水源熱泵與傳統空調系統經濟性分析論文
摘要：水源熱泵是一種節能的空調系統，文章通過某一辦公樓為案例，對采用傳統空調系統和水源熱泵空調系統兩種方案經濟性進行了分析與比較。分析結果表明，在此工程中利用水源熱泵空調系統具有良好的經濟效益和社會效益，節能環保效果顯著。
關鍵詞：水源熱泵；空調系統；經濟性分析；節能
近年來，地下水源熱泵系統以其顯著的環保和節能等優點，在我國得到了迅速的發展，各地新建和改建了許多地下水源熱泵工程。地下水源熱泵系統的經濟性是決定地下水源熱泵能否得到廣泛應用的關鍵問題之一，針對熱泵系統的經濟性分析，文章對水源熱泵應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與“電制冷+市政熱源”空調系統二種方案在初投資和冬夏季運行費用二個方面的經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向補給，水平向江水排泄，可以看出，該地區抽水與回灌容易，地下水資源開采利用的水文地質條件好，夏、冬季兩季地下水水溫均為12℃～14℃，為水源熱泵系統的提供了良好的條件，本工程建筑面積約41381m2，空調冷負荷為3950KW，空調熱負荷為3000KW。
2冷熱源方案經濟性分析
空調系統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系統的經濟性。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濟性。
根據本建筑的特點及常用的暖通空調方式現對辦公綜合樓做如下兩種冷熱源方案，即水源熱泵系統和電制冷+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水源熱泵系統冬夏季原理圖
2.1.2電制冷+市政熱源系統冬夏季原理圖
2.2初投資分析
2.2.1設備初投資比較
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，地下水源熱泵系統方案和傳統電制冷方案初投資幾乎差不多。
2.2.2運行費用分析
空調系統運行時，在相當多的情況下，冷水機組處于部分負荷運行狀態，為了運行費用相對準確，文章用綜合部分負荷性能系數（IPLV）來計算空調季運行費用，標準規定：
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。
根據前面章節的水源側和冷凍側條件，經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；水源側運行費用：15×7×0.7×1800=13.2萬；末端循環泵運行費用：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系統均比傳統電制冷+市政熱源方案節能，冬季工況尤為明顯，一年空調運行費用可節省52.4萬元，節能率約24%。
3結語
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定，水體溫度較恒定，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性，水源熱泵系統可供暖、空調，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。減少機房面積和放置冷卻塔區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。
環保效益顯著，進行能量轉換的供暖空調系統。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統，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。不產生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，使環境更優美。
高效節能，由于采用地下水，水體溫度比環境空氣溫度高，水源熱泵機組可利用的水體溫度冬夏、季均為12-15℃。冬季熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高。而夏季水體溫度比環境空氣溫度低，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。
水源熱泵比傳統電制冷+市政熱源方案優勢明顯，但由于受到不同地區、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，不同地區不同需求的條件下，水源熱泵的投資經濟性會有所不同，具體需結合當地實際政策和條件來確定相應空調系統。
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