地源熱泵空調節能減排的經濟效益

謝靜 陳睿智

摘?要：地源熱泵中央空調系統是利用淺層地溫能為室內活動場所提供冷熱源的清潔節能新型中央空調系統。該空調系統與傳統中央空調系統利用水冷或者風冷螺桿機搭配鍋爐的方式相比較，大大節省了能源的消耗。本文通過一個成都地區實例項目分析比較，以證明地源熱泵空調系統通過節能所產生的經濟效益十分顯著，在運行費用上與傳統中央空調相比優勢明顯。地源熱泵中央空調系統將在未來的節能減排工作中發揮更大作用。

關鍵詞：地源熱泵?水源熱泵空調?傳統中央空調?運行費用?節能減排

中圖分類號：TU833.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）10（a）-0049-02

地源熱泵系統是以巖土體、地下水或地表水中的淺層地溫能資源作為建筑物冬季熱源和夏季冷源，由熱泵機組向建筑物供冷供熱的系統，是一種利用可再生資源、既可供暖又可制冷、能夠“節能減排”的新型中央空調系統。

該系統由水源熱泵機組、淺層地溫能熱交換系統、建筑物內部中央空調系統組成[1]。地源熱泵技術具有明顯減排溫室氣體的特點。由于地源熱泵供暖70%以上的能源來自于土壤中的能量，30%以下的能源來源于電能，所以用它替代冬季采暖鍋爐，至少可減排溫室氣體70%以上。另外，地源熱泵技術利用的能源是常溫土壤或水中的低位能量，并不需要特殊的地熱田或地下熱水。它只要有足夠進行熱交換的淺層土壤就可滿足地源熱泵所要求的技術條件，同時它不消耗也不污染地下水。并且，地源熱泵空調具有高效節能，運行費用低的特點。在供暖時，地源熱泵技術可將土壤中的能量“搬運”至室內，其能量70%以上來自土壤，制熱系數高達5.0，而鍋爐僅為0.7～0.9，可比鍋爐節省70%以上的能源和40%～60%的運行費用；制冷時要比普通空調節能40～50%，運行費用降低40%以上。

本文將以成都地區某2萬m2商業辦公樓項目為例，分析對比水源熱泵空調與傳統中央空調（水冷螺桿式機+燃氣鍋爐）的節能減排經濟效益。

1基本參數

1.1空調室外計算參數

冬季：干球溫度6.0℃；平均最冷月相對濕度：80%；夏季：干球溫度31.6℃；濕球溫度：26.7℃；平均最冷月相對濕度：85%；

1.2空調室內計算參數

冬季室內設計溫度t=20～22℃，室內相對濕度φ≤55%。夏季室內設計溫度t=24～28℃，室內相對濕度φ≤60%

1.3設計負荷

整個空調面積約為20000m2，根據成都地區經驗數據，商業區經驗冷指標為140W/m2，經驗熱指標為120W/m2，估算得空調系統的冷負荷為2800kW，熱負荷為2400kW。

2方案設計

2.1水源熱泵中央空調系統

本方案擬建設一個熱源井沿建筑物周圍均勻布置，通過管網輸送給各末端采暖制冷用之熱（冷）媒即熱水或冷水，機組設置于地下室。室內末端設備采用風機盤管+新風系統。

設計用2臺水源熱泵機組（30HXC-400AH-HP1）滿足供熱制冷需求。根據所選擇的水源熱泵機組，所需的最大用水量為244m3。根據區域水文地質資料[2]，設計單井出水量40m3/h，共設計取水井6口；設計單井回灌量20～30m3/h，共設計回灌井12口。熱源井的單井初步設計深度為40m[3]。主要設備選型及技術參數如下：

30HXC 400AH-HP1水源熱泵機組性能參數：

制熱量1356KW，水源側溫度15/7℃；冷熱水溫度40/45℃；冷凍水流量263m3/h，水源側流量132m3/h，耗電量318KW。

制冷量1528kW，水源側溫度18/29℃，冷熱水溫度12/7℃；冷凍水流量234m3/h，水源側流量122m3/h，耗電量211kW。

2.2水冷螺桿式冷水機+燃氣鍋爐

本方案擬建設一個集中供冷站和一個集中供熱站，供冷站及供熱站設置于地下室，冷卻塔設置于空地上。通過管網輸送給各末端采暖制冷用之熱（冷）媒即熱水或冷水，制冷時管路切換至水冷螺桿機系統，制熱時切換至鍋爐系統。室內末端設備采用風機盤管+新風系統。

3經濟性比較

3.1初投資比較

3.2年運行費用比較

制冷時間按120d，每天12h運行計算；供熱時間按100d，每天12h計算。電費按1.0元/度計，天然氣按2.2元/Nm3計。【運行耗能=制冷量（制熱量）/EER（COP）×運行時間】

根據每天環境溫度的變化情況以及《公共建筑節能設計標準》（GB 50189-2005）、《居住建筑節能設計標準》（JGJ134-2001）規定空調運行時間：夏季為120d；冬季為100d；空調每天運行12h，其中：

100%滿負荷運行時間為2.3%，75%部分負荷運行時間為41.5%

50%部分負荷運行時間為46.1%，25%部分負荷運行時間為10.1%

水源熱泵系統夏季EER為4.8，冬季COP為3.6；水冷螺桿冷水機夏季EER為3.5，冬季燃氣鍋爐COP為0.85，

通過計算，水源熱泵中央空調系統運行費用為：夏季耗電量495602kW·h，年運行費用為49.56萬元；冬季耗電量485490kW·h，年運行費用為48.55萬元，運行管理維護費用包括人工費及系統維護費等，為15萬元，年運行總費用為113.11萬元；傳統中央空調運行費用為：夏季耗電量660798kW·h，年運行費用為49.56萬元；冬季耗電量169920kW·h+耗氣量237948Nm3，年運行費用為48.55萬元，運行管理維護費用18萬元，年運行總費用為：153.43萬元。每平米運行費用為水源熱泵中央空調56.56元，傳統中央空調76.72元。

4結語

由上述實例可以看出，雖然地源熱泵中央空調系統修建的初投資費用較高，為1000萬元，比傳統中央空調（水冷螺桿式冷水機+燃氣鍋爐系統）的修建費用830萬多出170萬，增加的投資比例約為20%。但是在運行費用上，地源熱泵中央空調系統所節省的能耗及其所產生的經濟效益是巨大的，節省能耗為26%。投資回收期僅需4.22年，運行20年后的純收益為636.24萬元。由此可見，地源熱泵在節能減排方面，具有非常大的優勢，并且有顯著的經濟效益。地源熱泵技術是一項非常有發展前途和推廣價值的可再生能源利用技術，這項技術目前已經具備了城市級區域推廣的條件，必將在我國的節能工作中發揮更大的作用[4]。

參考文獻

[1]周念滬.地熱資源開發利用實務全書[M].北京：中國地質科學出版社，2005：11-39.

[2]劉俊賢.成都市水文地質工程地質環境地質綜合勘察報告[R].四川省地質礦產局.1990.

[3]武曉峰，唐杰.地下水人工回灌與再利用[J].工程勘察，1998（4）：37-40.

[4]周道炯.地源熱泵技術在城市節能中將發揮更大作用[J].地源熱泵專欄.