水源熱泵與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟性分析論文
摘要：水源熱泵是一種節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，文章通過某一辦公樓為案例，對采用傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)和水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)兩種方案經(jīng)濟性進行了分析與比較。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)濟效益和社會效益，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)濟性分析；節(jié)能
近年來，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，在我國得到了迅速的發(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)濟性是決定地下水源熱泵能否得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一，針對熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析，文章對水源熱泵應(yīng)用的基本條件及基本原理進行簡要的分析說明，并且以丹東某辦公樓作為工程實例，分別對水源熱泵系統(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行費用二個方面的經(jīng)濟性進行了分析與比較。
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。
項目座落在江畔，該項目水源場距離江邊最近距離為80m，地下水主要受江水側(cè)向補給，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)冷負荷為3950KW，空調(diào)熱負荷為3000KW。
2冷熱源方案經(jīng)濟性分析
空調(diào)系統(tǒng)的總成本主要包括初投資和運行費用兩部分。單純考慮運行成本的降低，可能會導(dǎo)致初投資的不合理增加，而拋開運行費用一味的控制初投資，也可能使運行費用增加，這兩方面都直接影響到空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性。因此，合理安排兩方面的費用組成，綜合比較各方案的初投資和運行費用，才能合理地得出各方案的經(jīng)濟性。
根據(jù)本建筑的特點及常用的暖通空調(diào)方式現(xiàn)對辦公綜合樓做如下兩種冷熱源方案，即水源熱泵系統(tǒng)和電制冷+市政熱源二種方案，并對這兩種冷熱源方案進行比較分析。
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：
螺桿式水源熱泵機組（2臺），制冷量：1944KW，N=264KW，制熱量：1952.4，N=374.6KW，價格：200萬元；潛水泵7臺，G=100m3/h，H=60mH2O，n=1450r/min，N=15kw，價格：14萬元，水源井18口（8抽，2備用，8回灌）井深30米，價格：36萬元；冷凍水循環(huán)泵（3臺），G=380m3/h，H=35mH2O，n=1450r/min，N=55kw，價格：20萬元。方案一總投資為256萬元。
方案二：
離心式冷水機組（2臺），制冷量：1934KW，N=346KW，價格：200萬元，水板式換熱機組3000KW（1臺），價格：10萬元；冷卻水循環(huán)泵3臺，G=433m3/h，H=30mH2O，n=1450r/min，N=55kw，價格：30萬元，靜音型方型冷卻塔2臺，G=407m3/h，價格：24萬元；冷凍水循環(huán)泵3臺，G=380m3/h，H=35mH2O，n=1450r/min，N=55kw，價格：20萬元。方案二總投資為251萬元。
通過上述兩種不同方案的初投資對比可知，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運行費用分析
空調(diào)系統(tǒng)運行時，在相當多的情況下，冷水機組處于部分負荷運行狀態(tài)，為了運行費用相對準確，文章用綜合部分負荷性能系數(shù)（IPLV）來計算空調(diào)季運行費用，標準規(guī)定：
NPLV=1%A+42%B+45%C+12%
其中，A為100%負荷時的能效比，B為75%負荷時的能效比，C為50%負荷時的能效比，D為25%負荷時的能效比。
根據(jù)前面章節(jié)的水源側(cè)和冷凍側(cè)條件，經(jīng)廠家配合計算本項目水源熱機組夏季與冬季NPLV值分別為7.6、6.29。電制冷冷水機組NPLV值為6.83。機組年運行費用=運行時間×機組冷量×1/NPLV×0.8。電費1元，空調(diào)季年運行時間按120天，每天運行10小時計算，供暖季年運行時間按150天，每天運行12小時計算。
2.2.2.1夏季工況。
（1）方案一運行費用：水源熱泵機組運行費用：120×10×1944×2×1/7.6×0.7=42.9萬；水源側(cè)冷卻水運行費用：15×7×0.7×1200=8.8萬；冷凍水運行費用：55×2×0.7×1200=9.2萬；水源熱泵總運行費用42.9+8.8+9.2=60.9萬。
（2）方案二運行費用：冷水機組運行費用：120×10×1944×2×1/6.83×0.7=47.8萬；冷卻水運行費用：55×2×0.7×1200=9.2萬；冷凍水運行費用：55×2×0.7×1200=9.2萬；水機組總運行費用47.8+9.2+9.2=66.2萬。
2.2.2.2冬季工況：（1）方案一運行費用：水源熱泵機組運行費用：150×12×1952×2×1/6.29×0.7=78.2萬；水源側(cè)運行費用：15×7×0.7×1800=13.2萬；末端循環(huán)泵運行費用：55×2×0.7×1800=13.86萬。
總運行費用：78.2+13.2+13.86=105.26萬。
（2）方案二（市政熱源）運行費用：熱力公司按面積收取35元/m2×41381m2=144.8萬；循環(huán)泵運行費用：30×2×0.7×1800=7.56萬；總運行費用144.8+7.56=152.36萬。
綜上可知，夏季工況下，一個空調(diào)季方案一的運行費用比方案二少5.3萬元，冬季工況下，方案一運行費用比方案二的運行費用少47.1萬元，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)運行費用可節(jié)省52.4萬元，節(jié)能率約24%。
3結(jié)語
本項目處于江邊，江水對地下水有很好的能量補充，水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，水體溫度較恒定，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性，水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。減少機房面積和放置冷卻塔區(qū)域從而減少土建成本，機組運行簡單可靠，維護費用低，自動控制水平高，使用壽命長可達到15年以上。
環(huán)保效益顯著，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng)，水源熱泵是利用了地下水作為冷熱源。沒有燃燒過程，防止了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，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冷式和冷卻塔式，機組效率提高。
水源熱泵比傳統(tǒng)電制冷+市政熱源方案優(yōu)勢明顯，但由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，不同地區(qū)不同需求的條件下，水源熱泵的投資經(jīng)濟性會有所不同，具體需結(jié)合當?shù)貙嶋H政策和條件來確定相應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)。
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