地源热泵经济性分析

地源热泵经济性分析（精选十篇）

地源热泵经济性分析 篇1

地源热泵是1种利用地下浅层地热资源,既能供暖又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源,如,电源,即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。冬季,把土壤的热量取出来,提高温度后供给室内采暖;夏季,通过热补偿设备向系统补充热量,且能常年保证地下温度的均衡[1]。

山西省长治市东掌村有8×104 m2采暖面积,基本上为生活住宅。原有供热方式为燃煤锅炉常规集中供热,由于煤炭价格的不断上涨,采暖集中供热成本越来越高,供热质量时好时坏,村民和供热部门产生诸多矛盾。在此情况下,村委会决定将供热燃煤锅炉改造为地源热泵取暖系统。

1 地源热泵系统的选用

1.1 地源热泵系统的工作原理

自然界中,热量总是从高温传向低温。人们可以用热泵把热量从低温传递到高温。所以,热泵实质上是1种热量提升装置,工作时它本身消耗很少一部分电能,却能从空气、水、土壤等环境介质中提取出4倍~7倍于电能的能量。

地源热泵是热泵的1种,是以土壤或水为冷热源对建筑物进行供冷供热的空调系统。其在土壤和室内之间进行能量“转移”。利用少量的电能来维持室内所需要的温度。它通过热泵主机及其垂直或水平埋设在土壤中的土壤热交换器(地埋管),与地下土壤进行热交换,达到向建筑物供热、供冷的目的。不同的地埋管并联,再通过不同的集管接入热泵主机[2]。地埋管中充满循环液,循环液闭式循环流动。该系统不污染地下水,且地埋管换热系统采用的PE管材使用寿命长,与建筑使用年限几乎相当。该系统流程见图1。

热泵机组装置主要有:压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分组成。通过让液态工质(制冷剂或冷媒)不断完成蒸发(吸取环境中的热量)→压缩→冷凝(放出热量)→节流→再蒸发的热力循环过程,将环境里的热量转移到水中。压缩机起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用,是热泵(制冷)系统的心脏。冷凝器是输出热量的设备,从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走,达到制热的目的。蒸发器是输出冷量的设备,它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发,以吸收被冷却物体的热量,达到制冷的目的。膨胀阀或节流阀对循环工质起到节流降压作用,并调节进入蒸发器的循环工质流量。

1.2 空调主机选型配置

该工程主机选用法国凯涞玛地源热泵机组,参数见表1。冬季,地源热泵机组总制热量为4 835.7 k W,大于空调峰值负荷4 800 k W。

2 系统运行经济评价

该热泵机组利用的土壤温度,冬季在12℃~22℃,比环境空气温度高。热泵循环的蒸发温度得到提高,能效比也就提高。土壤温度夏季在18℃~32℃,比环境空气温度低,制冷系统冷凝温度降低,使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式,机组效率大大提高,可节约30%~40%的供热制冷空调的运行费用,1 k W的电能可得到4 k W以上的热量或5 k W以上冷量[3]。

2.1 节能对比

与锅炉供热系统相比,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,地源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能,比燃料锅炉节省约1/2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、制热系数可达3.5~4.4,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%(见图2)。

经比较得出,地源热泵是所有加热方式中最节约能源的。

2.2 经济分析

运行费用计算。该系统采暖面积8×104 m2,采暖期150 d/a,电费0.6元/(k W·h),运行时间24 h/d,冬季运行负荷系数0.65,冬季运行负荷系数0.61/d。冬季供暖运行费用估算,主机耗电量1 107.4 k W,地板辐射采暖循环泵37×4 k W,地埋管循环泵37×4 k W,1个采暖季产生的费用(1 107.4+37×4+37×4)×150×24×0.65×0.61×0.6=1 201 928元,折合约15元/m2)。

与锅炉采暖比较的结果见表2。

2.3 环境和经济效益显著

地源热泵机组运行时,不消耗水也不污染水,不需要锅炉和冷却塔,也不需要堆放燃料、废物的场地,环保效益显著。地源热泵机组的电力消耗,与空气源热泵相比减少了40%以上。与电供暖相比可减少70%以上,它的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近50%,比燃气锅炉的效率高出了75%。

3 地源热泵系统特点

a)属于可再生能源。由于其可在冬夏两季交互蓄存冷热量,同时,地球表面吸收大量的太阳能,此能量几乎是取之不尽,用之不竭的可再生能源;b)高效节能。其利用的地表能源的温度一年四季相对稳定。这种稳定温度使得地源热泵的COP值比较高,冬季约为4.3(传统热泵2.8),节约费用达40%;c)系统安全可靠。由于温度稳定,可保证热泵机组运行稳定、可靠;d)一机多用。用于供暖、制冷、生活热水等,适合各种功能的建筑[4]。

4 结语

地源热泵利用土壤作为冷热源,进行能量转换,为供暖、制冷空调系统提供清洁的可再生能源。地表土壤和水体既是巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射能量,又是巨大的动态能量平衡系统。地表的土壤和水体平衡地保持能量接受和发散,使地源热泵技术的发展成为现实。

参考文献

[1]赵军,戴传山.地源热泵技术与建筑节能应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2]陆耀庆.实用供热通风空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3]马最良,吕悦.地源热泵系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2007.

地源热泵经济性分析 篇2

沿海地区是利用海水源热泵进行供热供冷的理想位置.本文就大连地区如何利用海洋热资源进行了分析.首先对海洋气候条件下应用此项技术的要求和方案设计进行了讨论,然后结合实际工程(热负荷1.2MW,冷负荷1MW),对其可行性进行了研究,对初投资和运行费用进行了估算.结果表明,由于该项目所处位置和此项技术使用特点,海水源热泵系统在经济和技术上都是可行的..

作 者：李震 端木琳 舒海文 华蓉蓉 朱颖心 LI Zhen DUANMU Lin SHU Hai-wen HUA Rong-rong ZHU Ying-xin 作者单位：李震,端木琳,舒海文,华蓉蓉,LI Zhen,DUANMU Lin,SHU Hai-wen,HUA Rong-rong(大连理工大学,土木水利学院,大连,116024)

朱颖心,ZHU Ying-xin(清华大学,建筑科学系,北京,100084)

地源热泵经济性分析 篇3

【关键词】热泵技术;回收热电厂余热;可行性;经济性

前言

在热电厂的循环冷却水中存在低温热能，如若加以处理，就会使其转化为高温热能，便可以应用在其它需求热能的领域当中，热泵技术能够实现这一目标。在实践过程中，利用热泵回收电厂余热具有一定的环保作用，同时能够节约大量可以重复利用的能源，具备一定的经济性。

一、热电循环与热泵循环概述

对于热电厂的实际生产而言，其生产环节较为复杂，而且，对能源的消耗量巨大，但在热电循环过程中，热能流失情况严重。具体状况从热电循环、热泵循环的过程中可以体现出来。

（一）热电循环。热电循环是利用水转换成蒸气的过程中所发生的蒸汽动力循环。现代蒸汽动力循环是采取了超高蒸汽参数、回热、再热等处理方式，来提升热效率，但其效果并不尽如人意，因冷却水带走了大部分能量，致使生产的总能效不佳。所以，研究热电厂余热的回收利用可行性对实践生产而言极为重要，况且，从经济的角度来看，也有必要将充满能量的冷却水回收利用。

（二）热泵技术内容概要。从概念来看，热泵是一种能量采掘装置，将其应用在热电系统当中，可以通过消耗电能将周围环境中的能量输送到较高温度的实体当中，从而起到聚集热能的作用。热泵技术在实际应用过程中，能够根据冷源介质性质的变化而做出相应的调整[1]。

二、利用热泵技术回收热电厂余热的可行性分析

在实际利用热泵技术回收热电厂余热的过程中，所采用的技术是热电——热泵联合循环技术，该技术是一项联合运行的体系，从中可以清楚的看到如何利用热泵装置来实现低温热源向高温热源的转变过程。

（一）将热电循环与热泵循环联合起来运行的可行性分析。在实践中发现，要想利用热泵技术回收热电厂在生产过程中所产生的余热，则需要将热电循环与热泵循环相整合，只有这样，才能达到转换冷却水低温热源为高温热源的目标。具体来看，热泵装置的作用不容小觑，它不仅可为系统提供高温热水，而且能够为有关部门的冬天供暖工作提供有力的热能支持。究其原因在于，在热电循环的过程中，热泵装置的作用机理较为简单，且对于环境保护而言是最为理想装置，而且，热泵装置所提供的热水温度能够达到现实要求。可见，将热电循环系统与热泵循环系统相整合为社会提供热能是极为可行的。

（二）热泵技术的实施细节。在将热电循环与热泵循环联合起来运行之后，还要注意热泵技术的各项实施细节，明确具体的连接方式，从而让技术更好的为热能转换过程做支持。从实践来看，热电厂的蒸发器前置与冷却塔进行串联可以达到回收余热的目标。其具体的连接方式为，将蒸发器入口接到凝汽器循环水的出口处，同时，将出口接到冷却塔的入口，这样一来，就将蒸发器和冷却塔串联起来[2]。但是，这种串联方式对技术有一定的要求，即要满足蒸发器的运作要求，不能对其进行调整。可见，要想实现冷却塔与蒸发器的有效连接，则要针对二者的连接方式做进一步探究。在实际生产过程中，还可以通过将二者并联来实现回收热电厂余热的过程。总体来看，每种连接方式都有一定的优势，利用热泵技术回收热电厂余热具备一定的可行性。

三、利用热泵技术回收热电厂余热的经济性分析

当了解到应用热泵技术回收热电厂余热的可行性以后，针对其具体的作用机理来对其经济性进行分析。具体来看，其经济性主要借助热泵供热系数、热泵装置参数等指标而体现出来的。通常情况下，机械压缩式热泵的供热系统为3-4，这样的指标数值则意味着热泵系统能够将比自身所耗能量的三到四倍的能量做转化，将低温热能转变成高温热能，同时，使环境发生本质的改变[3]。

当热泵装置的末端热负荷固定不变时，如若利用地下水作为热源，则其实际效能不及采用电厂循环水高[4]。由此可见，利用热泵技术作为回收热电厂余热的关键技术具备一定的经济性，能够在一定程度上节约能源，改善生产效益。

结束语

通过对我国热电厂余产生热状况的了解，并且结合热泵技术的原理，将热电循环与热泵循环联合起来运行，实践表明，利用热泵技术来回收热电厂余热具备一定的可行性。另外，通过对各项指标数据的分析，以及对热泵技术的实际效能的研究可知，利用热电厂的冷却水中的低温热源所产生的能量要高于利用地下水等其它普通水质所产生的能量，可见利用热泵技术具备一定的经济性。

參考文献

[1]丁常富，崔可，邴汉昆，郝宗凯，蔡志成.热泵回收电厂循环水余热模型运行方式的经济性分析[J].应用能源技术，2012，10（10）：33-34.

[2]刘剑涛，马晓程，尤坤坤，任建兴，杨涌文.火电厂循环水余热利用方式的研究[J].节能，2012，09：49-52+3.

[3]韩放，肇永辉，栾兴宇.吸收式热泵技术在余热回收利用中的应用[J].露天采矿技术，2013，09：95-96+101.

某住宅建筑地源热泵经济性评价分析 篇4

地源热泵是一种利用浅层土壤中的能量进行采暖制冷的空调技术。浅层地温能, 通常是指地表以下一定深度范围内 (一般为小于400m埋深) 的低温热资源, 它的热源主要来自太阳能。它利用地下土壤常年温度相对稳定 (约16~18℃) , 巨大的蓄热蓄冷的能力, 通过埋入土壤中的地埋管换热器与所需能源的建筑物进行热交换。冬季将土壤中的热量取出对建筑物供暖, 夏季则将建筑物内的热量排放至地下对建筑物进行降温, 在一个年度里实现土壤热平衡[1]。

1 经济评价方法及参数

地源热泵一机多用, 可满足制冷和采暖需要, 同时它使用电力, 工作过程中无污染排放, 不直接向周围大气环境排热, 没有热岛效应。同时, 地源热泵利用地表浅层地能, 其温度一年四季相对稳定, 冬季比环境空气温度高, 夏季比环境空气温度低, 这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高而且使热泵机组运行更可靠和稳定。

目前, 地源热泵在许多国家已经得到普遍的应用, 在我国一些经济发达城市已建立了地源热泵示范工程和应用, 但是在中西部地区应用的较少, 投资者对地源热泵的经济性还缺乏了解, 所以对地源热泵进行技术经济分析以及各种方案的比较很有必要。因此, 以西安地区某住宅项目为例结合经济性评价方法, 对传统空调系统和地源热泵系统等几种投资方案进行技术经济性分析。

1.1 评估方法

为了对地源热泵系统进行科学合理的经济性评价, 主要采用的经济性指标和评估方法主要有:

1) 项目生命周期成本 (TTLC) , 年成本 (EAC) ;

2) 净现值 (NPV) , 内部收益率法 (IRR) , 投资回收期 (PB) 和折现回收期法 (DPB) 。

1.2 主要经济参数[2]

1) 全生命周期成本 (TLCC) 。

全生命周期成本通常被用来评估2个或几个在寿命和投资上都不同的项目, 考虑资本的时间价值, 把生命周期N年中的现金流贴现到第1年初, 并用该值等价为项目全生命周期成本。

式中:N—评价周期或者项目寿命;

DR—贴现率;

Cn—总成本, 包含财务成本、初投资和年运行总成本。

其中, 初投资指供整个系统各部分投资之和, 包括设备购置费、安装费以及运输费用等;而年运行总成本指系统运行能耗费用, 设备折旧费用和维修费、大修费等。

2) 约当年均成本法 (Equivalent Annual Cost, EAC) [3]。

约当年均成本法是上面计算的总生命周期成本 (TLCC) 等价成一个N年期的年金, 从而得到的年金金额即为约当年均成本等价年。约当年均成本法被用于项目之间的比较, 特别是当项目寿命不同。

式中:n—评价周期或者项目寿命;

DR—贴现率。

3) 净现值 (Net Present Value NPV) [4]。

净现值是指投资项目按基准收益率 (ic) 将各年的净现金流量折现到起点的现值代数和, 计算公式为:

式中:CI—现金流入;

CO—现金流出;

ic—基准收益率, 取ic=7%。

根据上述定义, NPV (ic) =0表示达到所预定的收益率标准, 而不是投资项目盈亏平衡, NPV (ic) >0则表示除保证获得预订的收益以外, 还可获得更高收益;而NPV (ic) <0则表示未能达到预定的收益, 但不表示发生亏损。因此净现值的评价标准为NPV (ic) >0, 考虑接受项目, 而NPV (ic) <0则表示可以不考虑此项目。

4) 内部收益率 (Internal Rate of Return, IRR) 。

内部收益率是使得净现值 (NPV) 等于零时的折现率。

5) 投资回收期法 (Payback Period) 又称“投资返本年限法”。投资回收期是指项目运行后的收益额用来收回项目总投资所需的时间, 它反映了收回初始投资的速度的快慢。由于没有考虑资金的时间价值是一种静态分析法。

式中:T—投资回收期;

Ct—t时期的现金流入量;

C0—初始投资额。

6) 折现回收期法 (Discount Payback Period) 是指将项目的未来收益折算为现值, 使其等于期初投资, 所计算出来的回收期。它考虑了资金的时间价值。

式中:ic—基准收益率;

Pt—需要计算的投资回收期。

2 经济性分析模型

现以西安地区住宅建筑项目为例, 分别比较3种方案。

1) 城市管网集中采暖+夏季分体空调统;

2) 冷热源为锅炉+冷水机组, 末端为风机盘管;

3) 地源热泵+风机盘管。通过能耗计算, 初投资费用计算, 来进行经济性评估。

2.1 能耗计算

住宅建筑为例进行计算, 其建筑面积为8000m2, 按建筑面积冷热指标估算冷热负荷, 如表1所示。

2.2 初投资

方案初投资包含整个系统全部投资, 在项目中进行简化, 以单位建筑面积造价进行各方案的比较和评估。基于项目经验估算各方案造价。

方案一集中采暖和分体空调组成, 其中西安地区新建商品房集中采暖安装费约为230元/m2。

方案三的地源热泵系统由地下埋管换热器系统和机房设备构成。其中, 地下埋管换热系统采用高密度聚乙烯PE100单U32地下换热器, 有效埋深100m, 地下换热量冬季以35W/m估计, 费用以60元/m估算。机房设备以及安装费用结合工程经验估计[6]。

方案二和方案三末端系统相同为风机盘管, 考虑其造价较高于分体空调。各方案初投资费用如表2所示。

2.3 年能耗费用计算

3种方案能耗费用计算如表3所示。方案一的年能耗费用为27.1万元, 方案二的锅炉+冷水机组能耗费用为18.2万, 方案三的年能耗费用为14.3万元。以方案一为基础方案, 方案二系统相比方案一节约费用约30%, 方案三系统比方案一节约费用高达47%。

值得一提的是能耗计算中采用了平均运行系数夏季60%和冬季50%来估计系统夏季和冬季运行的平均能效比, 得出地源热泵系统较之传统系统能耗费用节约47%。而文献[7]中根据实际项目调研分析得出了类似结果, 运行费用相对于传统空调系统而言可以节约40.30%, 因此, 以上估算方法偏差不大, 在经济分析模型中具有一定的可靠性。

计算采用西安居民阶梯电价如表4所示。

注:以西安地区为例, 采暖季为4个月, 以日运行24h计, 则总运行小时数为24×30×4=2880h;制冷季为3个月, 以日运行10h计, 总运行小时数为10×30×3=900h。

k V

注:1) 西安地区集中采暖费用居民为每月5.8元/m2, 1个采暖季共计23.2元/m2;2) 西安地区燃气费用为2.3元/m3。

2.4 初投资和年总运行费用汇总

考虑后期维护费用如表5所示。

3 计算结果和分析

根据上节进行的能耗计算, 初投资和年运行费用的计算, 对3个方案分别进行技术经济参数的计算, 每种方案分别计算投资及年总成本和相应供暖空调方案的现金流量表, 计算结果汇总如下。

万元

1) 初投资差值和年运行成本收益。

以方案一为基础方案, 相比之下, 方案二和方案三初投资差值分别为40万元和56万元, 运行成本收益即相比于方案一, 方案二和方案三所节省的运行费用分别为4.8万元和12万元, 具体如表6所示。

万元

2) 全生命周期成本TLLC和约当年均成本EAC。

由于各个方案的寿命不同, 需要同时计算全生命周期成本和约当年均成本。通常, 分体空调寿命期为8~10a, 取10a。冷水机组和燃气锅炉, 寿命期均考虑为15~25a, 取20a, 而地源热泵的寿命期为15~25a, 地下埋管系统50a, 简化和方便计算地源热泵系统寿命取20a。各方案全生命周期成本和约当年均成本由图中得知, 方案二的全生命周期成本最高, 方案一和方案三地源热泵几乎一样。但是, 方案三地源热泵系统的约当年均成本最低, 方案一集中采暖+分体空调系统次之, 方案二锅炉和冷水机组最高。尽管方案二和方案三初投资均高于方案一 (见表5) , 且方案三地源热泵初投资还略高于方案二, 但是由于更少的能耗费用和更长的设备寿命, 它们的约当年都成本均低于方案一, 因此从生命周期成本和约当年均成本看, 地源热泵项目均为最佳选择。

3) 净现值NPV。

以银行储蓄年利率为参考, 基准收益率为考虑7%。方案一为基础方案, 方案二锅炉+冷水机组系统较之基础方案运行费用节省收益为4.8万元/a, 设备寿命周期为20a, 而方案三地源热泵方案运行费用收益为11.95万元/a, 设备寿命周期为20a。由此分别计算得出, 方案二和方案三的NPV分别为11万元和70.7万元, 由此得出内部收益率IRR分别为3.1%和13% (见表7) , 意味着锅炉+冷水机组系统的内部收益率远低于地源热泵系统。从NPV和IRR的经济性评估法得出, 地源热泵项目优于传统的锅炉+冷水机组系统项目。

4) 投资回收期。

锅炉+冷水机组方案的投资回收期SPB和折现回收期DPB分别约为8a和14a, 而地源热泵方案投资回收期SPB和折现回收期DPB分别约为5a和6a。

4 地源热泵系统净现值的敏感性分析

地源热泵方案的净现值的敏感性分析主要分析了4个因素, 即:基准收益率、初投资、年维护成本和电价的变化对方案净现值的影响。随着4个因素的增加, NPV值越小。在同等比例变化下, 初投资和基准收益率对净现值结果影响最大, 年维护成本和电价对NPV的影响最小。值得一提的是, 国家正在大力推行绿色建筑评价标识, 其中地源热泵是其中1个重要评价指标之一。根据文献[8], 二星绿色建筑绿色补贴为45元/m2, 简单计算得出地源热泵初投资差值会从56万元降至20万元, 则相应的折现回收期DPB仅为2a, 因此, 大大提高了地源热泵项目的经济性。

5 结论

通过以上经济评估指标分析, 可以得出地源热泵方案全生命周期成本和集中采暖+分体空调系统基本一样, 而约当年均成本均低于此方案以及锅炉+冷水机组方案。此外, 较之锅炉+冷水机组方案, 地源热泵项目有着较高的净现值和内部收益率, 更短的投资回收期, 因此地源热泵方案在西安地区有着良好的经济效益。并且, 通过各因素的敏感性分析得出初投资是影响地源热泵项目经济性的最重要的影响因素。

随着地源热泵技术的越来越成熟, 设备成本逐渐下降, 另外加上环保节能绿色建筑的推行和补贴, 地源热泵将会显示出更良好的经济性效益。需要指出的是, 以上分析还存在着不足之处, 在计算过程中进行了简化, 成本分析不够全面, 例如未考虑设备折旧成本等因素, 需要进一步的完善。但是, 通过建立该经济分析的模型, 结合具体项目实际情况, 可帮助投资者进行地源热泵项目决策, 从而推动地源热泵项目在中西部地区的更进一步的开展。

参考文献

[1]王宇航, 陈友明, 伍佳鸿.地源热泵的研究与应用[J].建筑热能通风空调, 2004, 23 (4) :32-37.

[2]Cato, M.S.Green economics:an introduction to theory, policy and practice[M].Earthscan, 2009.

[3]曹华, 等.金融分析原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 2010.

[4]李新国, 赵军, 朱强.2001年地源热泵供暖空调的经济性[J].太阳能学报, 2001, 22 (4) :418-421.

[5]许淑惠, 邢云绯.地源热泵供热空调特性及技术经济分析[J].北京建筑工程学院学报, 2002, 18 (4) :26-29.

[6]张杰.综合服务楼地源热泵系统设计及经济性分析[J].制冷与空调, 2011, 25 (4) :88-93.

[7]付红阳, 陈伟, 张国辉.基于全寿命周期的地源热泵工程经济性评价[J].建筑经济, 2012, (5) :98-100.

地源热泵经济性分析 篇5

山东某企业看准了国家力推节能减排的政策趋势，从中央空调企业开始转型为地源热泵厂商，但让他们困惑的是，尽管地源热泵领域越来越受到关注，但业绩增加却相对缓慢。除了零星接一些小的别墅项目，尚未进入大规模的社区配套建设。相比公建项目，地源热泵系统实际上更适用于居住房产项目。除了运行费用降低，同时不太占用建筑地面空间，更重要的是可以实现机组独立计费，分户计量，方便业主对整个系统的管理。

与房地产观望态度不同的另一面是政府推广力度不减。伴随着技术日益成熟，地源热泵行业的市场前景可期。不久前，住房和城乡建设部与科技部联合推出的既有建筑节能技术改造推广目录中，地源热泵热回收机组、地源热泵系统、中水源热泵系统就名列其中。

根据“新国十条”，到今年年底，即将建设保障性住房300万套。今年北京市住宅用地供应总量为2500公顷，其中廉租房、公租房、经济适用房、限价房和定向安置房用地占到1250公顷。经济适用房并不应该是不节能的房屋，参考新加坡保障性住房建设经验的中新天津生态城中的经济适用房已经使用了地源热泵空调供暖和制冷系统。

今年4月，深圳市明确定调，该市今后所有的保障性住房将一律按照绿色建筑的标准进行建设。而青岛市即将于2011年完工、建设面积约6.5万平方米、总共1000套的经济适用房将全部使用海水热泵及地源热泵。绿色经济适用房的导向，无疑给地源热泵带来巨大空间。同时，许多经济适用房的地理位置也为地源热泵行业带来突破空间。以北京为例，目前已建、在建以及规划中的保障性住房多位于北京市集中供暖管网不能覆盖的地方，这就意味着，这些小区必须采用单独的供暖设备，相较壁挂炉等设备，地源热泵更节能。

地源热泵经济性分析 篇6

关键词：地源热泵；顶棚辐射；水环热泵；经济效益

中图分类号：TK529 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0014-03

通常，土壤在超过地面之下3m时，温度全年比较稳定，通常徘徊在10℃～25℃之间。相对于空气源热泵，地源热泵制冷、制热系数要高约40%，达到3.5～4.4的水平，而其运行费用却不到普通中央空调的一半。相对于传统的水冷螺杆机组+燃气锅炉系统，地源热泵空调系统占用的建筑空间小得多，且更易维护，仅需定期清理空气过滤网及凝结水盘即可。另外，该系统环保效果也很理想，无污染，无噪声。总之，地源热泵空调系统由于其独特的优势，受到业内人士广泛的重视和采用。

1 工程概况

南郊农场地跨大兴、丰台、房山三区，地处城乡结合部，南郊农场办公楼总建筑面积13000m2，地上建筑面积9000m2，地下建筑面积4000m2，地上部分分主楼和附楼，主楼主要功能为办公，附楼主要为休息、接待场所。地下主要功能为设备用房及汽车库。建筑高度12.3m。

2 地源热泵空调系统设计

2.1 主要技术指标

本空调覆盖区域的主要技术指标设计如表1、表2所示：

2.2 空调系统选型及工作原理

主楼办公区的供冷及供暖采用的是垂直地埋管地源热泵空调+顶棚辐射系统，而附楼采用的复合型地源热泵空调系统为水环热泵+冷却塔+地埋管。工作原理分别参见图1、图2所示：

2.3 冷热源设备

通过负荷验算，主楼选用1台MWH180CB型土壤源热泵机组，其制冷量为626kW，制热量为494kW，其采取了顶棚辐射进行供冷和供暖的措施。夏季，冷水由地源提供，分为2路，一路通过板式换热器为楼板埋管供水，供回水温度为17℃～21℃；另一路用于屋顶的新风机组，夏季新风机组供回水温度为7℃～12℃。在冬季，热水通过地源获得，冬季楼板埋管空调供回水温度为25℃～29℃，而新风空调机组供回水温度为30℃～35℃。为达到空调夏季热平衡的目的，于夜间及负荷较低时段运行供楼板埋管系统将建筑预冷，并蓄冷于楼板，而于负荷高峰时段进行机械制冷时，楼板起辅助供冷作用。附楼的水环热泵+冷却塔+地埋管系统于夏季进行地埋管散热，辅以闭式冷却塔散热。水环路热泵（WLHP）空调系统的原理为在建筑物的内区需供冷同时外区需供热的情况下，将内区热量转移到外区，调整整个建筑内部的能量供求以达到一个平衡状态，这样可停运室外的冷热源，其经济效益十分可观，能量消耗也少。该主机采用分散式水环热泵机组，夏季冷却水供回水温度为30℃～35℃。

2.4 土壤换热系统

室外土壤换热采用的是垂直埋管系统。请地质专家勘查项目场地，且需测试土壤热物性。室外换热管长度和数量的选择需考虑到项目场地地质、水文情况和测井数据，并通过专业设计软件进行计算。充分考虑需求，一共装设90组垂直U型换热管埋深80m。

2.5 室内末端风、水系统

分别设置2组空调水系统和地埋管系统，分别独立应用于主附楼两个区域。附楼采用吊装式水环热泵空调机组+新风预处理机组。主楼采用顶棚辐射+置换式新风系统，于夏季为进行室内降温，将循环冷水注入辐射管网；于冬季为进行室内升温，将循环热水注入。室内潜热负荷由新风系统承担，新风机组由转轮式全热回收，送风由地板，排风由走道天花。顶棚辐射为楼板埋管，具体如图3所示：

3 地源热泵空调系统与传统水冷螺杆冷水机组+燃气锅炉系统的比较

当前，我国大中型建筑以“冷水机组+锅炉”作为中央空调冷热源形式占绝大多数，虽然该类系统具有高效率、高效果的优点，但运行耗能大。在此笔者结合该工程，从节能和经济方面比较分析地源热泵和“冷水机组+锅炉”两种冷热源的空调系统。

3.1 初投资比较

本项目中热泵空调系统初投资约220万元，其中地源热泵130万左右（包括室外地埋管、钻孔、土方等支出），卧式整体水环热泵75万左右，循环水泵约3万，冷却塔2万，其他10万左右。而采用传统的“冷水机组+锅炉”空调系统初投资约190万元，其中冷水机组80万左右，燃气热水锅炉90万左右，循环水泵约6万，冷却塔4万，其他10万元。

通过上述分析，相对于常规的空调系统，地源热泵空调系统的初投资更高，高出220-190=30万元。

3.2 运行费比较

设空调系统年供冷时间为1200h，年供热时间为960h，并设在负荷为100%、75%、50%和25%的情况下，系统供冷和供热时间分别占总时间的10%、30%、50%和10%，按照此假设进行冷热源设备年运行费用的计算和分析，参见表3所示：

通过表3得知，二者运行费差别为42-30=12万元/年，地源热泵系统的简单回收期约为30÷12=2.5年。该地源热泵机组设计使用年限为20年，而室外地埋管设计使用年限为70年，相对于传统空调系统，该地源热泵空调系统运行20年节省的费用为：12×20=240万元。

4 自动控制

4.1 主楼水泵控制方式

根据不同时候的负荷大小，该地源热泵空调系统设置压差旁通阀来调整地源热泵的数量。

4.2 附楼水泵控制方式

当系统处于空调季节，参考水环热泵负荷最不利环路的侧压差，首先将冷却塔开启并进行变频运转控制，在冷却水泵运行停止后，对地源热泵变频运转进行控制；当系统处于过渡季节，参考水环热泵负荷最不利环路的侧压差，首先将地源侧水泵开启并进行变频运转控制，在地源侧水泵运行停止后，对冷却塔水泵变频运转进行控制。

4.3 新风机组控制方式

当系统处于空调季节，将转轮式热交换器进行开启，并将排风中全热负荷进行回收；当系统处于过渡季节，将转轮式热交换器进行关闭，而将对应的新排风旁通风阀进行开启，另外，装设空气净化器于空调箱混合段后。

5 结语

相对于常规空调系统，地源热泵空调系统在节能和经济方面占据很大优势，本工程实例的分析计算结果显示，相比较传统的水冷冷水机组+燃气锅炉空调系统，地源热泵空调系统的初投资多出15.8%，而年运行费却节省约28.6%，仅2.5年左右就可简单回收。实际上，应用地源热泵时还需要考虑土壤和岩石特性对施工效果和初投资的影响，并且做好如土壤热物性参数、最佳匹配参数及动态特性的方面的研究，这些都是设计工程人员必须思考和总结的问题，对地源热泵应用的可行性的提高具有重要的意义。

参考文献

[1] 汪敏丽，张湘君.地源热泵空调技术的应用[J].工程建设与设计，2007，（5）.

[2] 陈北领，刘泽华，张信树，肖双江.地源热泵与传统冷热源空调系统的实例对比[J].节能，2007，

（6）.

[3] 李恺渊，王景刚.冷却塔辅助冷却地源热泵技术经济分析[J].建筑节能，2007，（1）.

[4] 何耀东，孟震.地源热泵中央空调的多种设计方案及其特性分析[J].制冷技术，2009，（2）.

[5] 陈捷，王松.北京市某研发楼地源热泵空调系统设计[J].广西城镇建设，2008，（5）.

[6] 张信树，刘泽华，陈北领，李香梅.某写字楼地源热泵冬季供暖性能测试及节能分析[J].制冷空调与电力机械，2007，（3）.

地源热泵经济性分析 篇7

地埋管地源热泵系统环境效益好, 长期运行费用低, 但其局限性是由于增加了钻孔和埋管费用因而初投资较大, 并且受到不同地区地质条件, 气候条件以及能源价格的制约, 在各个地区的应用优势与经济不尽相同。下面对小区地质情况进行勘察:

1.1 项目概况

本项目位于安徽省合肥市清溪路与青阳路交口, 总建筑面积:4000m2。

1.2 小区地质勘查

1.2.1 场地岩土分层描述

本场地微地貌单元属南淝河一级阶地。

根据区域地质资料, 该地区区域上出露的地层主要由新近堆积的填土 (Q4ml) 、第四系全新统 (Q4pl+al) 冲洪积成因的粘性土、粉土组成。下伏基岩为侏罗系周公山组 (J3z) 泥质粉砂岩。

场地地层:

根据野外钻孔揭露、原位测试及室内土工试验等资料, 综合分析该场地在钻探所达深度范围内的地层分布情况, 自上而下分别叙述如下:

(1) 层杂填土 (Q4ml) :层厚0.80~3.90m, 灰褐色、灰色、杂色, 主要成分为粘性土、碎石、建筑垃圾, 局部含淤泥、淤泥质土, 含植物根系。松散~稍密, 稍湿, 本层分布广泛。

(2) 层粉质粘土 (Q4al+pl) :层厚0.50~3.90m, 层顶埋深1.60~3.90m, 层顶高程11.64~17.12m。灰色、灰褐色、灰黄色, 呈软塑~可塑状态, 见铁、锰质斑点, 光泽反应稍有光泽。无摇振反应, 干强度中等, 韧性低, 本层主要分布于A、C地块。

(3) 层粘土 (Q4al+pl) :层厚3.20~4.00m, 层顶埋深0.80~2.80m, 层顶高程14.83~23.56m。灰色、褐黄色, 呈硬塑~坚硬状态, 见铁、锰质结核, 光泽反应有光泽。无摇振反应, 干强度高, 韧性高, 本层主要分布B地块。

(4) 层粉质粘土 (Q4al+pl) :层厚1.60~7.20m, 层顶埋深3.10~6.50m, 层顶高程9.74~15.74m。灰黄色、灰褐色, 呈硬塑状态, 见铁、锰质斑点, 光泽反应稍有光泽。无摇振反应, 干强度中等, 韧性中等, 本层主要分布A、C地块。

(5) 层粉土 (Q4al+pl) :层厚3.40~4.70m, 层顶埋深7.10~10.30m, 层顶高程8.04~9.30m。灰色、灰黄色, 呈稍密~中密状态, 无光泽反应。摇振反应迅速, 干强度低, 韧性低, 本层分布A地块西部、北部。

(6) 层强风化泥质粉砂岩 (J3z) :层厚0.70~1.40m, 层顶埋深4.50~14.70m, 层顶高程4.13~19.86m, 紫红色、暗红色, 湿, 密实, 泥质结构, 构造大部分破坏, 矿物成份明显改变, 风化呈泥质砂土状、块状, 节理裂隙发育, 本层分布广泛。

(7) 层中风化泥质粉砂岩 (J3z) :最大揭露厚度为13.80m, 层顶埋深5.20~15.60m, 层顶高程3.13~19.16m, 紫红色、暗红色, 坚硬、致密, 粉细粒结构, 中厚层状构造, 主要矿物成份为长石、石英, 泥质胶结, 胶结程度较好, 岩芯呈短柱状、柱状, 节理裂隙稍发育 (多呈闭合状) , 本层分布广泛。

1.2.2 场地岩土温度描述

热物性测井:

根据本工程特点和所处地理位置, 结合已知的场地范围内的岩土层物理、力学性质, 土壤源热泵系统岩土热物性测试孔采用竖直埋管形式, 共设测试孔一个, 测试孔参数如下:

测试孔基本参数:钻孔深度为自然地面以下100m, 孔径150mm;安装HDPE100、de25、双U管, PE管安装深度100m;安装结束后采用黄沙、原浆及一定比例膨润土的混合物进行回填。

(1) 初始温度 (见图1)

(2) 测试井进出水温度 (见图2)

1.2.3 场地稳定性、适宜性

勘查分析表明:场地具有地下水位高, 土壤含水量丰富, 属于富地面以上气候影响。通过勘察分析, 还能看出, 导热是小区热能的热流传递主要方式, 因为地层不同岩层的热导率也有差异, 如果处于同一热流值地温将会发生阶梯形变化。从对测试井温度的描述能够看出, 地温垂直向下基本呈现线性变化, 即地热梯度基本为一个常数, 这反映出地温没有明显异常的变化。从而保证了该地区地埋管地源热泵系统良好的放热和吸热的地质环境。

2 空调及冷、热源系统设计

2.1 通风、空调设计简介

本工程空调设计为:夏季风机盘管+新风系统, 冬季风机盘管加地板采暖系统, 水系统设计为:两管制, 立管同程, 水平管异程式。

2.2 冷、热源设计简介

冷、热源系统经综合比较, 设计选用地埋管地源热泵。夏季累计冷负荷378k W;冬季热负350k W。

3 地埋管地源热泵系统与常规空调系统比较

3.1 技术特点的比较 (见表1)

3.2 主要设备选型比较 (见表2)

设计空调冷负荷为378k W, 热负荷为350k W。空调冷热源方案及各方案机组选型见表2。

3.3冷、热源方案的室内侧空调管路系统, 循环水泵, 空调末端以及自控设备的初投资基本一致, 因此按相同投资计算。各方案的初投资概算见表3。方案三由于增加了钻孔、埋管等费用, 初投资最高, 比方案一和方案二分别高62万元和72万元。

3.4 运行能耗、费用及环境效益对比

当前, 合肥市地区居民用电收费标准基本为0.6元/k Wh, 天然气收费标准为2.1元/Nm3, 因为每个方案采用的能源不一样, 因此, 将所有能耗都折算成标准耗煤量, 以此进行比较, 同时将作为温室气体的二氧化碳排放量来衡量各个方案的环境效益, 同时对各方案的运行费用进行测算。

节能减排数据比较 (结果见图3) :

(1) 年耗电量=空调实用功率×每天空调使用时间×运行系数 (0.7) ×供冷 (暖) 期k Wh

(2) 年耗气量=空调实用气数×每天空调使用时间×运行系数 (0.7) ×供冷 (暖) 期Nm3

(3) 折合耗煤量=年耗电量k Wh×360kg标准煤或:折合耗煤量=年耗气量Nm3×1.14kg标准煤

(4) 二氧化碳排放量kg=标准煤耗煤量kg×2.62kg

3.5 年运行费用的比较 (结果见图4)

资金具有时间价值是工程经济学中的基本原则, 如果不考虑资金时间价值就无法合理评价项目的未来收益水平。初投资和运行费用只是静态的比较方案的经济性, 并没有反应资金的时间价值。由于冷热源工程的投资周期和使用年限较长, 因此有必要考虑资金的时间价值, 比较各种方案的年运行费用。

通过以上比较得出如下结论:

(1) 与方案一和方案二相比, 方案三年能耗折合标准耗煤分别减少3t和10t。

(2) 与方案一和方案二相比, 方案三二氧化碳排放量分别降低8.8%和19.8%, 减少二氧化碳的排放能有效的减缓温室效应, 符合国家能源结构调整, 低碳技术、低碳经济的理念。

(3) 与方案一和方案二相比, 方案三的初投资高, 但动态年运行费用最低, 资金利用价值较高.

4 结语

通过对合肥市“青秀城”项目售楼处地埋管地源热泵应用的实际工程概况、计算结果以及此项目的水文地质特征进行分析, 可总结得出:合肥市具备地埋管地源热泵技术使用的合理地质环境, 其富水性土壤的热交换效率相对于我国北方的干性土壤换热效率具有明显优势, 同时施工较为容易, 所以具备广阔的地埋管地源热泵使用前景。并且经过与常规空调技术的一系列对比可以看出:地埋管地源热泵技术具备一系列优势, 比如更为环保和节能, 是再生资源的一种。作为安徽省的省会城市, 合肥在快速发展经济的同时, 环境及能源效益也当作为一个重中之重, 以此来为全省经济的健康发展树立良好的示范及标杆形象。

摘要：地埋管地源热泵技术是一种基于自然浅层岩体储冷蓄热特性, 进而实现为建筑供暖及制冷的低碳、环保技术。本文以中国铁建青秀城售楼部地源热泵中央空调项目为例, 通过对工程岩土、水文地质勘查等资料进行剖析, 以在技术特点、经济效益、能源结构、环境影响等为切入点, 与常规空调技术进行了比较, 进而得出地埋管地源热泵技术在可再生能源建筑应用中节能减排的数据优势, 进一步证明了其应用的价值及前景。

关键词：地埋管地源热泵,能源结构,能耗分析,低碳技术

参考文献

[1]刁乃仁, 方肇洪.地埋管地源热泵技术[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[2]沈翔昊.成都地区地埋管地源热泵技术经济分析[J].现代商贸工业, 2009, 17:304~306.

[3]陆耀庆, 主编.实用供热空调设计手册 (第二版) .北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[4]《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB50019-2003) .

[5]《公共建筑节能设计标准》 (GB50189-2005) .

[6]《地源热泵系统工程技术规范》 (GB50366-2005) .

[7]《安徽省合肥市青秀城售楼处热物性测试报告》.安徽地矿新能源开发有限责任公司, 2014.

地源热泵经济性分析 篇8

随着人民生活水平的提高和国民经济的高速增长, 人们对居住环境舒适度和能耗要求越来越高, 而如今巨大资源的过度耗费, 自然环境的严重污染, 使生态平衡也遭到了摧残性破坏。建筑能耗是以供热采暖和空调制冷的能耗为主, 占建筑总能耗的40~50%, 同时在采暖和制冷过程中, 又有大量的有害气体和热污染排入大气, 促使环境恶化。我国建筑能源的能耗是发达国家的2.5倍, 中国经济在保持较高速度增长的同时, 必须提高能源利用率, 调整能源结构, 研究采暖和空调制冷的节能环保新技术、新工艺、新产品、新材料。

地源热泵技术是利用地下浅地层能量, 通过地下埋管管内的循环介质与土壤进行热交换达到供冷供热目的。夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下, 对建筑进行降温;冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖。

它具有高效节能、减少排放、使用寿命长、维护费用低等特点。该技术比空气热源系统节省能源40%以上, 比电采暖节省70%以上, 比最好的燃气炉的效率平均提高48%, 比燃油炉的效率高出75%, 其年运行能耗可仅为常规空调系统的50%。地源热泵系统运行时无污染、低排放、无废弃物, 可保证系统运行50年, 从而节省了大量的维护费用。属于绿色、生态、可再生利用的能源系统, 符合国家能源政策。

为了综合考虑节能减排技术的应用以及投资回收期问题, 特对本工程地源热泵系统方案经行经济技术分析。

2 地源热泵方案技术分析

2.1 工程概况

该项目位于西安高新技术产业开发区中央商务区的D1-06地块。基地面积144596m2。东起唐延路延伸段, 与科技公园相邻, 西为规划中国税地块、汇鑫地块, 南为锦业路, 北至丈八东路, 南侧距绕城公路500m, 交通便利。是一个具有国际化、现代化标准的, 集会议交流, 休闲和商务办公为一体的综合建筑。

本项目A座和千人会堂拟采用土壤源热泵做为其冷热源, 相应建筑物参数如下:

(1) A座总建筑面积82891m2, 其中地上20层68530.1m2, 地下二层14361m2。

(2) 千人会堂总建筑面积10800m2, 地下一层, 地上三层。

2.2 方案设计

(1) 空调负荷计算

建筑全年逐时负荷经过软件模拟后结果如图1。

由图1可知, 全年冷负荷累计为6295815k Wh, 全年热负荷累计为4181079k Wh;计算最大冷负荷为10490k W, 计算最大热负荷为7528k W。

(2) 地埋管计算

(1) 根据项目《热响应试验报告》, 经专业软件计算后得:

a.双U型管夏季单米井深换热量:q夏=79.8W/m, 考虑安全系数取75W/m。

b.双U型管冬季单米井深换热量:q冬=59.1W/m, 考虑安全系数取55W/m。

(2) 埋管间距

土壤换热器运行原理是利用土壤的热导性进行换热, 当土壤换热器长时间运行, 井之间换热相互干扰, 为避免换热短路, 应选择合理的布井间距。

垂直地埋管换热器计算的基础是单个钻孔的传热分析, 可采用以下公式进行计算:

a.夏季扩散半径 (整个空调运行时间约90d) :

b.冬季扩散半径 (整个空调运行时间约120d) :

根据此公式计算, 埋管间距大于3.5m时, 其大地热阻的干扰影响已经很小, 考虑本工程地下水较少, 采用5m×4.5m间距设计, 完全能保证土壤耦合器换热要求。

(3) 埋管深度

根据现场勘查的结果, 本工程场地0~105m范围内主要以粘土、沙土夹少量碎石, 同时地下水较丰富, 钻孔成本较低, 适合采用土壤源热泵系统。

同时结合土壤换热器管道的承压能力和施工机械成本, 钻孔深度100m较适宜。

(4) 土壤换热器设置

根据建筑动态负荷模拟显示, 空调系统全年累计冷负荷为10493025k Wh, 全年累计热负荷为6635131k Wh。土壤换热器的蓄热量远大于取热量, 如无辅助散热设备会造成土壤换热器热量堆积, 所以土壤换热器按照冬季负荷埋管, 夏季不足部分设置冷却辅助散热。

(5) 埋管数量

根据提供的项目的规划总平面图, 埋管场地有限, 采用双U型埋管, 深度100m, 间距5m×4.5m, 根据计算现场埋管面积约为18000m2, 最大埋管数量为800孔。

(3) 确定方案

根据以上资料, 结合相关设计, 对如图2三个技术方案进行对比。

方案2和方案3为常规空调系统, 配置冷水机组总冷量为9000k W, 配置汽水换热器总热量为6500k W。

方案1为地源热泵方案, 由于本工程冬夏季负荷不平衡, 确定合理的夏季排热量和冬季取热量, 决定了系统是否能够长期稳定高效的运行。现按照冬季热负荷确定地下换热器数量, 夏季负荷由地下换热器和冷却塔共同承担。选用4台冷量为2034k W、热量为2184k W的土壤热泵机组和1台冷量为870k W土壤热泵机组, 其中夏季全部运行, 冬季只运行3台冷量为2034k W、热量为2184k W的土壤热泵机组。冷量为870k W的土壤热泵机组主要用于调峰。

3 地源热泵方案经济对比分析

3.1 各种能源的单价比较分析

根据项目所在地的外部条件, 技术成熟并可供使用的热源有:城市蒸汽、燃油、天然气、常规电能及低品位热源 (地热) 。由于各种能源的计价单位不一致, 为了便于比较, 按其热值均折成统一能源单位k Wh进行能源单价分析如表1。

3.2 回收期分析

根据前述计算可以得出如下结果:虽然地源热泵系统的初投资比较高, 但从运行费用来看, 地源热泵系统所用的运行费用是最低的, 比离心式冷水机组降低了10.5%, 比溴化锂机组降低了11.9%。

3.3 社会效益分析

虽然目前地源热泵系统初投资较大, 虽然每年的运行费用相对节约, 但投资的回收期较长;从长远的目光出发, 由于地源热泵属于国家重点推广的可再生能源技术, 国家对这方面的优惠政策不断落实, 而且在近两年当中国负担起二氧化碳气体减排指标以后, 这种节能优势产生的经济价值是难于估量的。外接能源的价格在呈现不断上涨趋势, 地源热泵技术对外围能源依赖小, 能源价格稳定, 市及投资回收期会远小于理论回收期, 优势会越来越明显。

因此, 土壤源热泵空调系统, 仅使用少量电能驱动便可达到冬季采暖、夏季制冷的目的, 是一种新型的绿色环保的能源方式, 具有改变大气环境的实际功效。

4 结论

通过对该项目地源热泵经济技术方案分析研究可以得出以下结论:

(1) 地源热泵作为新型的空调形式, 完全能够满足本项目空调负荷需求, 在这个基础上, 加于适量的辅助手段 (冷却塔辅助冷却和蒸汽辅助加热) , 不但可解决极端气候下的系统负荷问题, 而且可充分解决地下部分不可预见的冷热不平衡。

(2) 土壤源热泵空调系统是一种新型的绿色环保的能源方式, 具有节能减排的功效。

(3) 地源热泵系统是所有系统中维修量最小、最稳定, 夏季制冷时不受冷却塔效率下降的影响, 冬季不受热网压力变化的影响, 在技术上是最可靠的。

(4) 地源热泵从经济角度分析, 虽然回收期要略长于其他技术形式, 但考虑到其稳定性、对外能源依存度小、节能减排效果好的社会效益, 是值得采用的空调方式。

摘要：针对建筑能耗高、污染环境严重等问题, 以西安某高层建筑地源热泵项目为例, 针对项目实际情况, 结合经济、技术方面的因素, 确定了该项目的地源热泵经济技术方案。研究结果表明, 土壤热泵机组满足基本负荷需求, 可充分解决地下部分不可预见的冷热不平衡, 是一种新型的绿色环保的能源方式。本文为我国建筑能源可持续发展技术应用提供有益探索。

关键词：地源热泵,建筑能耗,经济技术分析

参考文献

[1]孟彬, 王立发, 江剑.地埋管地源热泵空调系统经济性分析与设计优化[J].供热制冷, 2009 (01) :34~39.

[2]梁锐, 刘加平.建筑节能[J].世界环境, 2011 (5) :18~20.

地源热泵经济性分析 篇9

地热能相对于风能、太阳能等可再生资源, 是唯一不受天气、季节变化影响的可再生能源, 主要包括地下土壤、岩石及地下热水中的能量。按照地热的分布情况, 可将其分为浅层地热 (地下200m左右) 和深层地热 (地下1000m以下) , 其中深层地热以岩石热为主, 由于施工难度较大, 目前未能大范围推广使用[1]。

近年来, 开滦集团随着节能减排工作的不断开展, 建成近百项节能减排示范工程, 取得了非常显著的经济效益和社会效益。

煤矿井下巷道岩体中蕴藏着非常丰富的低温地热资源, 井下巷道岩石的温度可常年维持在20℃左右, 是非常好的热泵冷、热源, 同时利用煤矿巷道, 可缩减大量的打井工作量, 降低了施工难度。通过对井下岩石热能的研究, 可以实现井下能量井上利用, 提取井下岩石的热能, 以解决井上建筑物的供冷取暖需求, 同时提取矿井岩石热量后, 可降低岩石的散热量, 进而降低井下工作面的温度。

1 井下岩石源热泵系统

井下岩石源热泵系统图如图1所示。

系统包括冷凝器、压缩机、蒸发器、膨胀阀、高承压换热器、热用户末端系统、热泵机组、水源系统、岩石埋管。以冬季用户采暖为例进行说明。冬季用户的供暖水温为45℃, 回水温度为40℃, 采暖区循环回水经冷凝器、膨胀阀、蒸发器后, 在井下的高承压换热器中与井下地埋管部分进行热交换, 吸收热量后, 水温升高, 经蒸发器、压缩机、冷凝器后温度升高到45℃, 供用户使用, 完成一个循环[2]。

井下的高承压换热器将水源部分与地埋管部分隔离开, 其中高承压换热器的管程走水源侧循环水, 冬季进出水温度为8℃/13℃, 工作压力为7.0M Pa。承压换热器的壳程走井下换热循环水, 冬季进出水温度为15℃/10℃, 工作压力为0.2M Pa。通过井下岩石埋管循环后, 冬季可将水温提高5℃, 明显高于传统的地源热泵系统。

岩石内埋管示意图如图2所示。

2 岩石热能利用示范工程建设

2.1 设备选型

整个系统冷负荷为87.12k W, 热负荷为87.12k W, 考虑一定的余量, 选择型号为HSSM/ZR-60F (S) E的模块式地下环路式水源热泵机组2台。在设计工况下机组夏季性能系数COP=5.02, 冬季性能系数EER=3.59。设备参数如表1所示。

k W

注:热泵机组型号HSSM/ZR-60F (S) E。

2.2 系统搭建

该项目建筑为开滦唐山矿机电科办公楼及会议室, 占地面积约为600m2, 建筑空调系统供回水管主管道通过直埋敷设的方式接入机房。水源侧循环水管道从机房接出, 接到新敷设的108的管道, 从而到达600m深的井下巷道, 接入承压换热器, 作为高承压换热器的高承压侧。在井下巷道打80m深的孔, 所有U型管换热后接入水平主管道从而接入承压换热器的低承压侧。

示范项目地点位于唐山矿九水平巷道内, 钻孔数量为26孔, 钻孔深度最浅处为43.03m, 最深处为80.80m, 累积钻探进尺为1956.28m, 钻孔孔径为108mm, 钻孔角度为上仰5°。地埋管由于长期处于岩石层中, 故材质选用HDPE管, 换热管管径为DN32。回填材料为水泥, 所用水泥质量为59.8t。机房和井下巷道中分别安装1套配电系统。整个系统经过水压试验确认合格后才能开始使用。

3 井下岩石热泵机组的运行情况及经济性分析

唐山矿A区机电科办公楼采用地源热泵系统集中供冷和供暖方式, 由于办公楼内夜间也有工作人员, 所以此系统的运行时间为每天24h运行。为了使成本分析更具有可比性, 该方案分别假设全部房间均采用分体空调以及中央空调冷水机组。

唐山地区供冷季约为90d, 冬季供暖时间120d, 设备每天运行时间为24h。唐山矿平均电价为0.52元/k Wh。

3.1 制冷工况

3.1.1 分体式空调

空调的1匹是指制冷量约为2kcal, 换算成国际单位约为2324W, 则1.5匹的制冷量约为3486W。根据唐山矿机电科办公楼的冷负荷需求, 如果将现有机电科的办公楼的制冷全部采用1.5匹的分体机, 则需要分体机约64台。

1) 分体式空调初投资。

目前市场上1.5匹分体式空调的价格大约在3000元/台, 则64台空调的采购价格大约为192000元。

2) 分体式空调运行费用。

由于分体式空调的主要耗电量来自于压缩机的做功、室外温度变化以及室内温度设定等原因, 导致压缩机不是一直保持在100%做功的工况, 所以考虑开机系数为0.8[3]。

分体式空调耗电量表示为:

式中:W—分体式空调的耗电量;

J—1匹空调的耗电量;

k—空调匹数;

n—空调台数;

t—开机时间;

η—开机系数。

经计算, W=735÷1000×1.5×64×24×90×0.8=121928k Wh。按电价0.52元/k Wh计算, 分体式空调运行费用为63403元。

3.1.2 集中式空调

1) 冷水机组系统初投资。

根据唐山矿A区机电科办公楼负荷需求, 冷源选用水冷式冷水机组, 系统包括冷水机组、冷冻水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔、软化水装置、定压补水装置、风机盘管及设备连接管道。系统的初投资大约为326700元。

2) 冷水机组系统运行费用。

中央空调冷水机组系统所有用电设备功率如表2所示。

k W

室外温度变化以及室内温度设定等原因导致机组不是始终保持满负荷运行[4], 精确地计算出中央空调冷水机组系统的运行费用, 如表3所示。

通过以上计算即可得知, 采用系统整个供冷季耗电量为66849k Wh, 运行费用为34762元。

3.1.3 地源热泵系统运行费用

2012年7月19日~7月30日, 在地源热泵机房内安装电表, 每周定期对电表数进行采集, 数据结果如表4所示。

从以上数据可以看出, 地源热泵系统每小时额定功率约为56.55k W, 从2012年7月19日9:00~7月30日15:00, 地源热泵系统平均耗电量约为30k W/h, 约占额定功率的53%。

由于室外温度变化、室内温度设定等原因, 导致机组不是始终保持满负荷运行, 计算地源热泵系统的运行费用, 如表5所示。

通过以上计算即可得知, 采用地源热泵系统整个供冷季耗电量为64128k Wh, 运行费用为33346元。

3.1.4 地源热泵系统空调与其他系统运行费用比较

1) 地源热泵系统空调与分体式空调运行费用比较。

采用地源热泵系统与原有分体式空调相比较, 每个制冷季可节省电量57800k Wh, 节省运行费用30056元, 节能效果明显。

2) 地源热泵系统空调与中央空调冷水机组运行费用比较。

采用地源热泵系统与中央空调冷水机组相比较, 每个制冷季可节省电量2721k Wh, 节省运行费用1415元。

现有机电科办公楼建筑面积小, 地源热泵系统节能优势并不明显, 主要原因是井下系统多耗费一套循环系统, 但是一旦大面积推广使用后, 井下输送的能耗所占比例将是很小一部分, 所以节能优势也会变得明显。

3.2 制热工况

3.2.1 采用小型燃煤锅炉

唐山矿A区机电科办公楼总供暖面积1089m2, 按耗热量指标80W/m2、运行时间120d、每天运行24h计算, 总计功率为65340W。按照燃用无烟煤考虑, 低位发热值为25000k J/kg, 考虑锅炉和管网的综合效率为40%左右, 整个供暖期耗煤约为90.3t, 按照目前市场700元/t价格计算, 费用约为63210元。此外, 此项还没有考虑水泵和风机电费, 因而实际费用会更高。

3.2.2 采用城市热力

唐山矿A区机电科办公楼总供暖面积1089m2, 按目前城市热力费用34.3元/m2计算, 运行费用为37352.7元。

3.2.3 采用岩石热泵系统

2012年11月15日~2013年3月7日, 读取安装在地源热泵机房的电表, 定期对电表读数进行采集, 数据结果如表6所示。

岩石热泵系统热泵机组和循环水泵总计功率约为56.55k W, 运行时间为111d, 按每天运行24h计算, 总设计功率为85504k W。实际运行工况下, 地源热泵系统平均耗电量约为20.72k Wh, 实际运行耗电量为61868k Wh, 占额定功率的72.3%左右, 平均电价为0.52元/k Wh, 运行费用为32171.36元。

3.2.4 分体式空调运行费用

由式 (1) 可得, 使用分体式空调进行冬季采暖时 (空调冬季使用时间为120d) , 耗电量W=735÷1000×1.5×64×24×120×0.8=162570k Wh。按电价0.52元/k Wh计算, 冬季分体式空调运行费用为84536元。

3.2.5 集中式空调运行费用

冷水机组和水泵风机总计功率约为59k W, 运行时间为120d, 按每天运行24h计算, 总计功率为89132k W, 运行费用为46348元。

以上分析表明, 5种供暖方式中, 分体式空调运行费用最高, 为84536元;其次是小型燃煤锅炉, 供暖费用63210元;岩石热泵系统运行费用最低, 为32171.36元。采用岩石热泵系统的COPh达到5.2。

为方便对比分析, 对同一系统进行比较时, 将电耗折合成标煤数据, 参考2011年全国平均火力发电煤耗, 即1k Wh电力折合为354克标准煤[5]。2012年制冷季及2013年供暖季统计数据如表7所示。

为统一衡量标准, 将不同系统类型的能源消耗统一换算为标准煤的形式, 其中分体式空调、集中式空调、井下岩石源热泵的换算均是将电耗折合成标煤数据, 参考2011年全国平均火力发电煤耗, 即1k Wh电力折合为354克标准煤;城市热网参考2011年全国城市热网的平均标准煤耗费量, 数值为27.48 kg/ (m2·a) ;锅炉房采暖的能耗采用烟煤的折标系数进行计算, 折标系数为0.7143。

不同空凋系统总能耗统计表如表8所示。通过比较可以看出, 井下岩石源热泵的能耗是最低的。

4 结论

利用岩石源热泵技术可以实现夏冬两季冷暖联供。若将岩石源热泵系统推广, 可解决唐山市区100万m2以上的建筑供热问题, 将大大改善唐山市区城市供热紧张的局面, 并可改善建筑能耗的能源结构, 强化节能减排效果。通过不同形式采暖制冷的能耗统计可以发现, 井下岩石源系统的能耗最低, 仅为40.915 kg/ (m2·a) , 根据测算, 唐山矿地下矿体地热资源总量达到5.2×1013k J, 单项取热的条件下可使用125a。

尽管岩石源热泵系统的应用还存在区域性强、初投资较高、缺少动态特性研究等问题, 但是随着科技的进步和工程技术人员的不懈努力, 这些问题都将得到很好地解决。

参考文献

[1]柴立龙, 马承伟, 张义, 等.北京地区温室地源热泵供暖能耗及经济性分析[J].农业工程报, 2010, 26 (3) :249-254.

[2]张昌, 胡平放, 陈焰华, 等.热泵技术与应用[M].北京:机械工业工业出版社, 2005.

[3]李琼.地源热泵及其优越性[J].山西建筑, 2010, 36 (19) :170-171.

[4]贾孟立, 侯中兰, 等.地源热泵与常规供暖的经济性比较[J].可再生能源, 2005, (5) :74-75.

地源热泵经济性分析 篇10

1 工程概况

西安市某宾馆, 其建筑面积约为4 620 m2, 空调面积约为3 390 m2。该建筑南部为3层客房, 空调面积约为2 320 m2。建筑北部为2层公共建筑区, 分布有多功能厅、休息厅、包间以及办公室等, 空调面积约为1 080 m2。夏季总冷负荷为395 k W, 冬季总热负荷为310 k W。

2 初投资分析

文章以该建筑采用空气源热泵空调系统为基础来核算该建筑采用燃油热水锅炉加冷水机组时的相关费用。初投资费用主要包括:土建费、安装工程费 (含材料费) 、设备购置费。西安地区土建费按2 000元/m2计;安装费按设备费折算, 空气源热泵系统按12%计, 燃油热水锅炉加冷水机组按20%计[1];非居民用电为0.782 k W·h (发改[2008]1679) ;电力增容费按390元/k W;0号柴油7 125元/t (发改电[2009]295) ;服务行业用水为4.3元/m3 (陕价函[2006]187) 。

2.1 空气源热泵系统初投资分析

该宾馆建筑的客房部分采用的是热泵型分体式空调, 其余空间采用的是空气源热泵风管式集中空调分体机。初投资主要是热泵机组 (包含主要的末端设备) 以及安装费 (工程辅助材料费) , 整个系统工程造价如表1所示。

2.2 燃油热水锅炉加冷水机组初投资分析

燃油热水锅炉加冷水机组是目前工程中使用较多的空调冷热源方案, 也是当前技术上比较成熟的方案之一。采用该方案时, 工程造价如表2所示。

3 运行费用分析

年运行费用主要指运行费和固定费。运行费指能耗费, 即所谓的燃料费、水费、电费、维修费、人工费等。固定费包括设备的折旧费、利息和税金等, 此次比较中不考虑固定费。

空调冷热源的能耗约占整个空调系统运行能耗的50%~60%[1], 因此, 分析空调冷热源能耗对整个空调系统的节能优化有着非常重要的意义。空调系统全年 (或季节) 总能耗, 是衡量和评价空调系统经济节能的主要指标, 其主要计算方法有[2]:当量满负荷运行时间法、度日法、电子计算机模拟计算法和负荷频率表法。本文采用当量满负荷运行时间法进行计算。当量满负荷运行时间参考日本尾岛俊雄对建筑物实测统计后整理出来的数据, 即冬季当量满负荷运行时间为1 050 h, 夏季当量满负荷运行时间为1 300 h。两种方案费用如下:

1) 空气源热泵系统:耗电量346.12 MW·h, 电费27.07万元/年, 人工费1.00万元/年, 共计运行费28.07万元/年;

2) 冷水机组+燃油锅炉:耗电量142.86 MW·h, 电费11.17万元/年, 耗油量33 390.0 kg/年, 耗水量3 900.00 t/年, 水费1.68万元/年, 人工费2.00万元/年, 共计运行费38.64万元/年。

4 空调冷热源方案的比较与分析

比较看出, 在该建筑中使用直接蒸发式的空气源热泵初投资和运行费用都小于燃油锅炉加冷水机组。总体上, 得出以下结论:

1) 这种分区使用且规模较小 (如宾馆、酒店等) 的建筑物, 空气源热泵明显占有优势。因为它使用灵活方便, 可根据不同空调区域的使用需求分别开启, 这就大大减少了运行费用。

2) 从总的初投资和年运行费用来看, 空气源热泵系统要低于燃油锅炉加冷水机组。因为前者只需在室外屋顶等闲置空阔的地方安置机组, 节约了投资。而后者需专门设置机房, 同时要设置储油罐, 还受到消防方面限制。

3) 从使用寿命和技术角度看, 螺杆式冷水机组使用寿命长且技术最成熟, COP值一般在3.9~5.7之间[3]。虽然空气源热泵机组夏季运行时制冷性能低于冷水机组, 但冬季制热运行时性能系数约为2.3~2.5, 有明显的节能意义。

摘要：以西安市某宾馆为例, 结合具体工程概况, 对该建筑采用空气源热泵、燃油热水锅炉加冷水机组两种冷热源方案时的初投资和运行费用进行了比较, 通过分析评价, 得出了在西安地区应用空气源热泵的优势。

关键词：热泵,冷热源,经济性,投资,比较

参考文献

[1]姚文涛.供水大厦空调冷热源方案比较[D].西安:西安建筑科技大学, 2004.

[2]钱以明.高层建筑空调与节能[M].上海:同济大学出版社, 1990.