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1、第 1 9 卷第 9 期 现代商贸工业 Mo d e r n B u s i n e s s T r a d e I n d u s t ry2 0 0 7 年 9 月 他源热泵的经济性介析 苏劲松施愉根冯晓伟 ( 西华大学能源与环境学院， 四川 成都 6 1 0 0 3 9 ) 摘要: 以一实际工程为例， 运用热经济性分析的方法， 对几种常用的空调方案建立经济模型， 得出了各种不同方案的 供热( 冷) 表达式。对初投资和运行管理费用进行分析比较， 指出了地源热泵系 统在热经济性方面的优越性. 关健词: 地源热泵， 中央空调; 节能; 经济分析 中圈分类号: T K 5 1 3文献标识码: A
2、文章编号; 1 6 7 2 - 3 1 9 8 ( 2 0 0 7 ) 0 9 - 0 2 7 6 - 0 2 1 地源热泵系统介绍 地源热泵在国内也被称为地热泵。地热泵空调的心脏 是一个“ 热泵” ( 制冷、 供热) .供暖时， 它吸取地热向用户排 放; 制冷时， 它吸取用户室内的热量向地下排放。成都市作 为全国可再生能源利用的推广试点城市之一， 目前已有四 川省建筑科学研究院成都建筑节能中心、 成都铁路医院采 用了这种地源热泵技术。作为刚刚在成都兴起的地源热泵 具有以下特点: ( 1 ) 运行安全稳定。地源热泵机组与外界的换热是通 过大地， 而大地的温度很稳定， 不受外界空气的变化而影响
3、2 户内安装计盘表的优缺点 2 . 1 优点 ( 1 ) 在 缘 冷地区 输送湿 燃气时， 不 会因为由 于室外空气 环境影响而致管内结冰， 立管及计量表未受到外界的人为 破坏及自 然腐蚀、 老化较慢， 表具免遭损坏及盗窃， 墙外无 立管， 保持建筑物外墙美观.( 2 ) 初期安装投资引用较低， 若按图二方式墙外安装立管， 勿须进户穿楼板， 施工效率更 高， 工期亦短。 2 . 2 缺点 ( 1 ) 抄表难， 即使投人太多的精力和人力， 由于现代生 活方式的改变及家庭成员减少， 很多用户家庭白天几近无 人， 甚至长期无人居住的情况亦不鲜见。一般情况下， 白天 抄表率极低， 抄表员每抄一次表要通
4、过手机数次预约才能 夜间上门收费， 给携款抄表员带来了夜间行路不安全因素， 同时大多用户并不希望抄表员人户干扰， 因为以抄表为名 人户抢劫、 诈骗的案件时有发生.这样使得供气企业不能 及时收缴燃气费用， 影响了企业的资金运行。( 2 ) 管道自行 改装， 安全隐患多: 立管在厨房内占据的空间会影响厨房操 作台及橱柜的位置。出于美观， 用户装修厨房时常将立管 用瓷砖、 水泥完全封闭， 有时将表改装进不通气的壁柜中， 这样嫩气泄漏不易察觉， 检修困难， 容易导致不安全事故发 生。( 3 ) 可能产生室内窃气行为， 因为立管在室内从一层厨 房逐层升上最高层厨房， 中间未开通层亦预留三通， 不法分 子
5、可以擅自 打开三通堵头私接管线窃气， 而供气企业对未 开户者无相关档案， 抄表员一般不能强制人户检查， 这种窃 气现象长期难以查处。( 4 ) 不利于嫩气设施的安全管理和 正常供气， 定期进户安检和维修较麻烦， 当室内立管发生泄 漏时， 只能关闭阀门进行维修， 则整个立管所有用户都必须 同时停气。 3 户外安装气表的优缺点 3 . 1 优点 ( 1 ) 便于抄表.由于气表挂在户外， 抄表率可以达到 1 0 0 写。抄表员不必挨家挨户和夜间人户抄表干扰用户， 可 按区域实行地毯扫荡式抄表.如有用户由于某种原因未及 时缴纳气费， 抄表员可随时打开表箱， 关闭用户阀门停止供 气。( 2 ) 由于用户
6、厨房内没有了立管和气表， 让出了厨房空 间， 不影响厨房的布置和装修， 解决了厨房美观和燃气安全 要求的矛盾.( 3 ) 高层( 1 0 层以上) ， 建筑气表安装方式若采 用图四法， 就不必再选用户内挂 I C卡表， 大大节省气表投 资， 因普通气表价格约1 0 0 元， 并且使用寿命长， 维修简单， 而I C卡表价格约3 3 。 元， 且目前维修率高， 使用寿命偏低。 3 . 2 缺点 ( 1 ) 管径小， 当楼层过高( 8 层以上) 管线过长， 采用图三 法可能压力不足， 虽可以加大管径， 但增加管线成本。( 2 ) 有时难以选择合适的表箱安装位置， 表箱的安装位置墙面 必须大于表箱幅面
7、， 有些建筑低层为杂房、 小车库， 与厨房 同面的底层只有柱子而无墙面， 而柱面往往小于表箱幅面， 即使我们设计了立表箱( 每水平排两表) 也不太容易满足表 箱的安装要求.( 3 ) 由于表后立管长期暴露室外， 对材料的 耐腐蚀性增高， 可选用镀锌管和铝塑管。依照 城镇嫩气设 计规范) G B 5 0 0 2 8 - 2 0 0 6 第1 0 , 2 , 7 条， 对于新建住宅， 我们 选用P V C 管作套管保护铝塑复合管， 以免遭受紫外线直 射， 并在每层穿墙人户处增设了P V C三通， 见图三。 签金项目: 成都市可再生能源建筑城市级示范前期可行性研究( 编号: 0 6 2 0 6 0
8、1 4 ) . 作者简介: 苏劲松( 1 9 8 1 - ) ， 男， 山东临沂人， 硕士研究生， 主要研究方向为建筑及建筑设备节能技术。 一2 7 6 一 万方数据 第 1 9 卷第 9 期 现代商贸工业 Mo d e r n B u s i n e s s T r a d e I n d u s t ry 2 0 0 7 年 9 月 运行效率。 ( 2 ) 环境效益显著. 从地源热泵的整个运行原理来看， 地 源热泵系统实际是真正意义的绿色环保空调， 不管是冬季还是 夏季的运行， 都不会对建筑外大气环境造成不良影响. ( 3 ) 节约建筑面积。以土壤( 水) 作为冷热源， 省去了锅 炉房及附
9、属煤场、 储油房、 冷却塔等设施， 地源热泵主机的 设置就非常灵活， 不受考虑位置设置的限制。 ( 4 ) 自动运行， 适用范围广。地源热泵机组由于工况稳 定， 所以可以设计简单系统， 机组运行简单可靠， 可应用于 别墅、 宾馆、 商场、 办公楼、 学校等建筑。 2 不同空调系统的经济性分析 以3 0 0 m 2 的公共建筑( 住宅) 为例， 估算制冷装机容量 为1 1 6 . 3 w / m ， 制热装机容量为9 3 w / m 2 。对该工程采用三 种方案进行经济性分析。 2 . 1 对三种方案建立经济模型， 并推出成本表达式 ( 1 ) 地源热泵机组方案的经济模型和供热( 冷) 成本表
10、达式。 热经济平衡方程: 供热运行 。 H I Q H l - c 万H ， 十Y 。十 乙， ; 制冷运行 R I Q R I =c , E 二十姚， 十而 式中: 。 方案一供热成本; c . 电能价格， ( 元/ k j ) ; C R , 方案一的制冷成本; Q H l 方案一的年度总供热 量, ( k j ) ; Q R I 方案一的年度制冷量( k j ) ; E H I 方案一 的供热年耗电量( k j ) ; E R , 方案一制冷年耗电量( k j ) ; Y R , 一方案一的制冷年维护费用( 元) ; Z Q , 方案一的制冷 年投资费用( 元) ; Y i n 方案一的
11、供热年维护费用( 元) ; Z H l 方案一的供热年投资费用( 元) 。整理公式得: 2 . 2 对各方案的初投资进行比较 考虑到初投资费用K包含设备投资费、 设备安装调试 费土建投资费和能源增容费等， 而供热投资中的能源增容 费和土建费用的折旧年限较其它部分投资要长， 因此必须 对他们进行分别计算.冷热源设备的设备投资费和设备安 装调试费以K A表示， 其折旧年限大致相同， 以，表示; 土 建投资和能源增容费以K B表示， 其折旧年限较长， 以n 表 示。则 系统 年投 资 费用 Z = K A t 1 一( 1 +i ) 一 + KH 艺 1 一( 1 +i ) 一 。在对各方案进行计算
12、过程中， 电能价格取 0 . 5 元/ k w h ， 天然气价格为为 1 . 5 元/ N m 3 ， 方案三制冷运行 时冷却水系统的补水量按冷却塔额定循环水量的2 %计算， 水的价格取 1 . 0 0 元/ 吨。则三种方案的初投资见表 1 ; 表 IV 初投资比较 系统名称 可比投资 ( 万元) 备注 风冷热泵 水冷机组十燃气锅炉 地源热泵系统 7 . 3 7 . 6 按照市场一般行情计算 按照市场一般行情计算 主要部件为进 口或合资 _EH I. Y H I. Z H I_E , 。 Y R ,. 乙I C N，一 C . 71一， -T -; C R I - C . -T -T - 一
13、WH I WH I砚H I- -一WR I WR 1 WR 1 ( 2 ) 风冷热泵机组方案的经济模型和供热( 冷) 成本表 达式。 热经济平衡方程: 供热运行， c H 2 Q H 2 = C . E H 2 +Y H 2 十 Z H 2 ; 制冷运行， c R 2 Q R 2 = c , E 。 十 瑞 十几 式中: 。方案二供热成本， 嗡 方案二制冷; 电能价格; Q H 2 方案二的年度总供热量( k 1 ) ; Q R 2 方 案二的年度总制冷量( k j ) ; E H 2 方案二供热年耗电量 ( k j ) ; E R z 方案二制冷年耗电量( k i ) ; Y H 2 方案二
14、的 供热年维护费用( 元) ， Y in 方案二的制冷年维护费用 ( 元) ; Z H 2 一 一方案二的供热年投资费用， ( 元) ; Z ( 2 方案 二的制冷年投资费用， ( 元) .整理公式得: 2 . 3 对各方案的运行管理费用进行比较 在各方案中年维护管理费用用 Y表示( 机组维修、 保养 和管理人员工资福利等费用) 。本文采用估算法是按设备 初投资的一定比例来计取维护管理费用， 即每年维护费按 。 XK 计算， 其中。 为计取系数， 即: Y =e X K , 1 5 1 .在计算设 备投资的年折旧费用时， 风冷热泵核电源热泵及水冷机组、 嫩气锅炉寿命均取 巧 年， 在计算土建费
15、和能源增容费的年 折旧费时使用寿命取5 0 年， 投资折现率取8 外， 年维护管理 费用按年投资费用的3 %计算。则三种方案的运行管理费 用见表 2 。 表 2 系统形式 风冷热泵 运行管理费用比较 运行费用( 元/ m 2 )总费用( 元) 内On己亡曰 n叮白1人 水冷机组+燃气锅炉 地源热泵系统 、 一 。 E H2 + Y H2 + Z H 2Q H2 Q H2 Q H2 ，。 一 。 E R2 + Y R2 + Z .Q R2 Q R2 Q R2 ( 3 ) 冷水机组+燃气锅炉方案的经济模型和供热( 冷) 成本表达式。 热经 济 平 衡 方程: 供热c m Q H 3 = c f F
16、 H , + c . E m + Y H 3 + Z H 3 ， 制冷: c R 3 Q R 3 = c . E R 3 +c . Wm +Y R ， 十Z R 3 式中: C H 3 方案三的供热成本( 元/ k j ) ; C R 3 方案 三的制冷成本( 元/ k j ) ; C , - 燃料价格( 元/ N m ) ; Q H 3 方案三的年度总供热量( k j ) ; Q R 3 方案三的年 度总制冷量( k j ) ; E H 3 方案三的供热年耗电量( k i ) ; 凡， 方案三的制冷年耗电量( k j ) ; F H 3 方案三的供 热年耗嫩料量( k i ) ; WR 3
17、方案三冷却塔补水量( m 3 ) ; 儿3 方案三的供热年维护费用( 元) ; Y R 3 方案三的 制冷年维护费用( 元) ; Z H 3 方案三的供热年投资费用 ( 元) ; Z R 3 方案三的制冷年投资费用( 元) 。整理公式得: CH3 一F H3 + C Y H3 + Z H3Q H 3 Q H3 Q H3 ; CR3 一 c + c, “ + “ + Q Ra 3 结论 由表一可以看出， 地源热泵空调系统投资高于其他系 统， 造价高， 由表二可以看出， 地源热泵系统每年可节约费 用为3 9 0 0 元， 和传统空调系统相比较， 在 1 -6 年时间内可 收回增加的投资。传统空调系
18、统的寿命一般可以到 1 5 年 以上， 按照上述比较， 运行费用将节约 5 . 8 5 万元.由于地 ( 水) 源热泵系统工况良好、 运行稳定， 可大大延长主机机寿 命， 因此从使用寿命和运行费用来看， 地源热泵系统的经济 性是大大高于传统空调系统的。 参考文献 1 吴艳一 种断型的环保节能采吸系 统地派热泵空调系统 J . 环境保护科学. 2 0 0 5 , ( 3 ) : 6 8 - 7 0 . 2 赵军， 季新国子， 地源热泵的工程应用与环保节能特性分析【 J . 全国热泵和空调技术交流会论丈集, 2 0 0 1 , 1 0 , ( 3 ) , 3 3 - 3 5 . 3 徐伟等. 地源热泵工程技术指南 M . 北京: 中国建筑工业出版 社 ， 2 0 0 1 , ( 1 1 ) . 4 张群力， 王晋. 地源和地下水派热泵的研发现状及应用过程中的 问题分析 ) . 流体机械 , 2 0 0 3 , 3 , ( 5 ) : 5 0 - 5 4 . 5 李新国， 赵军等. 地源热泵系统及经济性分析 J . 全国热泵和空 调技术交流会论丈集, 2 0 0 1 , 1 0 , ( 1 ) : 1 - 4 . 一2 7 7 一 万方数据