地源熱泵地工作原理及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析報告2

1、實用文檔地源熱泵的工作原理及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析一、什么是地源熱泵地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包 括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié) 能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電 能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為 熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即在冬季，把地能中的 熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室 內(nèi)的熱量取出來，釋放到地能中去。熱泵機(jī)組的能量流動是 利用其所消耗的能量（如電能）將吸取的全部熱能（即電能 + +吸收的熱能）一起排輸至高溫?zé)嵩?。而其所耗能量的作?是使制冷劑氟里昂壓縮至高溫高壓狀態(tài)，從而達(dá)到吸收低溫 熱

2、源中熱能的作用。請參見能流圖所示。實用文檔吸收的地?zé)崴疅崃?10,00大卡 (100%)供熱量12,500大卡(125%)通常地源熱泵消耗1kW1kW的能量，用戶可以得到 5kW5kW以上 的熱量或4kW4kW以上冷量，所以我們將其稱為節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)。與鍋爐(電、燃料)供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%90% 以上的電能或707090%90%勺燃料內(nèi)能為熱量，供用戶使用，因 此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃 料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于地源熱泵的熱源溫度 全年較為穩(wěn)定，一般為 10102525C,其制冷、制熱系數(shù)可達(dá) 3.53.54.44.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，

3、要高出4040危右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的505060%60%。因此，近十幾年來，尤其是近五年來，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國、加拿大 及法國、瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍，可以預(yù)計，該項技術(shù)將會成為2121 世熱泵機(jī)組 #能系數(shù)=4實用文檔紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。二、地源熱泵國內(nèi)外發(fā)展近況地源熱泵的歷史可以追朔到 19121912 年瑞士的一個專利， 歐洲第一臺熱泵機(jī)組是在 19381938 年間制造的。它以河水低溫 熱源，向市政廳供熱，輸出的熱水溫度可達(dá)6060C C。在冬季采用熱泵作為采暖需要， 在夏季也能用來制冷。 19731973 年能源危

4、 機(jī)的推動，使熱泵的發(fā)展形成了一個高潮。目前，歐洲的熱 泵理論與技術(shù)均已高度發(fā)達(dá)，這種“一舉兩得”并且環(huán)保的 設(shè)備在法、德、日、美等發(fā)達(dá)國家業(yè)已廣泛使用。如美國， 截止 19851985 年全國共有 14,00014,000 臺地源熱泵，而 19971997 年就安 裝了 4545， 000000 臺，到目前為止已安裝了 400400， 000000 臺，而且 每年以 10%10%的速度穩(wěn)步增長。 19981998 年美國商業(yè)建筑中地源熱 泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的 19%19%，其中有新建筑中占 30%30%。 美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛迪 遜電力研究所及眾多地源熱泵廠

5、家組成的美國地源熱泵協(xié) 會，該協(xié)會在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣 工作。美國計劃到 20012001 年達(dá)到每年安裝 4040 萬臺地源熱泵的 目標(biāo)，屆時將降低溫室氣體排放 1 1 百萬噸，相當(dāng)于減少 5050 萬輛汽車的污染物排放或種植樹 1 1 百萬英畝，年節(jié)約能源費(fèi) 用達(dá) 4.24.2 億美元，此后，每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加 1.71.7 億美 元。與美國的地源熱泵發(fā)展有所不同，中、北歐如瑞典、瑞 實用文檔士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下土壤 埋盤管（埋深 4000NPV0表明項目盈利能力滿足了行業(yè)最低要求， 項目在財務(wù)上是可以接受的；如NPW0NPW0則表示未

6、能達(dá)到預(yù)定的收益，表示可以不考慮此項目。投資回收期評價方法：如項目的全部投資回收期小于行業(yè)基準(zhǔn)投資回收期，表明項目投資能按時收回，投資回收期 越小，表明經(jīng)濟(jì)性越優(yōu)。實用文檔計算條件1 1 選取天津地區(qū)住宅樓為計算對象，供暖熱指標(biāo)取50w/m50w/m2,空調(diào)冷指標(biāo)取 80w/m80w/m o2 2地源熱泵冬季供暖制熱系數(shù)4.004.00 ,夏季空調(diào)制冷系數(shù)4.504.50 ，單冷空調(diào)制冷系數(shù)取 3.203.20 o指標(biāo)燃料 (*)(*)熱值 (Kcal/*)(Kcal/*)效率單價( ( 元 /*)/*)煤 (kg)(kg)500050000.700.70實用文檔0.250.25油 (kg)(

7、kg)10300103000.850.852.652.65天然氣 (m(m 3) )850085000.900.901.801.803 3 經(jīng)濟(jì)參數(shù)有： 地下水資源費(fèi) （0.040.04 元/ / 噸），電價（0.50.5元/ / 度），各種燃料的熱值及價格（見右表），軟化水費(fèi)， 排污費(fèi)，工人工資，利率，設(shè)備使用年限等。4 4 供暖空調(diào)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)北方地區(qū)有供暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)， 如天津地區(qū)為18.518.5元/m/m2，但空調(diào)沒有收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。將來供暖 空調(diào)要改為“計量收費(fèi)”，以熱（冷）量為收費(fèi)單位，如南 方某地出臺以0.280.28元/kw.h冷量為收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。分析比較實用文檔1 1 初投資比較，初投

8、資中包括了從冷熱源到管網(wǎng)到室內(nèi) 終端的所有投資項。見圖 1 1，熱泵的初投資高于鍋爐，但從 總初投資看，由于地源熱泵可供暖供冷，一機(jī)兩用，一次投 資全年使用，節(jié)省了冬季供暖的投資，因此地源熱泵的初投 資要低于鍋爐加空調(diào)系統(tǒng)的總投資。2 2 供暖成本比較，見圖 2 2 ，煤鍋爐供暖成本最低，其次 是地源熱泵、天然氣鍋爐，油鍋爐最高。以地源熱泵為基準(zhǔn) 比較各方案供暖成本，煤鍋爐比地源熱泵低30%30%左右，而天然氣鍋爐要高 40%40%左右，油鍋爐要高 70%70%左右。3 3 空調(diào)成本比較，地源熱泵的空調(diào)運(yùn)行成本要低于單冷 空調(diào)，低約 30%30%左右。4 4 從凈現(xiàn)值看，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn) 0.280.

9、28 元 /kw.h/kw.h 時（圖 3 3），各 供暖空調(diào)方案的凈現(xiàn)值均小于 0 0，只有煤鍋爐當(dāng)供暖面積大 于一定值時凈現(xiàn)值才大于 0 0，說明按 0.280.28 元 /kw.h/kw.h 的收費(fèi)標(biāo) 準(zhǔn)，只有燃煤鍋爐具有一定經(jīng)濟(jì)效益。如果加大收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)， 如定為 0.40.4 元 /kw.h/kw.h ，重新計算各方案的凈現(xiàn)值（圖 4 4）、收 益率（圖 5 5）和投資回收期（圖 6 6），可以得到燃煤鍋爐和 地源熱泵供暖的凈現(xiàn)值均大于 0 0，內(nèi)部收益率大于基準(zhǔn)收益 率 8%8%，以及投資回收期小于 1010 年，此時燃煤鍋爐和地源熱 泵供暖經(jīng)濟(jì)上是可行的。相比之下，由于單冷空調(diào)經(jīng)濟(jì)性

10、明 顯低于地源熱泵空調(diào)，所以燃煤鍋爐供暖加單冷空調(diào)方案的實用文檔經(jīng)濟(jì)性要低于地源熱泵供暖空調(diào)，說明了地源熱泵一機(jī)兩 用，既供暖又空調(diào)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。對地源熱泵方案與燃煤、燃油和燃?xì)忮仩t加單冷空調(diào)各 方案的綜合經(jīng)濟(jì)性（凈現(xiàn)值均，收益率，投資回收期）進(jìn)行 比較，地源熱泵為最優(yōu)方案，其次依次是燃煤、天然氣和油 鍋爐加單冷空調(diào)系統(tǒng)。八、常見問題討論1.1. 為什么地源熱泵在美國、歐洲以及中國，尤其是近些年來 為越來越多的用戶所認(rèn)識，市場日趨活躍呢？一方面是由于全世界范圍內(nèi)比以往更加關(guān)注能源、環(huán)境 與可持續(xù)發(fā)展的問題，對于中國由于以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu) 已經(jīng)造成了極為嚴(yán)重的大氣污染，因此，要實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持 續(xù)

11、發(fā)展，必須盡可能多地利用清潔的可再生能源，必須加大 節(jié)能的力度，而既能在冬季供暖、又能在夏季制冷空調(diào)的地 源熱泵系統(tǒng)是很好的一個選擇；另一方面是地源熱泵系統(tǒng)經(jīng) 過多年的研究，在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，而且經(jīng)過多年的示 范與實踐，確認(rèn)了地源熱泵系統(tǒng)的很多優(yōu)點：節(jié)約能源、舒 適、安全、性能穩(wěn)定、清潔、使用靈活等。2.2.水環(huán)路熱泵（WLHPWLHP系統(tǒng)與地源熱泵（GSHPGSHP系統(tǒng)有什么 實用文檔異同？適用于什么場合？兩者都可通過水源熱泵如水空氣熱泵或水水熱泵系統(tǒng)為建筑物提供熱量或冷量，區(qū)別是WLHFWLHF系統(tǒng)通常是指利用冷卻水塔和鍋爐保持全年冬夏兩季節(jié)的供水溫度穩(wěn)定 的系統(tǒng)，而GSHFGSHF系

12、統(tǒng)則通常是指通過利用地下水、地下?lián)Q 熱系統(tǒng)、地表水或者地下?lián)Q熱系統(tǒng)與冷卻塔、鍋爐相結(jié)合等 形式維持供水溫度穩(wěn)定的系統(tǒng)；此外，WLHP-WLHP-般為分散式系統(tǒng)，而GSHFGSHF既可為分散式系統(tǒng)也可為集中式系統(tǒng)。對于WLHFWLHF系統(tǒng)適用于什么場合，有研究認(rèn)為，單純的 供冷或單純的供熱選用水環(huán)路熱泵是不合理的；對同時具有 制冷和制熱需要的空調(diào)建筑，當(dāng)其內(nèi)部余熱量較小或較大 時，使用 WLHFWLHF系統(tǒng)節(jié)能效果不明顯，只有當(dāng)機(jī)組排出的熱 量與部分水源熱泵機(jī)組吸收的熱量相近時，才具有明顯的節(jié) 能優(yōu)勢。對于某一特定建筑，設(shè)計者需根據(jù)建筑物的冷熱負(fù) 荷曲線、使用特點、功能，所處環(huán)境等諸多因素綜合評

13、價使 用WLHFWLHF系統(tǒng)是否節(jié)能、合適。一般地說，以下幾種情況可 考慮使用 WLHPWLHP有低品位穩(wěn)定可靠的廢熱可以利用；建筑物內(nèi)同時有制冷和供熱的需要；制冷量不大，且又要求獨(dú) 立計量電費(fèi)，使用時間不一，個別房間或區(qū)域經(jīng)常需在夜間 或節(jié)假日獨(dú)立使用的建筑。地源熱泵系統(tǒng)的適用場合，對于分散式系統(tǒng)，類似于上 實用文檔述水環(huán)路熱泵系統(tǒng)的情況；而對于集中式系統(tǒng)，即集中為建 筑物各房間提供冷水或熱水的情況，則適用范圍較廣，尤其 適用于辦公樓、學(xué)校及別墅等。3.3. 對幾種地源熱泵系統(tǒng)在工程應(yīng)用中的評述1 1）直接利用地下井水的地源熱泵系統(tǒng)：其最大優(yōu)點是 非常經(jīng)濟(jì)，占地面積小，但要注意必須符合下列條

14、件：水質(zhì) 良好；水量豐富；符合標(biāo)準(zhǔn)。2 2）地下埋管的地源熱泵系統(tǒng)：對于垂直式埋管系統(tǒng)， 其優(yōu)點有：較小的土地占用，管路及水泵用電少，其缺點是 鉆井費(fèi)用較高；對于水平式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點有：安裝費(fèi)用 比垂直式埋管系統(tǒng)低，應(yīng)用廣泛，使用者易于掌握，其缺點 有：占地面積大，受地面溫度影響大，水泵耗電量大。3 3）地表水式熱泵：其優(yōu)點有：在 1010 米或更深的湖中， 可提供1010 C的直接制冷，比地下埋管系統(tǒng)投資要小， 水泵能 耗較低， 高可靠性， 低維修要求、 低運(yùn)行費(fèi)用， 在溫暖地區(qū)， 湖水可做熱源，其缺點有：在淺水湖中，盤管容易被破壞， 由于水溫變化較大，會降低機(jī)組的效率。4 4）鍋爐 / / 冷卻塔與地下埋管相結(jié)合的混合型地源熱泵系 統(tǒng)：適用于空間小， 不能單獨(dú)采用地下埋管換熱系統(tǒng)的建筑，冷卻塔和閉環(huán)式系統(tǒng)相結(jié)合制冷，節(jié)省成本；事實證明該系 實用文檔統(tǒng)是高效率、低費(fèi)用的。4.4. 地源熱泵的運(yùn)行費(fèi)用怎樣？經(jīng)濟(jì)性如何？這是用戶最關(guān)心，也是大家最容易提出的一個問題，然 而，也是目前最難回答的一個問題。因為影響地源熱泵使用 經(jīng)濟(jì)性的因素有很多，如電價、用戶或居民行為、氣候條件 以及例如非正常的炎熱或寒冷季節(jié)等其它因素。尤其是在中 國的應(yīng)