區(qū)域水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)的經(jīng)濟技術分析

孫宏偉

（江蘇河海新能源有限公司，江蘇 常州 213100）

區(qū)域水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)的經(jīng)濟技術分析

孫宏偉

（江蘇河海新能源有限公司，江蘇 常州 213100）

介紹了水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)的工作原理和性能特點，對水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)和水源熱泵系統(tǒng)進行了經(jīng)濟技術對比分析。結果表明，采用水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)更具有節(jié)能環(huán)保效益，在建筑節(jié)能領域更具有規(guī)?；瘧们熬啊?/p>

水源熱泵；太陽能；耦合系統(tǒng)；經(jīng)濟技術分析

0 引言

國家發(fā)改委、住建部聯(lián)合發(fā)布《綠色建筑行動方案》的通知，提出“十二五”期間完成新建綠色建筑10億m2；到2015年末20%的城鎮(zhèn)新建建筑達到綠色建筑標準要求。開發(fā)利用各類低品位可再生性清潔能源作為熱泵熱源為建筑物供冷供暖，對建筑節(jié)能與環(huán)保具有重要的現(xiàn)實意義。太陽能是一種可再生性清潔能源，太陽能熱水系統(tǒng)已被廣泛使用。

近年來，水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)的工程應用范圍逐步擴大，廣州亞運城太陽能水源熱泵項目已如期投入使用，為區(qū)域集中式供熱供冷提供了新的解決方案。鑒于此，筆者從系統(tǒng)造價、運行費用、投資回收期三方面對水源熱泵與太陽

能耦合系統(tǒng)作經(jīng)濟技術分析[1-2]。

1. 水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結構組成

水源熱泵與太陽能系統(tǒng)有多種組合方式，本文以低溫水源即水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)為研究對象，該系統(tǒng)由兩大部分組成：水源熱泵系統(tǒng)，主要由水源熱泵、換熱設備、冷凍機等組成；太陽能集熱系統(tǒng)，主要由平板集熱器、集熱水箱及循環(huán)泵等組成[3-4]。

1.2 系統(tǒng)工作原理

水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)是利用江水源熱能與太陽輻射能的復合熱源熱泵系統(tǒng)。水源熱泵與太陽能具有很好的匹配互補性，可根據(jù)日照條件、熱水負荷和空調(diào)負荷變化情況，通過切換閥門采用不同運行模式，系統(tǒng)原理見圖1。

1.3 系統(tǒng)性能特點

節(jié)能環(huán)保效益顯著。水源熱泵機組運行減少了電力消耗，減輕了電網(wǎng)常年運行負荷。同時降低了一次能源消耗過程中產(chǎn)生的SO2、CO2等污染物排放，減少ODS(消耗臭氧物質(zhì))排放緩解溫室效應。

水源熱泵與太陽能匹配互補。充分利用太陽輻射能資源，可減少電能消耗、減輕電網(wǎng)運營負荷。同時，水源熱泵的使用彌補了太陽輻射能集熱系統(tǒng)受氣候、地理的自然條件影響的劣勢[5-6]。

建筑一體化設計。水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)適合用于建筑一體化設計，符合《綠色建筑行動方案》中有關推進可再生能源建筑規(guī)?；瘧玫耐ㄖ?。

2. 水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)的經(jīng)濟技術分析

2.1 經(jīng)濟分析方法

1) 財務凈現(xiàn)值法：按部門規(guī)定的標準收益率，將各年發(fā)生的凈現(xiàn)金流量，折算到建設期起始年的現(xiàn)金總和，計算公式為：

式中F：項目財務凈現(xiàn)值，元；(CI-CO)t：第t年的凈現(xiàn)金流量，元；ic：部門標準投資收益

率，%。

圖1 水源熱泵與太陽能的耦合系統(tǒng)原理

2) 動態(tài)費用年值法：對參與比較方案的系統(tǒng)造價按資金的時間價值折算為每年的費用，并與每年的運行費用相加得出費用年值，選取年值最小的作為最佳方案，計算公式為：

式中f：費用年值，元/年；i：利率或采用部門的標準內(nèi)部收益率，%；m：生產(chǎn)期，年；K：系統(tǒng)造價，元；C：運行成本，元/年。

3) 動態(tài)投資回收期：將項目各年的凈現(xiàn)金流量按基準收益率折算成現(xiàn)值后推算投資回收期，計算公式為：

式中Pi：動態(tài)投資，元；ic：回收期基準收益率，%。

2.2 主要經(jīng)濟指標

1) 系統(tǒng)造價：供暖、空調(diào)系統(tǒng)各部分造價總和，包括土建費、設備購置費、安裝費及其他費用（設計費、監(jiān)理費和不可預見費）。

2) 運行費用：系統(tǒng)各部分的運行費用，包括水電費、排污費、管理費、設備折舊費、設備維護費等。

3) 投資回收期：通過資金回流量來回收投資的年限，在能源工程項目中主要應用動態(tài)投資回收期分析項目的經(jīng)濟效益[7-8]。

2.3 工程應用對比分析

為了對區(qū)域能源解決方案進行經(jīng)濟技術作對比分析，選取兩種供暖空調(diào)方案即：水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)和水源熱泵系統(tǒng)。

以某住宅小區(qū)為例，總建筑面積20000m2，綜合考慮設備同時使用系數(shù)0.75，則建筑總冷、熱總負荷分別為1030kW和1100kW。耦合系統(tǒng)采用水源熱泵采用2臺同方人工SGHP（AII）系列螺桿式水源熱泵機組（制冷/熱量為518/600kW），太陽能集熱板集熱面積300m2。水源熱泵系統(tǒng)采用2臺同方人工SGHP(AII)系列螺桿式水源熱泵機組（制冷/熱量為518/600kW），系統(tǒng)造價和運行費用對比分析見表1、2。

表1 造價分析

表2 運行費用分析

由表1、2可知，水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)的系統(tǒng)總造價310.5萬元，運行費用70.2萬元/年；水源熱泵系統(tǒng)的系統(tǒng)總造價260.7萬元，運行費用87.1萬元/年。兩者系統(tǒng)造價之差-49.8萬元，運行費用之差16.9 萬元。取基準投資收益率ic=7%，通貨膨脹率取值3%，計算結果見表3。

根據(jù)投資回收期的計算公

表3 項目財務現(xiàn)金流量表

式，可得：

3. 結束語

采用水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)的系統(tǒng)造價較高，但投資回收期為3.30年。綜合考慮水源熱泵對電網(wǎng)運行負荷影響，熱泵排水對水體熱污染及生態(tài)環(huán)境構成威脅，且太陽能集熱設備價格有降低的趨勢，集熱效率也將有所提高。

因此，水源熱泵與太陽能耦合系統(tǒng)更具有節(jié)能環(huán)保效益，在建筑節(jié)能領域更具有規(guī)模化應用前景。

[1] 姚建勛,王剛. 建筑節(jié)能中的太陽能利用[J]. 節(jié)能技術,2004,22(2),37-38.

[2] 王耀堂,王則慧,董立,等. 廣州亞運城太陽能水源熱泵項目設計要點介紹[J]. 給水排水, 2011,37(7):76-79.

[3] 王磊,程建國,許志浩,等. 西藏太陽能與水源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)優(yōu)化[J]. 暖通空調(diào),2007, 37(11):90-94.

[4] Huang Ming, Wang Zhifeng,Li Zhengfeng, et al. Thermal Performance Compare of Thin Fibre Insulation Tank and Poly-Ammonia Insulation Tank[J]. Solar Energy Transaction,2002,23(1):36-40.

[5] 祁冰,王志峰.我國典型城市太陽熱水系統(tǒng)及經(jīng)濟性分析[J]. 太陽能學報,2003, 24(6):801-804.

[6] 范有東,劉曉燕,王海軍,等. 多種生活熱水供熱系統(tǒng)技術及經(jīng)濟對比分析[J]. 建筑節(jié)能, 2011,39(11):77-79.

[7] 崔福義,李曉明,周紅. 污水源熱泵供熱空調(diào)的技術經(jīng)濟分析[J]. 節(jié)能技術,2005, 23(1):14 -17.

[8] 韓豐云,王鐵軍,劉杰. 污水源熱泵熱能經(jīng)濟技術分析[J]. 合肥工業(yè)大學學報,2008,31(3): 352-355.