Proyecto de renovación de equipos de calefacción y refrigeración con bomba de calor geotérmica en el distrito de Changping, Beijing

1. Introducción del proyecto

El sitio del proyecto está ubicado en el sur del distrito de Changping, Beijing. El área total de construcción existente es de 10.000 m2, incluida el área total de construcción de oficinas. , restaurantes, habitaciones de huéspedes y otros edificios auxiliares. 8400 m2, el área de dormitorios temporales es de aproximadamente 1600 m2, los edificios están dispersos y tienen diversas funciones. El número más alto de pisos del edificio es de tres. Originalmente, las calderas de gasóleo se utilizaban para calefacción y los aires acondicionados tipo split para refrigeración. Dado que las calderas de gasóleo han llegado al final de su vida útil, es necesario actualizarlas.

Después de un estudio hidrogeológico preliminar, el sitio del proyecto está ubicado en la parte inferior del pequeño abanico aluvial formado por el río Dongsha, un afluente aguas arriba del río Wenyu. Los estratos son principalmente arcillosos y de arena pegajosa. la litología del acuífero es principalmente arena medianamente gruesa, el espesor no supera los 15 m, la riqueza hídrica es pobre, la producción de agua de un solo pozo es de aproximadamente 500 m3/d y el volumen de recarga generalmente es de solo el 30 del bombeado. volumen de agua. Por lo tanto, las condiciones hidrogeológicas locales no son adecuadas para el uso de la tecnología de bomba de calor de fuente subterránea de agua subterránea. Debido al gran espacio verde y el área de la carretera del sitio del proyecto, el departamento de estudios geológicos recomienda el uso de bomba de calor de fuente subterránea de tubería subterránea. Tecnología para conseguir calefacción en invierno y suministro de agua fría en verano.

Según los planos de diseño de ingeniería proporcionados por China Construction Technology Group Co., Ltd., la carga de calefacción del sistema de aire acondicionado es de 618 kW y la carga de refrigeración es de 773 kW.

La construcción del proyecto comenzó en agosto de 2005 y se completó oficialmente en noviembre del mismo año. La inversión total en el proyecto fue de aproximadamente 4,4 millones de yuanes. Los principales equipos del proyecto se muestran en la Tabla 6-1, la tabla estadística de los principales equipos del proyecto. Cabe señalar que dado que el consumo de energía del motor principal y la bomba de circulación se miden por separado, sienta las bases para el análisis económico del proyecto.

Tabla 6-1 Tabla estadística de los equipos principales del proyecto

En el proyecto se construyeron un total de 183 orificios para tuberías enterradas a 100 m de profundidad. Después de instalar tuberías individuales en U y PE, Todos los pozos se rellenan con arena medianamente gruesa y los cabezales horizontales son tuberías de PE de φ50 con una profundidad de entierro de menos de 1,5 m. Están divididas en 33 líneas y están conectadas al tanque de agua derivado en la sala de máquinas. Todos los orificios de perforación están dispuestos debajo de la superficie del espacio verde y del estacionamiento del sitio. Consulte el diagrama de distribución de los orificios para tuberías subterráneas en el sitio 6-1.

Figura 6-1 Distribución de orificios de tuberías subterráneas en el sitio

2 Características típicas y representatividad del proyecto seleccionado

Las características típicas del proyecto son. Además, la razón por la que se seleccionó el proyecto es que tiene las siguientes cinco características:

1) Proyecto de calefacción y refrigeración independiente

Este proyecto es un proyecto de calefacción y refrigeración independiente sin cualquier fuente auxiliar de enfriamiento o calor (como almacenamiento de hielo, torres de enfriamiento y calefacción eléctrica, etc.) para facilitar el análisis de la economía de los proyectos de bombas de calor geotérmicas.

2) Proyecto de renovación

Este proyecto es un proyecto de renovación. El método de calefacción original es una caldera de gasoil para calefacción y el método de refrigeración es aire acondicionado dividido. Por lo tanto, la comparación económica de los planos se puede realizar directamente después de ejecutar el proyecto.

3) La selección del programa es razonable, el diseño general es razonable y la dificultad de construcción es moderada.

El proyecto utiliza tecnología de bomba de calor de fuente terrestre de tubería subterránea que es consistente con la tecnología local; condiciones hidrogeológicas; el diseño general del proyecto es proporcionado por China Construction Technology Group Co., Ltd. completó el proyecto y el plan de diseño es razonable antes del inicio del proyecto, el Instituto de Estudios de Ingeniería Geológica de Beijing realizó estudios preliminares y pruebas de perforación; , y la dificultad de construcción fue moderada.

4) Una vez ejecutado el proyecto, todos los registros de seguimiento están completos

La gestión interna del propietario del proyecto es seria y responsable, y todos los datos importantes se supervisan por completo y se registran en detalle, lo que Es propicio para el análisis técnico y económico.

5) Las funciones y el uso del proyecto son moderados

Los edificios del proyecto son principalmente oficinas, residencias, hoteles, etc., que son edificios ordinarios, diferentes a lugares, piscinas, invernaderos, etc., y su uso El nivel es las 24 horas del día durante la temporada de calefacción, lo que es diferente de las unidades de calefacción intermitentes como las escuelas.

Debido a que este proyecto tiene las características anteriores, es representativo hasta cierto punto entre muchos proyectos construidos. Por lo tanto, los resultados del análisis económico reflejarán objetivamente la economía del proyecto construido.

3. Evaluación económica del proyecto

La evaluación económica del proyecto se basa en el "Aviso de la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma y el Ministerio de la Construcción sobre la Emisión de la Evaluación Económica". Se aplica "Métodos y parámetros de los proyectos de construcción" (Inversión en desarrollo y reforma [2006] Nº 1325).

El contenido de la evaluación se implementa con base en los tres anexos del documento: "Varias Disposiciones sobre Evaluación Económica de Proyectos de Construcción", "Métodos de Evaluación Económica de Proyectos de Construcción" y "Parámetros de Evaluación Económica de Proyectos de Construcción".

Para solucionar el problema de la calefacción en invierno, los propietarios tienen dos opciones:

Opción 1: Actualizar la caldera de gasóleo y seguir utilizando calderas de gasóleo para calefacción

Opción 2: Utilice una bomba de calor de fuente terrestre de tubería subterránea para calefacción.

De acuerdo con las características de este proyecto, se prevé que el método de evaluación económica adopte el método de análisis de costo-efectividad. El análisis de costo-efectividad se refiere a juzgar la efectividad o la racionalidad económica de los costos del proyecto comparando los efectos esperados del proyecto con los costos pagados. Cuando el efecto es difícil o imposible de monetizar, o el efecto monetizado no es el tema principal del objetivo del proyecto, se utiliza el método de análisis de rentabilidad en la evaluación económica y la conclusión se utiliza como una de las bases para la inversión del proyecto. decisiones. Entre ellos, el costo en el análisis de costo-efectividad se refiere al costo financiero o costo económico pagado para lograr los objetivos predeterminados del proyecto, el cual se mide en moneda. El método de análisis de costo-efectividad sigue el principio de comparación y selección de múltiples alternativas. Los proyectos analizados deben cumplir las siguientes condiciones:

(1) Que existan no menos de dos alternativas y que sean mutuamente excluyentes o excluyentes. se pueden convertir en alternativas de tipo mutuamente excluyentes;

(2) Los planes alternativos tienen los mismos objetivos;

(3) El costo de los planes alternativos debe monetizarse;

(4) Las alternativas deberían tener ciclos de vida comparables.

(5) El efecto debe medirse utilizando la misma unidad de medida no monetaria.

Con base en los requisitos anteriores, analice la adaptabilidad del método de análisis de costo-efectividad para el proyecto:

(1) Existen dos alternativas para este proyecto, que son mutuamente excluyentes, es decir, solo se puede adoptar una de las opciones 1 y 2;

(2) El proyecto tiene el mismo objetivo: lograr calefacción en invierno. De acuerdo con la tecnología HVAC existente, se pueden satisfacer los efectos de ambas opciones. .

(3) Los gastos (es decir, costos) de ambas soluciones se pueden monetizar, y son tanto costos de inversión inicial como de operación.

(4) La vida útil de la caldera de gasóleo en el Esquema 1 es de 8 años, y el costo de agregar una caldera cada 8 años es de 500.000 yuanes la vida útil de la bomba de calor geotérmica; en el Esquema 2 es de 15 años y el costo de agregar una caldera cada 15 años es de 600.000 yuanes y la vida útil de la tubería subterránea es de 50 años.

(5) Dado que el edificio de la terminal no ha sido modificado, se puede considerar que la carga de calor de los dos esquemas es igual y el efecto de calentamiento es consistente. Cabe señalar que la opción dos también puede lograr refrigeración en verano y elimina los aires acondicionados divididos comunes. Por lo tanto, el efecto de la opción dos es significativamente mayor que el de la opción uno. Sin embargo, para facilitar la evaluación, los efectos de la opción uno y. La opción dos se generaliza como la misma.

A través del análisis de adaptabilidad anterior, se puede determinar que el método de análisis de costo-efectividad es adecuado para la evaluación económica de este proyecto.

Los costos de las opciones uno y dos se componen de la inversión inicial y los costos operativos. La inversión inicial y los costos operativos de las dos opciones se comparan a continuación.

1) Opción 1

Inversión inicial:

La inversión inicial de la Opción 1 consiste en la compra de calderas de fueloil, la actualización de equipos y tuberías auxiliares obsoletos, y Los costos de instalación y puesta en servicio son aproximadamente 500.000 yuanes, consulte la Tabla 6-2 (datos proporcionados por el propietario).

Tabla 6-2 Plan de inversión inicial para el primer plan

Costos operativos:

Los costos operativos de invierno los proporciona el propietario en función de años de datos operativos reales. , que consiste principalmente en diesel. El consumo de energía de la bomba de circulación y la composición de los costos laborales se muestran en la Tabla 6-3.

Tabla 6-3 Estadísticas de costos operativos de invierno para la opción 1

2) Opción 2

Inversión inicial:

El propietario adopta la opción 2 El monto de inversión inicial real es de 4,4 millones de yuanes (incluidos la construcción y el diseño), que incluye principalmente la compra e instalación del motor principal, la construcción de orificios para tuberías subterráneas, la compra e instalación de unidades fan coil y la construcción de exteriores. tuberías. El proyecto fue completado por el Instituto de Estudios de Ingeniería Geológica de Beijing entre agosto y noviembre de 2005.

Costos operativos:

La opción 2 se ha utilizado durante dos temporadas de calefacción, a saber, las temporadas de calefacción 2005-2006 y 2006-2007. Los costos operativos son principalmente el motor principal y la circulación. bomba, el consumo de energía real de la unidad fan coil, consulte la Tabla 6-4 para obtener más detalles.

Tabla 6-4 Tabla de estadísticas de consumo de energía real de la opción dos

La comparación de la inversión inicial y los costos operativos de las dos opciones se muestran en las Figuras 6-2 y 6-3.

Figura 6-2: Cuadro comparativo de inversión inicial del Plan 1 y Plan 2

Figura 6-3: Comparación de costos operativos del Plan 1 y Plan 2

Inversión inicial del Plan 1 La inversión es pequeña, pero el costo operativo es alto. La segunda opción tiene una inversión inicial grande, pero el costo operativo es bajo. Es una evaluación científica de las dos opciones. valor presente del costo (PC) y el valor anual del costo (AC). La premisa es:

Supongamos que durante el período de evaluación, los precios unitarios del diesel, la electricidad, los costos laborales, etc. permanece sin cambios;

Según la opción 1, la vida útil de la caldera de gasóleo es de 7 a 8 años, y cada 7 a 8 años El costo adicional de la caldera es de 500.000 yuanes según el plan 2; la vida útil del host de la bomba de calor geotérmica es de 15 años, el costo del host aumenta en 600.000 yuanes cada 15 años y la vida útil de la tubería subterránea es de 50 años;

Supongamos que durante el período de cálculo, la tasa de descuento bancaria permanece sin cambios;

(1) La fórmula de cálculo del valor presente de los costos del proyecto (PC) se muestra en la Ecuación 6-1.

Recursos energéticos geotérmicos poco profundos de Beijing

En la fórmula: (CO)t——salida de efectivo en el período t;

n——período de cálculo;

n——período de cálculo;

i——Tasa de descuento, calculada con base en el año 4;

(P/F, i, t)——Coeficiente de valor presente.

Después del cálculo, el valor actual de los costos del Plan 1 y del Plan 2 se muestra en la Tabla 6-5. Cabe señalar que el proceso de cálculo es en los años 7, 15, 22 y 30 de. Operación, debido a que la vida útil de la caldera de gasoil ha expirado, el costo de cada caldera adicional es de 500.000. De manera similar, en los años 15 y 30 de operación, la vida útil del host de la bomba de calor geotérmica expira y el costo del host aumenta en 600 000 cada uno.

Tabla 6-5 Tabla de valor actual de los costos del plan de inversión del proyecto Unidad: 10 000 yuanes

Como se puede ver en la Tabla 6-5, suponiendo que los efectos de calentamiento de los dos planes son consistente (es decir, sin considerar el hecho de que la opción dos se puede utilizar en verano y los beneficios de protección ambiental y seguridad de la opción dos), en el quinto año después de la operación, el valor actual del costo de la opción uno es de 4,5831 millones de yuanes. mientras que el valor actual del costo de la opción dos es 6,2983 millones de yuanes, la opción 2 es 1,7152 millones de yuanes más alta que la opción 1, pero la opción 2 es 475.800 yuanes menos que la opción 1 en el décimo año, 20, 25 y. 30 años, el valor actual del coste de la Opción 2 es cada vez menor que el de la Opción 1. Más, mostrando gradualmente la superioridad de la opción dos.

Después del cálculo, el valor actual de los costos de los dos esquemas es igual aproximadamente al año 8,5 después de la operación. Consulte la Figura 6-4 comparando el valor actual de los costos de los esquemas 1 y 2. En la figura se puede ver que en los años 15 y 15. En 30 años, después de que ambos planes hayan actualizado el equipo, es decir, ambos planes estén en nuevas condiciones de funcionamiento, el valor presente del costo del plan dos sigue siendo menor que el del plan dos. plan uno, mostrando las ventajas del plan dos.

Figura 6-4 Comparación del valor presente de los costos para el Plan 1 y el Plan 2

(2) La fórmula de cálculo para el valor anual de los costos (AC) se muestra en la Ecuación 6-2.

Recursos energéticos geotérmicos poco profundos de Beijing

En la fórmula: (A/P, i, t) - coeficiente de recuperación de capital; los demás símbolos son los mismos que antes.

Después del cálculo, la tabla de costos anuales de las dos opciones se muestra en la Tabla 6-6.

Tabla 6-6 Tabla de valor de costo anual del plan de inversión del proyecto Unidad: 10,000 yuanes

También se puede ver en la Tabla 6-6 que el valor de costo anual del plan dos es mayor que el del plan uno en la etapa inicial Alto, a medida que pasa el tiempo, los beneficios económicos de la opción dos se vuelven gradualmente evidentes.

La comparación del costo anual de los dos planes se muestra en la Figura 6-5. En la figura, se puede ver que en el año 15, el valor anual del costo del plan uno es 1,0237. millones de yuanes, mientras que el valor anual del costo del plan dos es 85,33 yuanes Diez mil yuanes, ahorrando 170.400 yuanes y ahorrando 295.600 yuanes en el trigésimo año.

Figura 6-5 Cuadro comparativo del valor del costo anual del Plan 1 y Plan 2

Por lo tanto, con base en el análisis anterior, se puede concluir que utilizando el análisis de costo-efectividad Cuando el efecto de la solución de bomba de calor geotérmica es el mismo, la solución de bomba de calor geotérmica es mejor que la solución de caldera de gasóleo después de aproximadamente 8,5 años de funcionamiento, y cuanto mayor sea el tiempo, el más evidente la economía.

De hecho, la solución de bomba de calor geotérmica es mejor que la solución de caldera de gasóleo porque la solución de bomba de calor geotérmica también se puede utilizar en verano y, en comparación con las calderas de gasóleo, también tiene muchos beneficios indirectos, como la protección y la seguridad del medio ambiente.

El costo de calefacción por unidad de área de la bomba de calor geotérmica en este proyecto es relativamente alto (41 yuanes/m2), pero en comparación con la caldera de gasóleo (88,19 yuanes/m2), aún ahorra la mitad del costo de operación. Las razones de los altos costos operativos de las bombas de calor geotérmicas son:

(1) La bomba de circulación consume demasiada energía.

Según los resultados estadísticos, cuando el proyecto está funcionando en invierno, el consumo de electricidad de la bomba de circulación representa el 36% del consumo eléctrico total. Durante el funcionamiento en verano, el consumo de electricidad de la bomba de circulación representa. El 45% del consumo eléctrico total, cifra sensiblemente superior a la de los artículos Generales.

La primera razón es: los edificios terminales están dispersos, lo que resulta en una gran potencia de diseño de la bomba de circulación (22kW). Después de una investigación real, la mayoría de los edificios del proyecto tienen un solo piso y están dispersos, con una distancia de 320 m de norte a sur y 120 m de este a oeste, como se muestra en la Figura 6-6.

La segunda razón es: Hay 183 orificios para tuberías subterráneas en la construcción del proyecto. Debido a restricciones del sitio, los orificios para tuberías subterráneas están dispersos y lejos de la sala de máquinas principal, lo que genera una alta potencia. de la bomba de circulación subterránea (22kW).

Figura 6-6 Diagrama esquemático de la distribución de los edificios del proyecto y las tuberías de conexión

La tercera razón es: las bombas de circulación no están equipadas con dispositivos de conversión de frecuencia, lo que significa que mientras Cuando el motor principal está en marcha, las bombas de circulación consumen 44 kW ·h de electricidad, lo que obviamente resulta antieconómico en las etapas inicial y final de calentamiento.

La cuarta razón es: la capacidad de intercambio de calor de un solo orificio del proyecto está diseñada para ser de 22 w/m, que es significativamente menor que la de los proyectos ordinarios, lo que resulta en una inversión inicial relativamente grande en el proyecto. y una potencia relativamente grande de la bomba de circulación subterránea.

(2) El período de calefacción del proyecto es de hasta 5 meses.

Debido a que el proyecto está ubicado en el distrito de Changping, el clima es más frío que en las áreas urbanas, por lo que el tiempo de calefacción es de hasta 5 meses, un mes más que el tiempo de calefacción normal.

(3) El precio de la electricidad del proyecto es relativamente alto y los precios de la electricidad pico y valle no se han alcanzado.

La tarifa de electricidad real pagada por el propietario del proyecto es de 0,79 yuanes/kW·h. Dado que el costo operativo del proyecto de bomba de calor geotérmico es básicamente el costo del suministro de energía, los altos precios de la electricidad conducen directamente a un costo de electricidad. aumento de los costes de calefacción. Dado que durante la calefacción en invierno, el consumo de energía de la unidad principal se concentra principalmente durante la noche, pero el proyecto no implementa los precios de electricidad de punta y valle, las ventajas no se reflejan.

(4) El edificio del proyecto es una sala liviana con un rendimiento de aislamiento térmico deficiente, lo que resulta en una gran carga y aumenta el consumo de energía de la máquina anfitriona.

A la vista de los problemas y deficiencias anteriores, se plantean planes de optimización y sugerencias:

(1) Utilizar salas de ordenadores descentralizadas y control automático de conversión de frecuencia.

En vista de la situación real de los edificios dispersos y los orificios de tuberías enterradas en el proyecto, se recomienda utilizar salas de ordenadores distribuidas para mejorar el valor COP del sistema. Esto es especialmente cierto en proyectos con edificios dispersos. y grandes áreas de servicio importantes.

El uso del control de conversión de frecuencia automática es un método eficaz para reducir el consumo de energía, pero se debe prestar atención al efecto de calentamiento del edificio más alejado después de reducir el caudal, o se debe utilizar la bomba de circulación con dos Unidades de flujo pequeñas mientras la cabeza permanece sin cambios (la mitad del flujo de la bomba original), y luego controla el número de aperturas de la bomba de circulación de acuerdo con la situación real.

Si el área del edificio más alejado es pequeña, se recomienda utilizar otros métodos de calefacción. El extremo más alejado de este proyecto es una gasolinera con un área de servicio de sólo unos 30m2. Sin embargo, para proporcionar calefacción, no solo se aumenta el diámetro de la tubería, sino también la potencia de la bomba de circulación. , es más económico que utilizar directamente aires acondicionados de doble propósito.

(2) Fortalecer el sistema de gestión.

El consumo de energía del host se determina en función de la carga del terminal, y la reducción de la carga puede reducir directamente los costos operativos. Por lo tanto, adoptar un sistema de gestión eficaz para reducir la carga final ahorrará costes operativos. Por ejemplo, medidas flexibles como controlar la temperatura de la oficina a unos 5°C por la noche y bajar adecuadamente la temperatura de los dormitorios cuando no hay nadie durante el día pueden reducir eficazmente los costos operativos.

El tiempo de calentamiento del proyecto es de hasta 5 meses. En las etapas tempranas y tardías del calentamiento, dependiendo de las condiciones climáticas, iniciar y detener adecuadamente el host también es una medida muy importante para la conservación de energía. .

(3) Se recomienda que los departamentos gubernamentales pertinentes amplíen el ámbito de aplicación de los precios de la electricidad en las horas pico y valle. El uso de precios de electricidad en horas pico y valle, junto con dispositivos de almacenamiento de calor y frío para almacenar calor o frío durante la noche cuando los precios de la electricidad son bajos, y luego reciclarlos durante el día, podrá ahorrar costos operativos de manera efectiva.

(4) Fortalecer la investigación y el monitoreo, y ajustar adecuadamente la potencia y el modelo de la bomba de circulación subterránea de acuerdo con la temperatura del suministro subterráneo y el agua de retorno, lo que conducirá a un mayor ahorro de energía en el espacio. Además, los datos de seguimiento se utilizarán como parámetro de diseño importante para otros proyectos en el futuro (capacidad de intercambio de calor por metro extendido).