高校冷暖热水.doc

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中能服（北京）节能投资有限公司

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北京 海淀 西直门外大街168号腾达大厦609室
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中能服（北京）节能投资有限公司

目 录
1． 公司介绍 2
1.1 公司简介 2
1.2 公司业务范围 3
1.3 合同能源管理简介 3
2． 地源热泵产品介绍 4
2.1 地源热泵简介 4
2.2地源热泵的特点 5
2.3地源热泵系统经济效益 6
2.4 地源热泵系统社会效益 7
3、地源热泵案例介绍——牛栏山一中采暖制冷热水 8
3.1项目概况 8
3.2建设内容 8
3.3技术方案 8
4. 太阳能热水EMC模式 11
4.1项目背景 11
4.2 高校热水使用数据 12
4.3 设计要求 12
4.4 投资模式 12
4.5 效益分析 13
5． 合作模式介绍 13
5.1合同能源管理模式（节能效益分享模式） 13
5.2建设工程承包模式（传统工程模式） 13

1． 公司介绍
1.1 公司简介
中能服（北京）节能投资有限公司（原北京盛世德联节能技术服务有限公司），是响应国家关于鼓励节能服务产业发展的号召而成立的专业从事合同能源管理的节能服务公司，是国家发改委、财政部“节能服务公司”备案企业。公司注册于中关村高科技产业园区。
中能服公司主营业务包括能源审计、节能咨询及培训、节能规划、节能投资和运营管理、能效管理平台等。公司业务范围定位于建筑节能、工业节能领域，包括供热系统、空调系统和热水系统改造以及余热回收集中供暖技术、余热发电技术的运用。
公司与国内外多家优秀节能设备供应商和研究机构达成战略合作，能为客户提供最科学合理的整体节能改造方案。公司是清华大学能源规划设计研究所节能服务战略合作伙伴，拥有基于吸收式换热的热电联产余热回收——集中供热新技术，专业提供高效热电联产集中供热整套解决方案。公司的管理团队出自清华大学等著名高校，主要成员均有多年的节能产业从业经验。
中能服公司的业务模式以合同能源管理为主，主推节能收益分享型和节能费用托管型合同管理模式，同时提供能源咨询、诊断、培训、审计服务，并承接相关领域的节能改造工程项目。
责任成就未来，专业打造品质。中能服致力于打造中国能源服务的大平台，为用能单位和节能服务公司搭建合作平台，提供专业服务。中能服将充分发挥在技术和市场方面的优势，为我国的节能环保事业做出积极的贡献。
1.2 公司业务范围

1.3 合同能源管理简介
合同能源管理（在国外简称EPC，在国内广泛地被称为EMC），是70年代在西方发达国家开始发展起来一种基于市场运作的全新的节能新机制。合同能源管理不是推销产品或技术，而是推销一种减少能源成本的财务管理方法。EMC公司的经营机制是一种节能投资服务管理；客户见到节能效益后，EMC公司才与客户一起共同分享节能成果，取得双嬴的效果。
合同能源管理可以分为节能效益分享型、能源费用托管型、节能效益支付型、节能量保证型等。中能服公司主推的合同能源管理模式主要是节能效益分享型和能源费用托管型。
（1）节能效益分享型
节能改造工程前期投入由节能公司支付，客户无需投入资金。项目完成后，客户在一定的合同期内，按比例与公司分享由项目产生的节能效益。具体节能项目的投资额不同节能效益分配比例和节能项目实施合同年度将有所有不同。
注：此类型是国家《合同能源管理财政奖励资金管理暂行办法》规定中财政支持对象。
（2）能源费用托管型
合同能源管理公司进行改造投资，在合同期内负责项目运行和管理；客户支付运行服务费用；合同期满免费移交设备所有权。
2． 地源热泵产品介绍
2.1 地源热泵简介
热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位热，经过电力做功，输出可被人们所用的高品位热的设备，是一种节能、环保、清洁的采暖和热水设备，热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。
地源热泵技术是利用土壤温度相对稳定（10℃ -19℃）的特性，通过输入少量的高品位能源（如电能），运用土壤与建筑物内部进行热量的交换，实现低品位热能向高品位转移的冷暖两用空调系统，无需冷凝装置（冷却塔）以及锅炉。由于拥有良好的土壤作为热源（热汇），机组在运行过程中效率更高，因而能够实现节能，其耗电量仅为普通中央空调的30%—50%。

a) 供冷工况 b)供热工况
在供冷状态下，通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。
在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。
按照不同的埋管方式可以分为水平埋管地源热泵系统、竖直埋管与螺旋管式地源热泵系统。

水平埋管：水平埋管地源热泵系统：打井少，施工地表面积打，土方量大。
垂直埋管：在建筑物周围空地、绿化、道路、或建筑物下面钻孔，施工地表面积小，节能效果佳，目前大多采用这种方式，本方案采用此形式。

螺旋埋管：效率比较高，但是施工比较复杂。
2.2地源热泵的特点
（1）利用可再生能源，环保无污染
地源热泵利用的地球表面浅层地热能不受地域、气候条件的限制，是一种无限的可再生能源。地源热泵热水器采用电能和土壤热能，运行过程没有任何废气排放，可有效避免使用油﹑煤﹑燃气等矿物燃料所造成的环境污染，完全符合节能、环保的产业发展政策。
（2）机组性能系数高，可实现节能、节资
地源热泵的热源（热汇）温度恒定，换热器效率高。尽管初投资比较高，但由于运行维护费用低，仍然可以达到省电节资的目的。与空气源热泵相比，不存在冬季除霜的问题。
（3）一机多用
地源热泵系统可供暖和制冷，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2套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。
（4）运行稳定可靠
正是由于地层温度一年四季相对稳定，其温度的变化远远小于气温的波动，是很好的冷热源，因此，使得系统运行更加可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
（5）舒适程度高
由于热泵系统的供冷、供热更为平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值。这种系统更容易适应供冷、供热负荷的分区。
（6）适应性强、适用范围广
在地质条件允许的情况下，由于机组不存在除霜问题，因此不受冬季气温的限制，可以在北方使用。地源热泵可采用模块组合方式进行任意组合,以适应不同用户之需要。
2.3地源热泵系统经济效益
热泵是一种节能设备，但节能性能的优劣需要有评价的指标。热泵机组的效率在供暖模式通过COP来表示，在制冷模式下用能量效率比（EER）来表示，它是输出能量与输入能量（电能）之比，目前的水源、地源热泵基本在3和6之间变化。这样COP为4意味着输入每个单位的电能可以产生4个单位的热能。具体的计算公式如下：

由此可见，使用地源热泵大大节省了高位能源的利用，节能潜力巨大。
地源热泵除了具有节能外，更重要的是它与传统的几种供暖方式相比还表现出潜在的经济效益。根据北京现有实际热泵工程（包括地下钻井施工、热泵机组、建筑物供暖管网、末端散热器等）测算，水源热泵系统初投资为300~400元/ m2；土壤源热泵系统初投资约为350~450元/ m2，初投资比目前常规（仅用于采暖）的燃煤锅炉房供暖系统高出1~3倍，比热电联产集中供热系统高出34%~150%。这种比较均未计算传统供热方式输送基础设施投资，也未量化计算地源热泵系统除供暖外，还能制冷，提供新风、生活热水带来的成本节约。根据北京市统计信息咨询中心对采用地源热泵系统的11个项目的运行费用分析报告，在供暖、供冷、供热水、新风的情况下，单位面积费用支出从9.48~28.85元不等，其中63%的项目低于燃煤集中供热的采暖价格，全部被调查项目均低于燃油、燃气和电锅炉供暖价格。
2.4 地源热泵系统社会效益
地源热泵除了具有节能与经济效益外，还具有良好的社会环保效益。根据调查，热泵与燃油锅炉相比，在向空调用户供应相同热量的情况下，可以节约40%的一次能源，CO2的排放量约可减少68%，SO2排放量约可减少93%，NO2排放量约可减少73%，这可以大大改善城市大气污染问题。同时，对城市内的排热量约可减少77%，又可以大大缓解城市热岛现象。

3、地源热泵案例介绍——牛栏山一中采暖制冷热水
3.1项目概况
(1) 项目名称：北京市顺义牛栏山第一中学地源热泵中央空调工程
(2) 建设单位：北京市顺义牛栏山第一中学
(3) 建设地点：北京市顺义区牛栏山镇
(4) 建设内容：改造现有燃煤锅炉供暖系统为地源热泵系统，为校内建筑物提供冬季供暖及夏季制冷。
(5) 建设规模：为校内建筑面积7万平方米的房屋建筑物供暖及制冷。其中现有建筑面积5万平方米，拟建体育馆等建筑面积2万平方米。
(6) 设计要求：
采暖方式：地源热泵+锅炉；末端：风机盘管
制冷方式：地源热泵+离心式机组
热水方式：夏季：空调余热+冬季：热泵+太阳能+锅炉
3.2建设内容
本项目总供暖建筑面积7万平方米，7万平米冷暖需求+2800人的生活热水。
3.3技术方案
3.3.1 冷、热负荷及热水负荷估算
顺义地区冬季气温低、气候严寒，夏季气温不高，气候凉爽。且本项目以供暖系统改造为主要目的，因此，地源热泵系统设计以首要满足建筑物供暖为主，兼顾制冷。据此，并结合校内建筑物功能特点，按现行国家规范和技术措施，估算建筑物采暖平均热负荷如下：
单位建筑面积冬季采暖平均热负荷:70W/平方米；
单位建筑面积夏季制冷平均冷负荷:110W/平方米；
考虑到教室、宿舍不会同时使用，总冷热负荷不会同时达到最大负荷。校内所有建筑物（共7万平方米，含拟建建筑）总供暖热负荷为：4900KW。选用60%供暖负荷作为地源热泵的设计基准。总供冷负荷为7700KW，按照供暖负荷的60%设计，单纯的地源热泵系统无法满足供冷负荷的需求，在夏季的极热天气情况下，需要启动离心式机组作为冷负荷补充，考虑到学校在夏季最热时节时处于放假期间，离心式机组使用的时间不会太长。
建筑物具体数据见下表：
序号
建筑名称
建筑面积（平方米）
备注
1
XX宫
1341

2
小灰楼
630

3
女生宿舍楼1
1914

4
女生宿舍楼2
2084

5
家属楼1
2426

6
教学楼
3838

7
实验楼
2771

8
办公楼
2215

9
宿办楼
2162

10
阶梯教室
598

11
家属楼2
3454

12
艺术楼
1981

13
科技楼
5055

14
操场看台
1164

15
锅炉房
680

16
食堂
5400

17
甲号宿舍楼
6115

18
乙号宿舍楼
6115

19
丙号宿舍楼
12000
待建
20
体育馆
8000
待建

合计
69943

3.3.2技术方案
技术方案总述：按集中式中央空调系统设计，整个校区作为一个大系统。地源部分采用地埋管结合水源井方式，在校区内操场西侧及东侧空地集中打孔、凿井，总管引入能源站（热泵机房）；能源站利用现有燃煤锅炉房改造；室内末端系统改成风机盘管系统；能源站与各楼室内末端以外线相连。
(1) 地源部分
地源部分分为地埋管，承担约60%的热负荷，50%冷负荷。
² 地埋管
根据前文所述，项目区域第四系厚度较浅（约100米），第四系以下为第三系砂岩。第四系地层平均温度约14℃，可采取垂直埋管方式，每个换热孔中安装 “双U”型管，管径为DN25。根据地层换热能力，本方案按每延长米管壁换热量为70瓦/米估算。地源热泵系统需要打孔420个。
牛栏山一中校内运动场东西两侧各有一块空地，总面积约15000平方米。可用于埋管。根据已有地质资料，换热孔可设计为单孔深度100m，孔径200mm。换热孔间距5米，在上述空地均匀布孔。可布孔250个。
地下换热器为专用的成套地下换热管道及管件，管材为进口高密度聚丙烯，不但具有良好的耐腐蚀性，使用寿命可达50年以上，易弯曲，变形中无脆性、不反弹；管内壁平滑，不结垢，管内流体阻力小等特点，而且导热系数大，换热性能强。
每6或8个孔作为一个并联换热单元，在检查井内汇合后联入到机房的热源侧分集水器上。每个并联工作单元加装平衡阀，以便在不同的负荷条件下进行调节。换热管与管接头采用热熔连接， “双U”形管入孔时每5米加一道固定套环，使进出水管之间保持固定间距。入孔前先试压。入孔时应避免碰撞，换热管孔中回填填料为中粗砂及膨润土，回填前应再次对换热管回路进行压力检测。
管孔的分组及水平汇总管的布置待施工设计时结合现场情况详细设计，设计时需重点考虑系统水力平衡问题。
² 离心式机组及锅炉
离心式机组需要提供总冷负荷的50%；锅炉按照极端天气情况下满足总热负荷的60%设计选型。
（2） 热泵机房设备选型
热泵机房利用现状燃煤锅炉房改造而成，不再单独新建热泵机房，现状燃煤锅炉房680平方米。热泵机房所需建筑面积约400平方米。燃煤锅炉内原有2台6吨燃煤锅炉拆除，1台1吨蒸汽锅炉保留，仍为食堂及浴室提供蒸汽及洗澡热水。
如前所述，本方案设计以保障冬季供暖为设计原则。因此，根据建筑物供暖热负荷选取热泵机组。（略）
机房内另设全自动水处理器、定压补水设备、软水设备、板式换热器、分集水器、地源循环泵、用户侧循环泵及电气控制柜、自动控制等配套设备。
（3）外线部分
热泵机房至各建筑物之间的外线管道采用直埋保温管，埋深不低于-1.5米。由于建筑物较为分散，外线距离较远（总管长约3500米），系统容易水力失衡，所以各外线支路均须在分水器出口处加装平衡阀。在外线主干管上为拟建体育馆及丙号宿舍楼预留支路接口。
（4）室内末端部分
将原有建筑物室内暖气片系统拆除，重新安装风机盘管系统。风机盘管立式明装。每个空调房间安装三速开关，独立控制。风盘配电系统明装。拟建体育馆及丙号宿舍楼施工设计时室内末端系统按风机盘管系统考虑。
（5）运行工况描述
冬季，机组处于制热状态，将用户侧供暖回水由50℃加热至风机盘管供水要求温度55℃。源侧则通过地埋管中的水-乙二淳循环液提取土壤中的热量补充到用户侧，两侧水系统独立循环。此时热泵的COP值在4.3左右。
夏季，机组处于制冷状态，将用户侧空调回水由12℃冷却至风机盘管供水要求温度7℃。源侧则通过地埋管中的循环水将用户侧排放的热量释放到土壤中去，两侧水系统独立循环。此时热泵的COP值在5.3左右。
冬夏工况的转换利用机房内管道上阀门组实现。
3.3.3电力增容
考虑到设备用电情况，需要确认电力容量情况。热泵机房计划实现单独供电，并加装峰谷电表。
4. 太阳能热水EMC模式
4.1项目背景
某高校，3万人，其中男生2万，女生1万。
4.2 高校热水使用数据
根据对国内大学用水状况的实地调研，热水使用基本状况如下：
平均每天用水人数为5700人次，
热水计量为0.2元/分钟，
平均男生每次洗浴约1.21元钱左右，
女生每次洗浴约1.53元，
喷头流量约为6升/分钟，男女平均每人用水量约为40升。
每天需热水量在228吨左右。
4.3 设计要求
设计用太阳能系统加热，温度不足的情况下采用高温蒸汽补充。
安装228吨热水太阳能热水系统，需要太阳能集热面积约3192平米，楼顶面积受限，最多只能安装750平米的集热面积，晴好天气产能水量为53吨左右。
采用高温蒸汽作为辅助能源，以降低运行成本。

4.4 投资模式
EMC节能受益分享模式。
由中能服公司出资进行设备改造，合同期9年，合同期内按照约定比例（前4年9:1，后5年8:2）分享节能收益，运营费用和运营成本由中能服公司承担，合同期满后热水系统所有权免费移交给学校。
4.5 效益分析

5． 合作模式介绍
5.1合同能源管理模式（节能效益分享模式）
由中能服公司做为投资方，与学校签冷暖热水合同能源管理合同。中能服负责方案设计、设备选型、投资运营等工作，在合同期内双方根据约定的比例分享节能效益。合同期满后，所有节能设备所有权免费移交给学校。
根据具体测算，确定具体的合同期限和节能效益分成比例。一般情况下，双方分成比例在合同期内的变化规律为投资方逐年减少、电厂逐年增加。
推荐理由：学校无需任何投资，避免了技术和资金风险，改善学校现金流，减少管理运营成本。
5.2建设工程承包模式（传统工程模式）
中能服公司作为设计、施工总承包，与学校签订建设工程总承包合同，前期投资由学校出资，后期收益全部归学校。

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