地源熱泵經(jīng)濟(jì)案例分析

地源熱泵經(jīng)濟(jì)案例分析系統(tǒng)介紹

能夠節(jié)電50%的環(huán)保中央空調(diào)

陽光假日別墅位于延慶，該別墅建筑結(jié)構(gòu)為地面三層，地下一層，每戶都有一個40平方花園，這就給安裝地源熱泵中央空調(diào)提供了必要條件。依據(jù)我司對已經(jīng)施工完成的戶型作比較，其結(jié)果如下：

一、采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷熱泵中央空調(diào)，其造價：52500元。

二、采用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，其造價：72500元。

三、采用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)每年可節(jié)省的電費(fèi)和燃?xì)赓M(fèi)用：5550元。

四、除去燃?xì)鉅t的成本約11500元，兩年內(nèi)節(jié)省的費(fèi)用就超過增加的投資。

隨著空調(diào)工業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)的中央空調(diào)系統(tǒng)不斷的出現(xiàn)，空調(diào)在現(xiàn)代建筑中扮演著越來越重要的角色。人們對空調(diào)的要求也不斷提高，節(jié)能、環(huán)保、靈活成為今后共同追求的目標(biāo)。近年來，隨著國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作的不斷深入，地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入了我國，并通過在工程中的成功運(yùn)用得到了空調(diào)界人士的認(rèn)可和推崇，成為了我國中央空調(diào)發(fā)展的趨勢，體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、靈活、舒適的新概念。美國環(huán)境保護(hù)局已經(jīng)宣布，地源熱泵系統(tǒng)是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。

組成

地源熱泵空調(diào)機(jī)組是一種水冷式的供冷/供熱機(jī)組。機(jī)組由封閉式壓縮機(jī)、同軸套管式水/制冷劑熱交換器、熱力膨脹閥（或毛細(xì)膨脹管）、四通換向閥、空氣側(cè)盤管、風(fēng)機(jī)、空氣過慮器、安全控制等所組成。機(jī)組本身帶有一套可逆的制冷/制熱裝置，是一種可直接用于供冷/供熱的熱泵空調(diào)機(jī)組。

原理

地源熱泵系統(tǒng)是一種由雙管路水系統(tǒng)連接起建筑物中的所有地源熱泵機(jī)組而構(gòu)成的封閉環(huán)路的中央空調(diào)系統(tǒng)。

在冬季，地源熱泵系統(tǒng)通過埋在地下的封閉管道（稱為環(huán)路）從大地收集自然界的熱量，而后由環(huán)路中的循環(huán)水把熱量帶到室內(nèi)。再由裝在室內(nèi)的地源熱泵系統(tǒng)驅(qū)動的壓縮機(jī)和熱交換器把大地的能量集中，并以較高的溫度釋放到室內(nèi)。

在夏季，此運(yùn)行程序則相反，地源熱泵系統(tǒng)將從室內(nèi)抽出的多余

熱量排入環(huán)路而為大地所吸收，使房屋得到供冷。尤如電冰箱那樣，從冰箱內(nèi)部抽出熱量并將它排出箱外使箱內(nèi)保持低溫。

系統(tǒng)

系統(tǒng)是由下列部分所組成：模塊式地源熱泵機(jī)組、循環(huán)水泵、水管環(huán)路、水系統(tǒng)控制箱和室內(nèi)溫控器等。

地源熱泵機(jī)組采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件,需要時各部件的修配和更換很方便。因?yàn)樵O(shè)計簡單，并不需要高技術(shù)的操作工程人員的服務(wù)。唯一需要經(jīng)常保養(yǎng)的是空氣過濾網(wǎng)和凝結(jié)水盤的清潔。

系統(tǒng)設(shè)計簡單，靈活、安裝快速。機(jī)組己在工廠組裝好并自帶溫度控制裝置，現(xiàn)場工作只是少量低壓風(fēng)管、電氣連接裝置和不需要保溫的水管的連接。管道可采用鋼管、銅管或塑料管。維修方便快捷，機(jī)組結(jié)構(gòu)堅固，壽命長久。熱泵機(jī)組的功率系數(shù)(COP)可達(dá)到4以上，即1千瓦電輸入，有4千瓦多冷量輸出的高效率。

優(yōu)勢1.地源熱泵系統(tǒng)能充分利用蘊(yùn)藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循環(huán)再生，實(shí)現(xiàn)對建筑物的供暖和制冷。因而運(yùn)行費(fèi)用較低。

2.地源熱泵比風(fēng)冷熱泵節(jié)能40％，比電采暖節(jié)能70％。比燃?xì)鉅t效率提高48％。所需電費(fèi)制冷季比一般熱泵空調(diào)減少50％。

3.地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)動部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少維護(hù)，系統(tǒng)安裝在室內(nèi)，不暴露在風(fēng)雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。

4.地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中無需燃燒，因此不會產(chǎn)生有毒氣體，也不會發(fā)生爆炸。

5.由于地源熱泵系統(tǒng)的供冷、供熱更為平穩(wěn)，降低了停、開機(jī)的頻率和空氣過熱和過冷的峰值。這種系統(tǒng)更容易適合供冷、供熱負(fù)荷的分區(qū)。

6.地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達(dá)50年。

7.一年四季任何時間都可以隨時提供空調(diào)，可以隨意設(shè)定室內(nèi)溫度，達(dá)到五星級要求。

8.提供新風(fēng)，保證室內(nèi)空氣新鮮。

9.設(shè)計簡單靈活，安裝快速。

應(yīng)用

地源熱泵系統(tǒng)的能量來源于地下能源。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調(diào)”。被認(rèn)為是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)無論嚴(yán)寒地區(qū)或熱帶地區(qū)均可應(yīng)用。可廣闊應(yīng)用在辦公樓、賓館、學(xué)校、宿舍、醫(yī)院、飯店、商場、別墅、住宅等領(lǐng)域。

地源熱泵應(yīng)用于戶式中央空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性分析:

一、運(yùn)行的環(huán)境條件

1.與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內(nèi)能為熱量，供用戶使用，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。

2.地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5～4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50～60%[13]。

運(yùn)行費(fèi)用分析：

以北京市的物價水平-天然氣價1.90元/m3、電0.44元/kWh來比較[14]。如果利用天然氣來采暖，天然氣熱值為33500kJ/m3，利用熱效率90%計，則燃燒1m3可以獲得熱量為：Q=33500×0.9=30150kJ。

如果使用地?zé)釤岜茫OP=3.5，則獲得同樣的熱量需要耗電量為：

W=Q/COP=30150/35=8614.3(kJ)=2.4(kWh)

費(fèi)用比較可知：

熱泵供暖電費(fèi)=0.44(元/Kwh)×W=0.44×2.4=1.056(元)

而1m3的天然氣費(fèi)用=1.90(元)

因此，用地?zé)釤岜霉┡幔┛蓽p少運(yùn)行費(fèi)用：

y=(1.9-1.056)/1.9=44.4%

二、工程實(shí)例投資及經(jīng)濟(jì)性對比分析：

現(xiàn)在再來通過實(shí)例來比較以地源熱泵為冷熱源與常規(guī)冷熱源的戶式中央空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性比較[15]：

表2投資及經(jīng)濟(jì)性對比分析

系統(tǒng)類型

總投資（萬元）

年運(yùn)行費(fèi)用（萬元）

年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用（萬元）

節(jié)約率

冷水機(jī)組加市政管網(wǎng)供熱

8.4

1.6

0

0

地源熱泵冷暖空調(diào)系統(tǒng)

10.1

0.7

0.9

56％通過上述分析可以看出，將地源熱泵應(yīng)用于戶式中央空調(diào)中，有以下一些特點(diǎn)：

(1)從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，設(shè)備的初投資較大，但是，地源熱泵在夏季可以做空調(diào)冷源，冬季可以做供熱的熱源，因此兼用制冷的熱泵系統(tǒng)與純采暖相比的年運(yùn)行費(fèi)要明顯降低。而且，地源熱泵系統(tǒng)能耗少，機(jī)組性能系數(shù)高，節(jié)能效果明顯。

(2)從環(huán)保的角度考慮，地源熱泵有不對使用地產(chǎn)生大氣污染、噪聲污染、熱污染等優(yōu)點(diǎn)，并且埋地?fù)Q熱器可布置在別墅區(qū)的花園、草坪或是建筑物周圍的地下，而不占地上建筑面積，對環(huán)境保護(hù)有利，是一種“綠色空調(diào)”，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

(3)從工程技術(shù)方面考慮，對于別墅區(qū)，建筑物周圍空間較大，鋪設(shè)埋管較容易，所以較適合使用地源熱泵系統(tǒng)。

(4)從操作運(yùn)行角度來考慮，地源熱泵系統(tǒng)操作要比普通制冷機(jī)組簡單方便。

盡管地源熱泵的應(yīng)用還存在諸如其區(qū)域性較強(qiáng)；初投資較高；缺少針對土壤熱特物性參數(shù)的研究成果；缺少最佳匹配參數(shù)；缺少動態(tài)特性研究等方面的不足，但是隨著科技的進(jìn)步和工程技術(shù)人員的不懈努力這些問題都將得到很好的解決。

三、前景展望

在我國夏熱冬冷地區(qū)及寒冷地區(qū)利用地源熱泵可實(shí)現(xiàn)夏冬兩季冷暖聯(lián)供，其中最有利的地區(qū)是夏熱冬冷地區(qū)。這個地區(qū)年平均溫度高，一般居住建筑均無集中供熱系統(tǒng)供暖，而其氣候特點(diǎn)是夏季炎熱，濕度大；冬季陰冷潮濕，屬我國居住熱環(huán)境質(zhì)量最差的地區(qū)之一。該地區(qū)夏季供冷冬季供暖天數(shù)相當(dāng)，同一地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行空調(diào)可以充分發(fā)揮地下蓄能系統(tǒng)的作用。如果在這些地區(qū)大力發(fā)展地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)，必將大大改善當(dāng)?shù)厝嗣竦木幼岘h(huán)境，為國家節(jié)約大量的建筑能耗。

如果按空調(diào)的制冷或制熱面積來計算空調(diào)的價格，戶式中央空調(diào)的價格應(yīng)遠(yuǎn)比中央空調(diào)的價格便宜，但和普通空調(diào)比起來又略高一些，不過其價格又在人們的承受能力之內(nèi)，而且戶式中央空調(diào)的性能不遜于中央空調(diào)，豪華舒適性也優(yōu)于普通家用空調(diào)，室外機(jī)只有一臺，可以選擇安裝在住房樓頂或者其它隱蔽性的地方，絲毫不影響樓房的外觀。

總之，將地源熱泵技術(shù)應(yīng)用于戶式中央空調(diào)的技術(shù)可以滿足于新世紀(jì)空調(diào)的發(fā)展需要，并且具有很強(qiáng)的可行性，是一種需要大力發(fā)展的新型能源利用技術(shù)。隨著地源熱泵應(yīng)用于戶式中央空調(diào)技術(shù)研究的進(jìn)展，必然會對我國能源的科學(xué)利用起到良好的促進(jìn)作用。

水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)與集中式中央空調(diào)系統(tǒng)對比表

水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)

集中式中央空調(diào)系統(tǒng)

不需復(fù)雜設(shè)計，設(shè)計周期短

系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，設(shè)計周期較長

免機(jī)房，只需提供冷卻水塔，水泵放置場所，節(jié)省了寶貴的主機(jī)占地面積。

主機(jī)占地面積較大，機(jī)房土建投資和機(jī)房設(shè)備安裝投資較大。

部分空調(diào)使用時節(jié)能，尤其是在過渡季節(jié)根據(jù)不同需要，不同空間可同時分別供應(yīng)冷暖，能源可互相交替，節(jié)省過度季節(jié)的能耗

部分空調(diào)使用時，最低能量亦要達(dá)到總能量的25%，在達(dá)不到滿負(fù)荷時，浪費(fèi)大量能源。

水流儲能，冷暖采用同一能源，可滿足用戶不同要求，同一系統(tǒng)（樓宇）內(nèi)，用戶可根據(jù)需要隨意選擇制冷或供熱，大大節(jié)省使用成本。

同一系統(tǒng)（樓宇）內(nèi)，不能同時滿足供暖和制冷的不同要求，季節(jié)交替時須一次性轉(zhuǎn)換制冷或制熱。當(dāng)只有部分空調(diào)使用時，浪費(fèi)大量能源。

可獨(dú)立裝表計量，用戶根據(jù)使用空調(diào)的時間的長短來交納運(yùn)行費(fèi)用。

費(fèi)用不用計量，無論用戶用否或多少，費(fèi)用一樣支付。

冷卻水系統(tǒng)簡單，只需一般技術(shù)人員即可應(yīng)付自如。

需專門技術(shù)人員維護(hù)和保養(yǎng)，更多時需要委托供應(yīng)商來維護(hù)和保養(yǎng)，費(fèi)用較高。

少數(shù)備用機(jī)即可保證空調(diào)正常供給，維修簡易，費(fèi)用低廉，維修時不必整座樓宇停機(jī)。

需配昂貴的備用制冷機(jī)組和專業(yè)化操作人員，且主機(jī)損壞時，整個空調(diào)系統(tǒng)將會部分或全部停頓，維修、維護(hù)成本高

可分期投資購買設(shè)備，只須先安裝水循環(huán)系統(tǒng)，個別機(jī)組可視需要量遞增。

須先投資制冷主機(jī)和供熱鍋爐，一次性投資費(fèi)用較大。

舊樓翻新安裝空調(diào)，即可避免損壞樓宇原有結(jié)構(gòu)，又可分層安裝及使用空調(diào)

無法避免損壞原有結(jié)構(gòu)，且難找到適用機(jī)房，一般需全樓停業(yè)以進(jìn)行安裝工程，經(jīng)濟(jì)損失較大。

每臺機(jī)組均有只能接口，易于進(jìn)行智能化控制（如時控、遙控等）

也能進(jìn)行智能化控制，但主機(jī)和末端控制點(diǎn)多，系統(tǒng)復(fù)雜，工程量大。

陽光假日別墅地源熱泵中央空調(diào)方案

------------案例分析

一、項(xiàng)目簡介

本戶型位于延慶陽光假日別墅，地上三層地下一層，總建筑面積約361m2，每戶都有一個40平方的花園，空調(diào)面積為190m2，共九個風(fēng)盤。機(jī)房設(shè)在地下一層，水箱和空調(diào)主機(jī)以及水泵均放在機(jī)房內(nèi)。

二、空調(diào)設(shè)計方案

本工程的空調(diào)形式采用節(jié)能、環(huán)保的水/水式地源熱泵，通過雙管路水系統(tǒng)連接起各臺地源熱泵機(jī)組而構(gòu)成封閉環(huán)路的中央空調(diào)系統(tǒng)?，F(xiàn)根據(jù)該建筑冷負(fù)荷和產(chǎn)生生活熱水要求?，F(xiàn)選擇1臺制冷量19.1KW，加拿大水/水式地源熱泵機(jī)組。夏季利用地源熱泵機(jī)組產(chǎn)生7℃的冷凍水，通過風(fēng)機(jī)盤管制冷。冬季利用地源熱泵機(jī)組產(chǎn)生50℃的熱水，通過地面輻射采暖。通過回收地源熱泵機(jī)組余熱產(chǎn)生生活熱水。生活熱水是一個單獨(dú)的系統(tǒng)（該系統(tǒng)需增加部份裝置）。當(dāng)水箱里的水溫達(dá)到60℃的時，水泵停止運(yùn)行。否則水泵將一直運(yùn)行。水箱一直儲存一定量的熱水，若水箱里的水減少時，系統(tǒng)將自動補(bǔ)水。

根據(jù)計算，夏季地下?lián)Q熱器的散熱量大于冬季的吸熱量需求，因此計算地下?lián)Q熱器時全部以夏季工況選取。根據(jù)空調(diào)夏季的總冷負(fù)荷26.5KW。按照北京的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件通過計算，該項(xiàng)目需要鉆4個80米深的孔，孔與孔間距為4米，本項(xiàng)目的地下埋管環(huán)路設(shè)計采用同程式。

三、設(shè)備清單（加拿大品牌）

1、水-水式地源熱泵機(jī)組系統(tǒng)

型號

參數(shù)

數(shù)量(臺)

單位功率（kw）

總功率（kw）

地源熱泵機(jī)組SSR200

19.1kw

1

4.2/5.1

5.1

風(fēng)機(jī)盤管

150w

9

1

1

源水側(cè)水泵

8m3/h15m

2

0.5

0.5

用戶側(cè)水泵

4m3/h8m

1

0.5

0.5

2、風(fēng)冷熱泵中央空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)

型號

參數(shù)

數(shù)量(臺)

單位功率（kw）

總功率（kw）

風(fēng)冷熱泵機(jī)組LSR200

19.2kw

1

6.57

6.57

風(fēng)機(jī)盤管

150w

9

1

1

用戶側(cè)水泵

4m3/h8m

1

0.5

0.5

地源熱泵與風(fēng)冷+燃?xì)庀到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析：

運(yùn)行費(fèi)用分析計算約定

1、能效比cop=制冷量/輸入功率

2、每年制冷4個月120天，平均每天工作10小時共計1200小時

3、每年制熱4個月120天，平均每天工作10小時共計1200小時

4、約定電價0.5元/KW.H計算

5、約定天然氣價格1.9元/m3

6、房間空調(diào)使用率約定為0.8

7、地源熱泵與風(fēng)冷熱泵中央空調(diào)主機(jī)以加拿大品牌為例。其他品牌會有性能和參數(shù)上的差別

地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用分析：

一、地源熱泵系統(tǒng)設(shè)備耗能情況（SRL200水主機(jī)）

總冷負(fù)荷量:19.1KW總熱負(fù)荷:22KW

空調(diào)主機(jī)設(shè)備功耗:

制冷:4.2KW(COP4.5)

制熱:5.15KW(COP4.27)

冷卻水泵功耗:1KW

冷凍水泵功耗：0.8KW

二、運(yùn)行費(fèi)用計算

制冷:

4.2KWx1200Hx0.5元/KW.Hx0.8＋1.8KWx1200Hx0.5元/KW.H＝3096（元）

制熱:

5.15KWx1200Hx0.5元/KW.Hx0.8＋1.8KWx1200Hx0.5元/KW.H＝3552（元）

因此地源熱泵全年運(yùn)行費(fèi)用：6648元。

風(fēng)冷+燃?xì)膺\(yùn)行費(fèi)用經(jīng)濟(jì)性分析：