当前位置：首页 - 地热专题

地源热泵的工作原理及技术经济性分析

2009-2-1 15:46:58

五、地源热泵应用方式


　　地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类，从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。

家用系统
　　用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应，多用于小型住宅，别墅等户式空调。



集中系统

　　热泵布置在机房内，冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。



分散系统
　　用中央水泵，采用水环路方式将水送到各用户作为冷热源，用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等，此系统可将用户使用的冷热量完全反应在用电上，便于计量，适用于目前的独立热计量要求。混合系统



　　将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统，混合系统与分散系统非常类似，只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。

　　南方地区，冷负荷大，热负荷低，夏季适合联合使用地源和冷却塔，冬季只使用地源。北方地区，热负荷大，冷负荷低，冬季适合联合使用地源和锅炉，夏季只使用地源。这样可减少地源的容量和尺寸，节省投资。

　　分散系统或混合系统实质上是一种水环路热泵空调系统形式。

水环路热泵空调系统
　　水环路热泵（Water-Loop Heat Pump，简称WLHP）空调系统，它由许多台水源热泵空调机（WSHP）组成。这些机组由一个闭式的循环水管路连在一起，该水管路既作空调工况下的冷源，又作供暖工况下热泵热源。水环路的冷热源可以是地源，或锅炉、冷却塔联合方式。
夏季运行：全部或大多数机组为供冷，热量水环路排至室外的冷源，如地源或冷却塔。
春季/秋季运行：对有内区与周边区的建筑物，会出现内区需要供冷而周边区需要供热，内区的热量就可被周边区所利用，即内区空调的排热与周边区热泵供热所需热量接近平衡时，室外的冷热源可以停运。这种制冷供热同时进行，能量在建筑物内部转移，运行费用最少，节能效果明显。



　　冬季运行：全部或大多数机组为供热，供热源（地源或加热源）把热量补充到水环路。水环路热泵空调系统除具有显著节能特点外，还具有以下特点：

　　1 节省占地：不设大的冷冻机房，没有冷却塔系统。

　　2 能源费用单独计量：由各部门、住户或单位独立承担，能源费用计量简单且公平，符合当前的能源费用独立计量方法。

　　3 调节灵活：每台热泵空调机在任何时间可以选择供冷或供热。

　　4 灵活应用：能灵活充份地满足建筑物各个区的需要，并随时可以更改用途。


六、技术经济性

　　地源热泵既能供暖又能空调，既环保又节能，但地源热泵是否具有经济竞争性仍然是一个非常关键的问题。由于涉及的因素很多，不同地区，不同能源结构及价格等都将直接影响地源热泵的经济性，这里仅通过对地源热泵与传统的供暖空调方式进行比较，探讨其经济性。

　　地源热泵供暖经济性可以和传统燃煤、燃油和天然气锅炉进行比较，地源热泵空调经济性可以和单冷空调进行比较，及其供暖空调综合经济性的比较。评价的主要指标有：初投资、成本，及现金流量表相关经济参数的评价。

经济参数
　　1 初投资：指供暖空调系统各部分投资之和，包括有：土建费、设备购置费、安装费及其它费用（包括设计费、监理费和不可预见费）。
　　2 年总成本：指系统各部分的运行费，如水费、电费、燃料费；排污费；管理人员工资、管理费；设备折旧费和设备维修、大修费等。
　　3 年经营成本：指年总成本中扣除设备折旧费。
　　4 单位面积经营成本：用年经营成本除以供暖或空调面积来计算。
　　5 单位热（冷）量经营成本：用年经营成本除以供暖累积热负荷或空调累积冷负荷来计算。
　　6 现金流量表：采用现金流量表方法计算投资项目的有关经济性指标，如财务内部收益率，财务净现值（NPV）及投资回收期（Pt）。

　　 对一投资项目，如财务内部收益率大于基准收益率，财务净现值NPV>0，表明项目盈利能力满足了行业最低要求，项目在财务上是可以接受的；如NPV<0，则表示未能达到预定的收益，表示可以不考虑此项目。

　　投资回收期评价方法：如项目的全部投资回收期小于行业基准投资回收期，表明项目投资能按时收回，投资回收期越小，表明经济性越优。  计算条件
　　1 选取天津地区住宅楼为计算对象，供暖热指标取50w/m2，空调冷指标取80w/m2。

　　2 地源热泵冬季供暖制热系数4.00，夏季空调制冷系数4.50，单冷空调制冷系数取3.20。

指标燃料(*)	热值(Kcal/*)	效率	单价(元/*)
煤 (kg)	5000	0.70	0.25
油 (kg)	10300	0.85	2.65
天然气 (m3)	8500	0.90	1.80

　　3 经济参数有：地下水资源费（0.04元/吨），电价（0.5元/度），各种燃料的热值及价格（见右表），软化水费，排污费，工人工资，利率，设备使用年限等。

　　4 供暖空调收费标准，国内北方地区有供暖收费标准，如天津地区为18.5元/m2，但空调没有收费标准。将来供暖空调要改为“计量收费”，以热（冷）量为收费单位，如南方某地出台以0.28元/kw.h冷量为收费标准。

分析比较
　　1 初投资比较，初投资中包括了从冷热源到管网到室内终端的所有投资项。见图1，热泵的初投资高于锅炉，但从总初投资看，由于地源热泵可供暖供冷，一机两用，一次投资全年使用，节省了冬季供暖的投资，因此地源热泵的初投资要低于锅炉加空调系统的总投资。

　　2 供暖成本比较，见图2，煤锅炉供暖成本最低，其次是地源热泵、天然气锅炉，油锅炉最高。以地源热泵为基准比较各方案供暖成本，煤锅炉比地源热泵低30%左右，而天然气锅炉要高40%左右，油锅炉要高70%左右。

　　3 空调成本比较，地源热泵的空调运行成本要低于单冷空调，低约30%左右。

　　4 从净现值看，收费标准0.28元/kw.h时（图3），各供暖空调方案的净现值均小于0，只有煤锅炉当供暖面积大于一定值时净现值才大于0，说明按0.28元/kw.h的收费标准，只有燃煤锅炉具有一定经济效益。如果加大收费标准，如定为0.4元/kw.h，重新计算各方案的净现值（图4）、收益率（图5）和投资回收期（图6），可以得到燃煤锅炉和地源热泵供暖的净现值均大于0，内部收益率大于基准收益率8%，以及投资回收期小于10年，此时燃煤锅炉和地源热泵供暖经济上是可行的。相比之下，由于单冷空调经济性明显低于地源热泵空调，所以燃煤锅炉供暖加单冷空调方案的经济性要低于地源热泵供暖空调，说明了地源热泵一机两用，既供暖又空调的经济优势。

　　对地源热泵方案与燃煤、燃油和燃气锅炉加单冷空调各方案的综合经济性（净现值均，收益率，投资回收期）进行比较，地源热泵为最优方案，其次依次是燃煤、天然气和油锅炉加单冷空调系统。

　　以上是“单位热（冷）量收费标准”的计算结果，对经营者来说，供应的热（冷）量越多，所收取的费用将越多，并且供暖空调的成本相对越低，因此其经济效益将越高，这类似于电力的供应，电厂供应的电力越多，效益将越高。因此不同建筑物，不同的供热（冷）量，经营者的经济效益将不同，不能照搬本文的计算结果。应针对具体的建筑物类型、用途，当地的气象资料，当地的各种能源价格及供暖空调的收费标准来进行可行性研究，以确定何种供暖空调方式为最经济方案。

　　对传统的“单位面积收费标准”，由于供应的建筑物面积是确定的，向用户收取的采暖空调费用是固定的，因此对经营者来说，供应的热（冷）量越少，其效益就越高。这与“计量收费”的效果正相反，但采用“计量收费”是有利于用户和有利于节能的。















七、工质替代

　　作为空调和热泵的主导工质HCFC22淘汰在即，因难以找到HCFC22 性能相当的单一替代物质，采用混合工质替代方案已成共识。国际上迄今提出的HCFC22替代物主要为R410A和R407C，它们的ODP均为0，已经在不少场合获得应用。然而它们不仅在热力性能上与HCFC22有明显差距而且还因具有较大的温室效应势GWP而受限于京都协议。 从温室效应的角度出发，人们又将研究目光放在了来源于自然又可回归自然的自然工质上。自然工质包括碳氢化合物、氨、CO2、空气等，它们的ODP为零、GWP在与CO2相同量级的水平上。有研究认为，氨及碳氢化合物是最有前途的CFC、HCFC和HFC的替代物。但也有观点认为，那些所谓的天然制冷剂，由于不稳定性和存在爆炸的危险，使得它们在空调工业中被限制使用。另外，国内外也已经开始对CO2跨（超）临界循环进行新一轮的研究。

　　ASHRAE给出了一些可长期替代R22的混合工质，见表1。ARI也推荐了一些替代R22的单工质和混合工质，见表2。

表1 ASHRAE推荐的R22替代工质

ASHRAE命名	混合物组成	质量浓度
R404A	R125/R143a/R134a	44/52/4
R407C	R32/R125/R134a	23/25/52
R410A	R32/R125	50/50
R410B	R32/R125	45/55

表2 ARI推荐的R22替代工质

替代工质	质量浓度
R290	---
R134a	---
R717	---
R32/R134a	30/70
R32/R227ea	35/65

首页 上一页 下一页 尾页 页次：3/4页 共有4条信息 转到