水源熱泵與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

杜以臣

摘 要：水源熱泵是一種節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，文章通過(guò)某一辦公樓為案例，對(duì)采用傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)和水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)兩種方案經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析與比較。分析結(jié)果表明，在此工程中利用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，節(jié)能環(huán)保效果顯著。

關(guān)鍵詞：水源熱泵；空調(diào)系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)性分析；節(jié)能

近年來(lái)，地下水源熱泵系統(tǒng)以其顯著的環(huán)保和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展，各地新建和改建了許多地下水源熱泵工程。地下水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是決定地下水源熱泵能否得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一，針對(duì)熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析，文章對(duì)水源熱泵應(yīng)用的基本條件及基本原理進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析說(shuō)明，并且以丹東某辦公樓作為工程實(shí)例，分別對(duì)水源熱泵系統(tǒng)與“電制冷+市政熱源”空調(diào)系統(tǒng)二種方案在初投資和冬夏季運(yùn)行費(fèi)用二個(gè)方面的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析與比較。

1 工程概況

本工程為丹東某辦公樓，地下一層，地上裙房四層，塔樓十七層。

項(xiàng)目座落在江畔，該項(xiàng)目水源場(chǎng)距離江邊最近距離為80m，地下水主要受江水側(cè)向補(bǔ)給，水平向江水排泄，可以看出，該地區(qū)抽水與回灌容易，地下水資源開(kāi)采利用的水文地質(zhì)條件好，夏、冬季兩季地下水水溫均為12℃～14℃，為水源熱泵系統(tǒng)的提供了良好的條件，本工程建筑面積約41381m2，空調(diào)冷負(fù)荷為3950KW，空調(diào)熱負(fù)荷為3000KW。

2 冷熱源方案經(jīng)濟(jì)性分析

空調(diào)系統(tǒng)的總成本主要包括初投資和運(yùn)行費(fèi)用兩部分。單純考慮運(yùn)行成本的降低，可能會(huì)導(dǎo)致初投資的不合理增加，而拋開(kāi)運(yùn)行費(fèi)用一味的控制初投資，也可能使運(yùn)行費(fèi)用增加，這兩方面都直接影響到空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。因此，合理安排兩方面的費(fèi)用組成，綜合比較各方案的初投資和運(yùn)行費(fèi)用，才能合理地得出各方案的經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)本建筑的特點(diǎn)及常用的暖通空調(diào)方式現(xiàn)對(duì)辦公綜合樓做如下兩種冷熱源方案，即水源熱泵系統(tǒng)（圖一、圖二）和電制冷+市政熱源（圖三、圖四）二種方案，并對(duì)這兩種冷熱源方案進(jìn)行比較分析。

2.1 冷熱源方案原理圖

2.1.1 水源熱泵系統(tǒng)冬夏季原理圖

2.1.2 電制冷+市政熱源系統(tǒng)冬夏季原理圖

2.2 初投資分析

2.2.1 設(shè)備初投資比較

兩種方案的主要初投資如下：

方案一：

螺桿式水源熱泵機(jī)組（2臺(tái)），制冷量：1944KW，N=264KW，制熱量：1952.4，N=374.6KW，價(jià)格：200萬(wàn)元；潛水泵7臺(tái)，G=100m3/h，H=60mH2O，n=1450r/min，N=15kw，價(jià)格：14萬(wàn)元，水源井18口（8抽，2備用，8回灌）井深30米，價(jià)格：36萬(wàn)元；冷凍水循環(huán)泵（3臺(tái)），G=380m3/h，H=35mH2O，n=1450r/min，N=55kw，價(jià)格：20萬(wàn)元。方案一總投資為256萬(wàn)元。

方案二：

離心式冷水機(jī)組（2臺(tái)），制冷量：1934KW，N=346KW，價(jià)格：200萬(wàn)元，水板式換熱機(jī)組3000KW（1臺(tái)），價(jià)格：10萬(wàn)元；冷卻水循環(huán)泵3臺(tái)，G=433m3/h，H=30mH2O，n=1450r/min，N=55kw，價(jià)格：30萬(wàn)元，靜音型方型冷卻塔2臺(tái)，G=407m3/h，價(jià)格：24萬(wàn)元；冷凍水循環(huán)泵3臺(tái)，G=380m3/h，H=35mH2O，n=1450r/min，N=55kw，價(jià)格：20萬(wàn)元。方案二總投資為251萬(wàn)元。

通過(guò)上述兩種不同方案的初投資對(duì)比可知，地下水源熱泵系統(tǒng)方案和傳統(tǒng)電制冷方案初投資幾乎差不多。

2.2.2 運(yùn)行費(fèi)用分析

空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在相當(dāng)多的情況下，冷水機(jī)組處于部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，為了運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)準(zhǔn)確，文章用綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)（IPLV）來(lái)計(jì)算空調(diào)季運(yùn)行費(fèi)用，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

NPLV=1%A+42%B+45%C+12%

其中，A為100%負(fù)荷時(shí)的能效比，B為75%負(fù)荷時(shí)的能效比，C為50%負(fù)荷時(shí)的能效比，D為25%負(fù)荷時(shí)的能效比。

根據(jù)前面章節(jié)的水源側(cè)和冷凍側(cè)條件，經(jīng)廠家配合計(jì)算 本項(xiàng)目水源熱機(jī)組夏季與冬季NPLV值分別為7.6、6.29。電制冷冷水機(jī)組NPLV值為6.83。機(jī)組年運(yùn)行費(fèi)用=運(yùn)行時(shí)間×機(jī)組冷量×1/NPLV×0.8。電費(fèi)1元，空調(diào)季年運(yùn)行時(shí)間按120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，供暖季年運(yùn)行時(shí)間按150天，每天運(yùn)行12小時(shí)計(jì)算。

2.2.2.1 夏季工況。

（1）方案一運(yùn)行費(fèi)用：水源熱泵機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用：120×10× 1944×2×1/7.6×0.7=42.9萬(wàn)；水源側(cè)冷卻水運(yùn)行費(fèi)用：15×7×0.7×1200=8.8萬(wàn)；冷凍水運(yùn)行費(fèi)用：55×2×0.7×1200=9.2萬(wàn)；水源熱泵總運(yùn)行費(fèi)用 42.9+8.8+9.2=60.9萬(wàn)。

（2）方案二運(yùn)行費(fèi)用：冷水機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用：120×10×1944× 2×1/6.83×0.7=47.8萬(wàn)；冷卻水運(yùn)行費(fèi)用：55×2×0.7×1200=9.2萬(wàn)；冷凍水運(yùn)行費(fèi)用：55×2×0.7×1200=9.2萬(wàn)；水機(jī)組總運(yùn)行費(fèi)用47.8+9.2+9.2=66.2萬(wàn)。

2.2.2.2 冬季工況：（1）方案一運(yùn)行費(fèi)用：水源熱泵機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用：150×12×1952×2×1/6.29×0.7=78.2萬(wàn)；水源側(cè)運(yùn)行費(fèi)用：15×7×0.7×1800=13.2萬(wàn)；末端循環(huán)泵運(yùn)行費(fèi)用：55×2×0.7× 1800=13.86萬(wàn)。

總運(yùn)行費(fèi)用：78.2+13.2+13.86=105.26萬(wàn)。

（2）方案二（市政熱源）運(yùn)行費(fèi)用：熱力公司按面積收取35元/m2×41381m2=144.8萬(wàn)；循環(huán)泵運(yùn)行費(fèi)用：30×2×0.7×1800=7.56萬(wàn)；總運(yùn)行費(fèi)用 144.8+7.56=152.36萬(wàn)。

綜上可知，夏季工況下，一個(gè)空調(diào)季方案一的運(yùn)行費(fèi)用比方案二少5.3萬(wàn)元，冬季工況下，方案一運(yùn)行費(fèi)用比方案二的運(yùn)行費(fèi)用少47.1萬(wàn)元，由此得出夏季與冬季工況下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)均比傳統(tǒng)電制冷+市政熱源方案節(jié)能，冬季工況尤為明顯，一年空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省52.4萬(wàn)元，節(jié)能率約24%。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目處于江邊，江水對(duì)地下水有很好的能量補(bǔ)充，水體的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，水體溫度較恒定，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性，水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。減少機(jī)房面積和放置冷卻塔區(qū)域從而減少土建成本，機(jī)組運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)費(fèi)用低，自動(dòng)控制水平高，使用壽命長(zhǎng)可達(dá)到15年以上。

環(huán)保效益顯著，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。供熱時(shí)省去了燃煤、燃?xì)狻⑷挥偷儒仩t房系統(tǒng)，水源熱泵是利用了地下水作為冷熱源。沒(méi)有燃燒過(guò)程，防止了排煙污染；供冷時(shí)省去了冷卻水塔，防止了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，使環(huán)境更優(yōu)美。

高效節(jié)能，由于采用地下水，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，水源熱泵機(jī)組可利用的水體溫度冬夏、季均為12-15℃。冬季熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機(jī)組效率提高。

水源熱泵比傳統(tǒng)電制冷+市政熱源方案優(yōu)勢(shì)明顯，但由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國(guó)家能源政策、燃料價(jià)格的影響，不同地區(qū)不同需求的條件下，水源熱泵的投資經(jīng)濟(jì)性會(huì)有所不同，具體需結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際政策和條件來(lái)確定相應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)。endprint