移動學院工程建筑熱源方案分析

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摘要：本文基于移動學院三期工程對建筑熱源使用需求，結合工程所在地的區域特點，對各類建筑熱源方案就政策要求、環境影響、技術性能、實施條件，建設投資進行綜合性評價，優選了利用剩余地熱+電蓄熱鍋爐輔助的多熱源聯合供熱系統方案作為工程建筑熱源方案，實現了學院三期工程建筑熱源的節能、綠色、環保使用。

關鍵詞：建筑熱源；地熱

1研究背景

1.1建筑熱源簡述

為改善國民經濟發展造成的資源消耗和環境惡化，通過建筑節能降低能源消耗已成為建筑行業的共識。建筑熱源是建筑物消耗能源的重要組成部分，在我國北方地區建筑熱源能耗約占建筑物總能耗的一半以上，建筑熱源的利用形式直接決定了建筑的能耗特點及對環境的影響情況，擇優選擇節能、綠色、環保的建筑熱源將有利于實現建筑節能的總體要求。建筑熱源方案選擇首先應滿足技術適用性，首先應符合國家對節能、環保的政策要求，還需因地制宜的兼顧項目區域能源供應條件和能源技術的適用性、可實施性，以保證項目實施、使用的便利性和運營安全。其次宜盡量采用建設、運營投資較低的利用方案。

1.2工程概況及設計熱負荷

移動學院位于北京昌平小湯山鎮，所在區域地熱資源豐富，為熱田核心區域，已投入使用的既有建筑熱源全部由地熱水提供。三期工程總建筑面積約4萬平方米，建筑使用性質包含綜合教研樓、學員宿舍等。根據地域溫濕度歷史數據，結合建筑布局及使用功能，工程設計總熱負荷為3682kW。

2移動學院三期工程建筑熱源技術適用性分析

建筑熱源的利用形式直接決定了建筑的能耗特點及對外部環境的影響，為保障工程對建筑熱源的需求，以實現節能、綠色、環保的建筑熱源的選用，基于工程項目特點、區域環境特征，針對六種具有代表性的熱源方案就政策要求、環境影響、技術性能及實施條件進行了技術適用性評價分析。

2.1地源熱泵

地源熱泵系統利用地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力，實現低熱能轉移。冬季把熱量從地下土壤中轉移到建筑物內，夏季把地下的冷量轉移到建筑物內，一個年度形成一個冷熱循環，實現冬季供熱夏季制冷的高效節能系統。適用性分析如下：政策要求：政策扶持，推廣發展。北京地區作為可再生能源示范城市，采用地源熱泵可申請建設部和地方財政補貼。環境影響：當地地下水位高，上層土質主要為粘性土壤，并與各層蓄水結構沿垂直方向形成交替分布狀況。按照地埋管埋深100m~120m的要求，易造成地下50m的淺層水以下蓄水層及水源污染風險。技術性能及實施條件：當地地處地下熱田中央，地下100m處土壤溫度常年為30℃以上，導致夏季制冷條件惡劣，且地埋管使用壽命縮短，無法滿足20年經濟使用期。經分析，地源熱泵雖屬經濟高效的可再生能源，并獲得國家和地方政策支持，但因項目所在區域地下溫度高，系統運行壽命嚴重降低，土壤結構易造成地下水源環境污染，可實施性及技術適宜性較差，不適用于本工程。

2.2電鍋爐

電鍋爐也稱電加熱鍋爐，是由電力能源轉化成為熱能，經過鍋爐轉換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體的鍋爐設備。電力部門鼓勵蓄熱式電鍋爐在夜間低谷時段用電力加熱，并享受優惠電價。適用性分析如下：政策要求：限制作為主供熱源連續運行，允許夜間蓄熱作為輔助熱源。北京地區由于電力資源供應緊張，基于節能減排考慮，行政主管部門允許在夜間用電低谷時段享受優惠電價使用電蓄熱鍋爐作為建筑輔助熱源。環境影響：輸入能源為電能，對使用地點環境無污染。技術性能及實施條件：電鍋爐作為主供熱源電力缺口大，輔助供熱用電容量有保障。按照配置常壓蓄熱電熱水鍋爐2臺，每臺額定熱功率為840kW測算，平均小時可提供熱量為700kW~1400kW。經分析，受北京市用電政策及供電容量限制，電鍋爐供熱不能作為工程的主用建筑熱源，可作為輔助熱源滿足部分需求。

2.3太陽能

太陽能供熱系統是利用太陽能集熱器收集太陽能以滿足建筑熱能需求的系統，包括太陽能集熱器、貯水箱、連接管道、控制系統和輔助能源。適用性分析如下：政策要求：鼓勵新建項目采用太陽能供熱系統，北京市已將建設項目應用太陽能熱水系統納入地方標準。環境影響：利用了可再生的自然資源，具有建筑節能減排示范意義。技術性能及實施條件：結合工程建筑及屋面設計布局，屋頂可安裝集熱器面積約600m2，總制熱量為756kW。經分析，由于可利用場地小，太陽能供熱不能作為工程的主用建筑熱源，可作為輔助熱源滿足部分需求。

2.4污水源

污水源系統可同時提供建筑冷熱源，其主要工作原理是借助污水源熱泵壓縮機系統，消耗少量電能，在冬季把存于污水中的低位熱能“提取”出來，為用戶供熱，夏季則把室內的熱量“提取”出來，釋放到污水中，從而降低室溫，達到制冷的效果。適用性分析如下：國家政策：采用污水源技術能夠提高能源高效率的使用并減少資源浪費，實現資源循環利用，變廢為寶，符合國家發展循環經濟、節能減排方針政策。環境影響：沒有廢物排放，真正實現零污染，環境效益顯著，對建設節能建筑具有較大的示范意義。技術性能及實施條件：測算最大日生活污水排放量為600m3/d，日生活污水排放量為420m3/d，平均每小時污水量為17.5m3/h，冬季總制熱量僅為180kW。經分析，污水源雖然符合發展循環經濟政策要求，節能減排示范意義較為顯著，但總制熱量較小，不適用于本工程。

2.5天然氣

天然氣直燃機通過天然氣直接在溴化鋰吸收式機組的高壓發生器中燃燒產生高溫火焰作為熱源，利用吸收式制冷循環的原理，制取冷熱水，供夏季制冷和冬季采暖使用。適用性分析如下：政策要求：天然氣直燃機用氣價格優惠。環境影響：減少電能消耗，對城市能源季節性的平衡起到一定的積極作用，對大氣污染相對較小。技術性能及實施條件：冬季建筑熱源可由天然氣直燃機直接供熱，夏季建筑冷源可由直燃機通過能源交換供冷方式提供。建筑熱源穩定性較好。經分析，由于天然氣提供的建筑熱源穩定性較好，且供暖量可全部滿足建筑熱量需求，天然氣直燃機供熱方案可作為工程的主用熱源。

2.6地熱水

地熱水供熱是指利用地熱開采井提供的地下熱水資源，通過儲水箱及加壓泵增壓、過濾后，作為建筑熱源滿足建筑熱量使用需求。適用性分析如下：政策要求：小湯山地熱田中心地區為嚴格控采區，區內原則上不再增大開采量。環境影響：地熱開采井出水作為建筑熱源使用后，通過回灌井100%反饋至地熱回水層，有利于保護區域的地熱水資源長期利用，對環境無污染。技術性能及實施條件：新建地熱開采井政策不支持，現有富裕地熱水滿足部分建筑熱量需求，學院現有地熱井最大開采量約72t/h，出水溫度約62°，使用情況較為穩定，經測算在極寒天氣情況下可富裕地熱水35t噸/h，可提供總制熱量約2400kW。經分析，地熱水供熱熱源穩定，對環境無污染，雖然政策不支持新建地熱開采井，但現有剩余地熱水可滿足大部分建筑熱量需求，利用現有剩余地熱水可作為工程的建筑主用熱源，熱量不足部分可由輔助熱源補充形成多熱源聯合供熱系統。

2.7技術適用性方案選擇

經技術適用性評價，得出結論為：地源熱泵供熱方案、污水源方案不適宜在本工程應用；電鍋爐供熱方案、太陽能供熱方案可作為輔助熱源應用；天然氣直燃機供熱方案可作為單一主用熱源應用并滿足全部用熱需求；地熱水供熱方案可利用剩余地熱作為主用熱源，熱量不足部分約1282kW可由電鍋爐供熱方案提供的熱量補充，組成多熱源聯合供熱系統滿足全部用熱需求。

3移動學院三期工程建筑熱源方案經濟指標優選

經分析，天然氣直燃機單一熱源供熱，利用剩余地熱+電蓄熱鍋爐輔助的多熱源聯合供熱系統兩個供熱方案可滿足需求且技術可行。就兩個熱源方案的經濟指標進行對比，選取建設、運營投資較低的方案作為建筑熱源最優方案。

3.1熱源方案經濟指標對比

經測算，天然氣直燃機單一熱源供熱方案建設工程費用約1400萬元，年運營費用約89萬元，以20年為周期的全壽命周期成本為3180萬元。利用剩余地熱+電蓄熱鍋爐輔助的多熱源聯合供熱系統方案建設工程費用約930萬元，年運營費用約81萬元，以20年為周期的全壽命周期成本為2550萬。

3.2熱源方案優選

經全壽命周期成本經濟指標對比，確定全壽命周期建設、運營成本較低的利用剩余地熱+電蓄熱鍋爐輔助的多熱源聯合供熱系統方案作為工程建筑熱源最優方案。

4結束語

通過政策要求、環境影響、技術性能及實施條件開展技術適用性初評，通過全壽命周期成本開展經濟合理性評價優選的評價體系，不僅有效解決了本工程建筑熱源方案的選擇，也可有效應用于類似項目，具有推廣借鑒意義。利用剩余地熱作為工程的建筑主用熱源，充分利用了可持續再生的天然地下熱源，最大限度減少礦物性資源消耗，節省運行費用，貫徹和踐行了綠色環保理念。建議擇機對既有建筑系統進行節能改造挖潛，例如：更換使用壽命到期的板式換熱器、更換衛生熱水水箱的保溫、改善管道的保溫、將衛生熱水系統改造成同程系統等。降低建筑熱源總需求量，提高地熱水使用和轉換效率，提高空調、采暖系統熱利用率。

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作者：白睿祖 單位：中國移動通信有限公司信息港中心