性分析 183、环保分析 20七、系统投资 201一、项目概况学校秉承以学生为本的理念，努力提升学生生活品质，为避免出现洗澡排“长龙”队伍、学生宿舍楼旁摆“暖瓶阵”以及学生在宿舍使用热得快等大功率电器烧水等现象，拟将价格实惠的生活热水供应到学生公寓的每个宿舍，同时将健康的饮用开水供应到每栋楼
2、的每一层楼集中接水点。综合经济、节能、 环保以及社会效益等因素考虑，校园建设比较适宜安装地源热泵热水系统。学校所在地岩土热物性良好（经地勘报告结果所得结论），3 米以下土壤温度全年约 18，校园建筑密度低，建筑物周围存在足够的场地用于地埋管施工。学校具备良好的地源热泵热水系统实施条件。二、公司简介瑞格能源成立以来，结合中心的科研项目、试验平台和研发优势，依托湖南大学设计院绿色建筑设计研究所和湖南湖大土木建筑工程检测有限公司建筑节能与环境检测室开展业务，为用户提供节能与新能源和绿色建筑的全方位解决方案。公司主营业务包括：a) 建筑能源计量与监管系统；b) 能源审计、节能改造与合同能源管理；c)
3、可再生能源技术研究和咨询、产品开发、工程实施与合同能源管理（包括地源热泵及太阳能）；d) 绿色建筑设计与咨询。2三、地源热泵热水系统原理地源热泵热水系统是一种利用地表浅层地热资源（也称地能，包括土壤、地下水和江、河、湖、海以及城市污 水）等低温位热能的一种高效节能系统。既可用作空调系统，也可单纯的用作热水供应系统。地源热泵可以大地作为热源，蒸发器通过地下埋管换热器不断从土壤低温环境中吸收热量，冷凝器将吸收的热量和消耗的电能传递到待加热睡中，实现 制备热水的目的。土壤一定深度下温度较为恒定，不受外界气温变化的影响，一年四季尤其是寒冷的冬季可以为热泵系统提供较高的蒸发温度。根据热力学原理，若降低冷
4、凝温度或提高蒸发温度，都能提高热泵循环效率，因此地源热泵非常节能，能效比可达到36。地源 热泵除高效节能外，还具有可再生、绿色环保、一机多用、寿命长等优点。地源热泵热水系统主要包括三部分：地下埋管换热器、热泵机组及末端管网。四、生活热水系统1、系统方案（一）系统划分根据公寓楼的布置情况，因地制宜将每栋公寓楼划分为各自热水系统，每栋 楼单独为一个系统，地源热泵生活热水系统图如图 1 所示。3图 1 地源热泵热水系统原理图#01 栋公寓楼有 276 间宿舍，住宿学生 1656 人；#02 和#03 每栋有 236 间宿舍，每栋楼住宿学生 1416 人；#13 有 229 间宿舍，住宿学生 1374
5、 人。 设计热水需求量为每人 50 升/天，学生使用热水系数为0.6，则#10 楼系统热水需求量约为 50 吨/天， #11 和#12 楼每个系统热水需求量约为 42 吨/天，#13 楼系统热水需求量 约为 42 吨/ 天。4 栋公寓楼总共热水需求量为 176 吨。（二）机房地源热泵主机设置系统制热水所需热负荷以最不利工况即冬季自来水温最低值为计算基准，取武汉市冬季自来水温度最低值为 5，热水出水温度为50，则#10 系统所需热负荷为 Q1=50451.163=2617kw，#11、#12 和#13 每个系统所需热负荷为 Q2=42451.163=2198kw.设定每个系统每天运行 16 小时
6、，则#10 系统每小时制热负荷为 2198kw 16164kw，#11、#12 和#13 每个系统每小时制热负荷为 2198kw 16137kw。#10 系 统设计选用两台制热量为82kw 的地源热泵机组， #11、#12 和#13 每个系统设计选用两台制热4量为 69kw 的地源热泵机组，每个系统的机房都 设置在公寓楼屋顶。每个系统都采用循环加热的方式制备热水。(三)室内热水供水管网设计热水供水管网主要用于将热水从机房保温水箱输送至每个宿舍供学生使用，宿舍内热水供水管网如图 2 所示。图 2 室内热水供水管网每栋宿舍的热水供水管网都设计采用上供下回的供回方式，供回水管采用同程连接,保证每个宿
7、舍学生一打开热水阀便有热水。每个宿舍安装一套预付费热水计量系统，学生均需通过自己的校园一卡通按预设的单价购置热水后方可使用，学生用水按流量计费，用多少水收多少费，避免纠纷，（三）地下埋管换热器设计根据公寓楼所在地地质勘探报告，结合同类工程经验数据分析得出该园区 PE 管双 U 型换热器换热量可达 50w/m。为了保证园区热水系统换热的稳定和安全性，地下换热器换热量取 45w/m。#10 设计60m 深的地能井 48 口，#11、#12 和#13 每个系 统设计 60m 深的地能井 40 口。每个系统的地能井都是围绕着学生公寓楼周围的空地或绿化带进行排布，井与井间隔约 4.5m，地能井水平集水管
8、网均采用同程5连接，集水管网埋在地表以下约 1.8m 处以下，工程完成后对地面进行复原。2、系统材料设备及投资预算#01 系统初投资约为 93.3 万元，#02、#03 和#04 三个系统初投资共计 237.7 万元,四个系统初投资约为 331 万元，不含设计费和税金。系统材料设备及投资预算详见表 1 和表 2 所示。表 1 学生公寓楼热水系统安装工程（#01 栋系统报价）序号 项目名称 型号规格 单位 数量材料单价 (元) 安装设备/材料综合价(元)安装/辅机合价一 主要设备 1 地源热泵机组 MSR-J210WLD 台 2 75000 150000 02 保温热水箱 不锈钢 吨 50 15
9、00 75000 03 热水循环泵 TQL65/90-1.1/2 台 2 1250 2500 04 地能泵 TQL65/125-3/2 台 2 1800 3600 05 热水泵 TQL50/100-1.1/2 台 2 1600 3200 06 膨胀水箱 1 立方 台 1 1200 1200 0小计 1+2+3+6 59 235500 0二 机房管道安装系统 1 闸阀 DN40 个 12 52 12 624 1442 过滤器 DN40 个 12 58 12 696 1443 止回阀 DN40 个 12 59 12 708 1444 软接 DN50 个 8 94 16 752 1285 止回阀 D
10、N50 个 4 86 16 344 647 闸阀 DN65 个 23 67 20 1541 4608 软接 DN65 个 4 98 20 392 809 止回阀 DN65 个 2 130 20 260 4010 碟阀 DN80 个 1 252 25 252 2511 过滤器 DN80 个 1 300 25 300 2513 三通阀 DN40 个 12 83 25 996 300614 浮球阀 DN40 个 12 210 25 2520 30015 温度计 0-100 支 12 15 10 180 12016 压力表 0-1.6MPA 个 12 18 10 216 12017 排气阀 DN20
11、个 41 21 15 861 61518 排气阀 DN40 个 1 32 15 32 1519 PPR de40 m 95 22.2 12 2109 114020 PPR de63 m 27 57.6 12 1555.2 32421 PPR de75 m 113 79.6 12 8994.8 135622 PPR de90 m 82 115 12 9430 98423 PPR de110 m 227 175 12 39725 272424 橡塑保温 项 1 4000 1000 4000 100025 吊装费用 项 1 6000 6000 026 工字钢 18# 吨 1.5 5600 500 8
12、400 75027 角钢 50*50*5 吨 0.6 5600 500 3360 30028 安装辅材 项 1 4000 500 4000 500小计 1+2+28 98248 11802三 室内管道安装系统 1 闸阀 de20 个 246 16 10 3936 24602 闸阀 de25 个 41 22 10 902 4103 闸阀 de50 个 41 35 10 1435 4104 PPR de20 m 492 5.2 10 2558.4 49205 PPR de25 m 310 7.9 10 2449 31006 PPR de32 m 153 13.2 12 2019.6 18367 P
13、PR de40 m 150 22.2 12 3330 18008 PPR de50 m 584 33.9 12 19797.6 70089 PPR de63 m 256 57.6 12 14745.6 307210 橡塑保温 项 1 8000 2000 8000 200011 墙壁钻孔 个 287 40 11480 012 防水处理 项 1 4500 4500 013 安装辅材 项 1 5000 5000 0小计 1+2+13 80153.2 27016四 地埋管系统 1 钻孔/下管/回填 130，深度 60m 个 50 5100 255000 02 PE100 25 米 12000 4.2
14、50400 03 PE100 32 米 48 5.6 4.6 268.8 220.84 PE100 40 米 34 8.7 4.6 295.8 156.45 PE100 50 米 101 12.8 4.6 1292.8 464.66 PE100 63 米 125 20.5 4.6 2562.5 5757 PE100 75 米 24 28.5 4.6 684 110.48 PE110 90 米 147 41.7 4.6 6129.9 676.29 管卡 个 480 2 0.5 960 240710 双 U 头 个 32 120 10 3840 32011 电熔套筒 DN25 个 128 14.5
15、 1 1856 12812 管件 项 1 2500 500 2500 50013管沟开挖/回填/平整 项 1 4000 4000 014 沙子 吨 60 80 4800 015 其他辅材 项 1 2000 500 2000 500小计 1+2+.+15 336589.8 3891.4五 电控系统 1 控制柜 台 1 5000 500 5000 5002 发卡充值机 台 1 1500 50 1500 503IC 智能计量水流量表 台 276 400 20 110400 55204 电源线 VV4*6+1*4 m 40 13 1 520 405 控制线 VV4*4 m 126 13 1.2 163
16、8 151.26 线管 DN25 m 170 3.7 0.8 629 136小计 1+2+.+6 133287 6397.2六 合 计（一） +（二）+（三）+（四）+（五） 883778 49106.6七 单套系统造价 （六） 932884.6 表 2 学生公寓楼热水系统安装工程（#02、#03 和#04 栋单独一个系统报价）序号 项目名称 型号规格 单位 数量材料单价 (元) 安装设备/材料综合价(元) 安装/辅机合价一 主要设备 1 地源热泵机组 MSR-J210WLD 台 2 64000 128000 02 保温热水箱 不锈钢 吨 42 1500 63000 03 热水循环泵 TQL6
17、5/90-1.1/2 台 2 11800 23600 04 地能泵 TQL65/125-3/2 台 2 1800 3600 05 热水泵 TQL50/100-1.1/2 台 2 1600 3200 06 膨胀水箱 1 立方 台 1 1200 1200 0小计 1+2+3+6 51 222600 0二 机房管道安装系统 1 闸阀 DN40 个 12 52 12 624 1442 过滤器 DN40 个 12 58 12 696 1443 止回阀 DN40 个 12 59 12 708 14484 软接 DN50 个 8 94 16 752 1285 止回阀 DN50 个 4 86 16 344 6
18、47 闸阀 DN65 个 23 67 20 1541 4608 软接 DN65 个 4 98 20 392 809 止回阀 DN65 个 2 130 20 260 4010 碟阀 DN80 个 1 252 25 252 2511 过滤器 DN80 个 1 300 25 300 2513 三通阀 DN40 个 12 83 25 996 30014 浮球阀 DN40 个 12 210 25 2520 30015 温度计 0-100 支 12 15 10 180 12016 压力表 0-1.6MPA 个 12 18 10 216 12017 排气阀 DN20 个 41 21 15 861 61518
19、 排气阀 DN40 个 1 32 15 32 1519 PPR de40 m 95 22.2 12 2109 114020 PPR de63 m 27 57.6 12 1555.2 32421 PPR de75 m 113 79.6 12 8994.8 135622 PPR de90 m 82 115 12 9430 98423 PPR de110 m 227 175 12 39725 272424 橡塑保温 项 1 4000 1000 4000 100025 吊装费用 项 1 6000 6000 026 工字钢 18# 吨 1.5 5600 500 8400 75027 角钢 50*50*5
20、 吨 0.6 5600 500 3360 30028 安装辅材 项 1 4000 500 4000 500小计 1+2+28 98248 11802三 室内管道安装系统 1 闸阀 de20 个 246 16 10 3936 24602 闸阀 de25 个 41 22 10 902 4103 闸阀 de50 个 41 35 10 1435 4104 PPR de20 m 492 5.2 10 2558.4 49205 PPR de25 m 310 7.9 10 2449 31006 PPR de32 m 153 13.2 12 2019.6 18367 PPR de40 m 150 22.2 1
21、2 3330 18008 PPR de50 m 584 33.9 12 19797.6 70089 PPR de63 m 256 57.6 12 14745.6 307210 橡塑保温 项 1 7000 1800 7000 180011 墙壁钻孔 个 265 40 10600 012 防水处理 项 1 4000 4000 013 安装辅材 项 1 4500 4500 0小计 1+2+13 77273.2 26816四 地埋管系统 1 钻孔/下管/回填 130，深度 60m 个 35 5100 178500 092 PE100 25 米 8400 4.2 35280 03 PE100 32 米
22、48 5.6 4.6 268.8 220.84 PE100 40 米 34 8.7 4.6 295.8 156.45 PE100 50 米 101 12.8 4.6 1292.8 464.66 PE100 63 米 125 20.5 4.6 2562.5 5757 PE100 75 米 24 28.5 4.6 684 110.48 PE110 90 米 147 41.7 4.6 6129.9 676.29 管卡 个 480 2 0.5 960 24010 双 U 头 个 32 120 10 3840 32011 电熔套筒 DN25 个 128 14.5 1 1856 12812 管件 项 1
23、2500 500 2500 50013管沟开挖/回填/平整 项 1 3200 3200 014 沙子 吨 50 80 4000 015 其他辅材 项 1 1800 450 1800 450小计 1+2+.+15 243169.8 3841.4五 电控系统 1 控制柜 台 1 5000 500 5000 5002 发卡充值机 台 1 1500 50 1500 503IC 智能计量水流量表 台 234 400 20 93600 46804 电源线 VV4*6+1*4 m 40 13 1 520 405 控制线 VV4*4 m 126 13 1.2 1638 151.26 线管 DN25 m 170
24、 3.7 0.8 629 136小计 1+2+.+6 102887 5557.2六 合 计（一）+（二）+ （三）+（四）+ （五） 744178 48016.6七 单套系统造价 792194.6 八 三套系统 七 x3 2376583.8 五、饮用开水系统1、系统方案（一）系统划分经过清洁处理后的自来水通过地源热泵系统和食品级板式换热器加热至 50，然后用电辅助加热至 100，地源热泵饮用开水系统图如图 2 所示。10图 2 地源热泵饮用开水系统原理图#01、#02、#03 和#04 四栋学生公寓每栋楼单独设置一个饮用开水系统。用 设计饮用开水需求量为每人 3 升/ 天，每栋楼开水需求量约为
25、 4 吨/天， 4 栋公寓楼总的开水需求量为 16 吨。（二）机房地源热泵主机设置系统制开水所需热负荷以冬季自来水温最低值即 5为计算基准，热泵主机将自来水先烧至 50，则每个系统所需热负荷为 Q=4451.163=209kw。设定每个地源热泵开水系统每天运行 4 小时，则每个系统每小时制热负荷为 209kw 834.8kw。每个开水热泵系统设计选用一台制热量为 35kw 的地源热泵机组，机房都设置在公寓楼屋顶，系统都采用直热式加热的方式制备热水。(三)饮用开水供水管网设计饮用开水供水管网主要用于将开水从机房保温水箱输送至每栋公寓每一层楼的供水点。每栋宿舍的开水供水管网都设计采用上供下回的供回
26、方式，供回水管采用同程连接,保证每层楼的供水点一打开11热水阀便有开水可用。每个开水供应点安装一套预付费热水计量系统，学生均需通过自己的校园一卡通按预设的单价购置热水后方可使用，学生用水按流量计费，用多少水收多少费，避免纠纷。（三）地下埋管换热器设计每个地源热泵开水系统设计 60m 深的地能井 10 口，井与井间隔约 4.5m，地能井水平集水管网均采用同程连 接，集水管网埋在地表以下约 1.8m 处以下，工程完成后对地面进行复原。2、系统材料设备及投资预算每个地源热泵饮用开水系统初投资约为 16 万元，不含设计费和税金，每个系统材料设备及投资预算详见表 3。表 1 学生公寓楼饮用开水系统安装工
27、程序号 项目名称 型号规格 单位 数量单价 (元) 合价( 元)1 地源热泵机组 MSR-J210WLD 台 1 50000 500002 开水保温水箱 不锈钢 吨 4 1600 64003 热水循环泵 TQL32/15-1.1/2 台 2 1000 20004 地能泵 TQL32/15-3/2 台 2 900 18005 热水泵 TQL25/6-1.1/2 台 2 700 14001 钻孔/下管130，深度60m 个 10 5100 510002 PE100 25 米 2400 4.2 100801 控制柜 台 1 4000 40003IC 智能计量水流量表 台 18 400 72004 管
28、材 批 1 15000 150005 管件 批 1 5000 50006 安装费 1 8000 8000六 合 计 161880六、经济性、技术性和环保分析12将目前比较常用的太阳能、空气源和地源热泵三种热水系统进行经济性、技 术性和环保性比较分析。1、经济性分析( ) 计算参数值 表 1 计算参数值水的比热 1 kcal/升 用水量 30（吨/天）平均热水温升 30（ 电热值 860 kca/度电热锅炉热效率 98% 电费 0.8 元/度（二）各种热水系统运行费用比较四栋公寓楼总热水需求设计量为 176 吨，将 176 吨 20的冷水加热至 50即温升为 30,所需热量为 176000 升1
29、kcal/升30=5280000kcal ，则各种 热水系统运行费用如下： 太阳能 +电辅助加热根据武汉市气候条件，采用太阳能+电辅助加热制热水系统，每年至少有 5 个月需用电辅助制备热水，每天制 176 吨热水，则系统每年耗电费：日耗电量为：5280000kcal 860kcal/ 度=6140 度/ 天日耗电费为：6140 度0.8 元/度 =4912 元/天 年耗电费为：4912 元/天30 天5 个月=73.68 万元/ 年。空气源 热泵在武汉地区，空气源热泵机组制热水的年平均能效比为 2.5，冬季约有 60 天需电辅加热器进行加热，则正常情况下空气源热泵机组热13值为(860kcal
30、/度) 热效率(250%) =2150kcal/度 。系统每天制 176 吨热水，则每年耗电费：日耗电量为：5280000kcal2150kcal/ 度=2456 度/ 天日耗电费为：2456 度0.8 元/度=1965 元年耗电费为：196530 天9 个月=53.06 万元冬季电辅电费：176 （50-30）1000/86060=24.56 万元/ 年则年耗电量合计：77.62 万元/年 地源 热泵在武汉地区，地源热泵机组制热水全年平均能效比 4.0 以上，则地源热泵机组热值为(860kcal/度)热效率(400%) =3440kcal/度。系统每天制 176 吨热水，则每年耗电费：日耗电
31、量为：5280000kcal3440kcal/ 度=1535 度/ 天日耗电费为：1535 度0.8 元/度=1228 元年耗电费为：122830 天9 个月=33.16 万元各种 热水系统运行费用与节省费用比较表 2 各种热水系统运行费用比较方 案每年运行费用（万元/年）地源热泵与其他系统运行费用比较太阳能 +电辅助 73.68空气源 热泵 77.62地源 热泵 33.16方案比方案节约 55%；方案比方案 节约 57%；2142、技术性分析地源热泵相比空气源热泵以及太阳能热水系统有以下几个方面的优势：（一）运行成本低空气源热泵是以空气为热源，通过换热器与空气进行热交换。由于其室外换热器受环
32、境气温影响，夏季需热水量比较少时室外气温比较高，而冬季需热水量非常大的时候室外气温缺比较低。而地源热泵以大地为热源和热汇，通过埋入地下的换热器与大地进行冷热交换。地下土壤温度全年基本稳定在 1621，一年四季可以为地源热泵提供相对较高的蒸发温度。根据热力学原理，若降低冷凝温度或者提高蒸发温度都将提高空调机组运行效率从而节约能源。因而土壤源热泵比空气源热泵更高效节能，在制热水工况下，地源热泵比空气源空调节能 44%以上。太阳能热水系统在夜里或阴雨天气不能运行，只能借助电辅助加热才能制备热水。而电辅助加热是直接利用电产生的热量烧制热水，运行费用非常高。（二）不受外界环境影响，运行平稳，寿命长空气源
33、热泵是以空气为热源和热汇，通过换热器与空气进行冷热交换。由于空气温度随季节和昼夜的变化而高低起伏不定，容易致使空气源热泵机组压缩机运行不稳定而损坏，使用寿命不长，一般是58 年。同 样，太阳能会受日照强度和阴雨天气的影响，在夜里或阴雨天气，太阳能需借助电辅助加热才能生产出热水。而地源热泵以大地为热源和热汇，通过埋入地下的换热器与大地进行冷热交换。土壤温度全年基本保持在 18左右，所以地源热泵15不受外界环境温度和天气的影响，一年四季全天候使用，并且运行平稳，使用寿命比较长，一般在 15 年20 年。（三）一机多用地源热泵既可单独制热水又可用于空调系统的制冷或供热。空调制冷时制热水不耗电，运行费
34、用大大降低，对于即制热水又制冷的系统，地源热泵 系统是最好的选择。表 1：地源热泵热水系统与其他热水系统技术特点比较项目类型主要指标 地源热泵 太阳能+辅助加热 空气源热泵环境保护无燃烧污染，水不和制冷剂接触，水没有污染太阳能无污染，但辅助的燃油/燃气污染大气，直接式系统，水有污染有风机，噪声污染比较大运行成本 本身不耗能，只是热泵机组耗电太阳能几乎不耗电，但全年有约 1/3 需要辅助加热，费用较高，维修成本较高只机组、风机工作，耗电量比地源稍高使用寿命 热泵机组 15 年，地下换热器 50 年 集热板容易堵塞，一般 10年后，效率大大降低 15 年左右占地面积机组占地面积小，地下换热器经绿化
35、后恢复后无影响占地面积大，一般要覆盖建筑楼顶所有面积风机进行换热，所以占地面积比较大系统稳定性 地下全年温度稳定，系统稳定 受日照境况影响，不稳定 受环境温度影响，冬、夏差别大生活热水+空调系统可实现制备热水同时可辅助制冷 不可以 不可以综上所述，地源热泵热水系统在各技术指标均占有绝对优势，并且能将开水系统并网使用，达到节约、节能、环保三效合一！3、环保分析本项目地源热泵系统与太阳能加电辅助对比，本项目每年为约6000 名学生供热水，年均日产热水量 176 吨，折算每一年节约用电40.29 万度， 节约电费 32.23 万元；节约标准煤 38.7 吨，减少二氧化碳16排放量 100.6 吨，减
36、少二氧化硫排放量 0.3 吨。本项目地源热泵系统相比空气源热泵系统，折算每一年节约用电 61.78 万度，节约电费49.42 万元；节约标准煤 49.7 吨，减少二氧化碳排放量 129 吨，减少二氧化硫排放量 0.4 吨。综上所述，地源热泵系统节能减排效果非常明显，生态效益十分巨大。综上所述，以上三种方案比较，地源热泵制热水系统是最节能、最环保、具有最好的综合经济效益，是制热水和开水的最佳方案七、系统投资该热水系统采用合同能源管理的模式，由瑞格能源科技有限公司（简称瑞格）进行初期投资，双方共同管理运行的模式进行。后期的运行水电费和维修维护费用也由湖大瑞格承担。既可节省学校建设经费，学校和学生将
37、获得直接的收益，又可保证地源热泵系统和开水系统高效率运行及良好的售后服务。投资方的收益主要来自学生消费热水所缴纳的费用，考虑到学生群体的特殊情况，公司将尽可能的降低每吨热水单价，让利给学生，让学生在缴纳较低费用的同时，在生活中能享受到学校提供的便利。根据初投资和年运行费用，该套系统热水收费初步拟定为 40 元吨，开水在 80 元/吨左右。学生使用费用与各大高校相比有绝对优势，洗澡平均在 2 元左右，开水每瓶 2 角左右（注：合同期限内热水单价和开水单价需要随着水费和电费的调整而做相应调整） ，折算成为：学生洗澡花费 2 元（按学生一般洗澡 10 分钟，每分钟水龙头出水量为 5 升水计） ，宿舍热水消耗量通过我方安装在宿舍内的预付费热水表计量，学生可通过校园一卡通预购水量，按流量收取费用，用完自动关阀，实行先购水后使用，用多少热水收多少费。
