成都地區(qū)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟分析

1、第 35卷 第 1期 2009年 2月 四川建筑科學研究 Sichuan Building Science 收稿日期 :2007210223作者簡介 :洪 濤 (1982- , 男 , 浙江富陽人 , 碩士研究生 , 主要從事 地源熱泵研究。成都地區(qū)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟分析洪 濤 , 楊坤麗(西南交通大學 , 四川 成都 610031摘 要 :以成都市可再生能源建筑工程示范項目 龍錦慧苑 1, 3號樓地源熱泵系統(tǒng)項目為例 , 從初投資 、 運行費用和動態(tài)費 用年值等幾個方面 , 對地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行了分析 。 地源熱泵系統(tǒng)作為一種新型的可再生能源 , , 適合在我國推廣發(fā)展 。關(guān)鍵詞

2、:地源熱泵 ; 經(jīng)濟分析 ; 初投資 ; 運行費用 ; 費用年值中圖分類號 :T U83313 文獻標識碼 :B 文章編號 :1008- 249-0 引 言一 。 , 世界 能源消耗逐年增加 。 能源消耗的主體 化石能源 資源正日漸枯竭 。因此 , 世界能源的供求矛盾將越 來越突出 , 再次爆發(fā)能源危機的可能性時刻存在 。 在我國 , 建筑能耗在國家總體能耗中占有很大的一 部分 。 所以 , 在建筑設(shè)計和建造的過程中 , 尋求新理 論 、 新技術(shù)和各種可再生能源具有重大的意義 。地源熱泵系統(tǒng) (Gr ound Source Heat Pump s, 簡稱 GSHPs 是利用地下巖石 、 土壤和

3、地下水作為熱源的“ 低溫熱源熱泵系統(tǒng) ” , 它把傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器 或蒸發(fā)器直接埋入地下 , 使其與土壤進行換熱 , 從而 對建筑室內(nèi)熱環(huán)境進行調(diào)節(jié) 。在國外 , 這項技術(shù)早 已于 1912年由瑞士的 Zoelly 提出1, 并且 , 在北美 和歐洲發(fā)展了幾十年 。相對傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)來說 , 它具有高效節(jié)能 、 對環(huán)境影響小等優(yōu)點 , 對解決我國 室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)能耗占建筑總能耗大部分的狀況有著 十分重要的作用 。就地源熱泵系統(tǒng)而言 , 它除了有很大的環(huán)境效 益以外 , 同時 , 也具有很大的經(jīng)濟效益 。 本文作者對 地源熱泵系統(tǒng)的初投資及運行費用等幾個方面進行 了分析 , 并闡述了該系統(tǒng)的應(yīng)

4、用前景 。成都地處四 川盆地 , 屬夏熱冬冷地區(qū) , 在地理位置上具有一定的 代表性 , 研究地源熱泵系統(tǒng)在成都地區(qū)的應(yīng)用 , 對我 國夏熱冬冷地區(qū)推廣該系統(tǒng)技術(shù)有指導(dǎo)意義 。成都市可再生能源建筑工程示范項目 龍錦樓 地 源 熱 泵 系 統(tǒng) , 項 目 實 施 面 積 為 29117m 2, 其中 , 1號樓為 17491m 2, 3號樓為 11626m 2。 1, 3號樓空調(diào)系統(tǒng)有兩種選擇方式 , 其一為家用分體空調(diào) (夏季采用空調(diào)進行制冷 , 冬季采用地 板輻射采暖 ; 其二為地源熱泵中央空調(diào) (夏季空調(diào) 系統(tǒng)集中向末端風機盤管供應(yīng)冷水 , 冬季供應(yīng)熱水 , 通過風機盤管或地板采暖管道的運

5、行 , 將冷量或熱 量送入室內(nèi) , 實現(xiàn)房間的制冷和制熱 , 冬季也可以通 過地板輻射采暖 。1 初投資分析地源熱泵系統(tǒng)的初投資費用主要從以下 3個方 面計算 :(1 設(shè)備費用 :是指系統(tǒng)主要設(shè)備的價格費用 。據(jù)調(diào)查 , 地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)備可按制冷量 018元 /W的價格計算2。(2 安裝費用 :是指安裝設(shè)備時所需支付的費用 , 一般是按設(shè)備費的百分比來計算 , 即安裝費用 =設(shè)備費用 ×相對的百分比 (一般熱 泵系統(tǒng)為 15%3(3 鉆孔費用 :即地下埋管時打孔的費用 。根據(jù)不同的地質(zhì)條件和狀況 , 打孔的深度及難度會使 費用差距比較大 。 根據(jù)成都地區(qū)的地質(zhì)條件和為了 保證打孔的

6、質(zhì)量 , 一般可按 150元 /m計算 , 即鉆孔費用 =鉆孔數(shù)量 ×鉆孔深度 ×每米孔深的 價格在龍錦慧苑 1, 3號樓項目中 , 采用的地源熱泵 為意大利克萊門特實用地埋工況的熱泵機組 。 主要 設(shè)備費按制冷量 018元 /W計算 。 1, 3號樓夏季的 制冷量分別為 1205k W 和 829k W 。因為夏季冷負 荷大于冬季熱負荷 , 以夏季制冷量為計算依據(jù) , 主要942 設(shè)備費約為 163萬元 。根據(jù)實地勘察和負荷需要 , 需打孔 228個 , 深度為 80m 。如果采用傳統(tǒng)的分體式空調(diào)系統(tǒng) , 兩棟樓共有 住戶 196戶 。 以一戶建筑使用面積為 100m 2

7、, 三室 兩廳戶型 , 住戶將安裝立式柜機 1臺 , 分體式機 3臺 。 根據(jù)市場均價將立式柜機定價為 6000元 /臺 , 分體式機定為 2000元 /臺 , 包含安裝費用 , 則空調(diào)機 設(shè)備費為 23512萬元 , 表 1為兩種不同家用空調(diào)系 統(tǒng)的初投資對比 。表 1 初投資對比項目 地源熱泵系統(tǒng) /萬元 分體式家用空調(diào)系統(tǒng) /萬元 主要設(shè)備費 163235. 2安裝費用 24. 4鉆孔費用 274-總計 2差額 2由表 1用較高 , 使其初投資相對較高 , 約為分體式空調(diào)系統(tǒng) 初投資的一倍 。2 運行費用分析地源熱泵系統(tǒng)的運行費用主要是設(shè)備運行時所 需要的電費和設(shè)備的基本維護費 。 龍錦

8、慧苑項目中 的地源熱泵中央空調(diào)運行參數(shù)為 :電費為 016元 / k W h, 天然氣費為 1143元 /m3, 每戶按 100m 2計算 , 共 10k W , 每天運行 10h, 夏季制冷時間為 90d, 冬 季供暖時間為 60d 4。2. 1 地源熱泵系統(tǒng)的運行費用表 2、 表 3是龍錦慧苑主系統(tǒng)的夏季和冬季運 行費用 。表 2 龍錦慧苑主系統(tǒng)夏季運行費用編號 設(shè)備 耗電量單位 數(shù)量100%運行1主機 139. 4臺 2278. 8k W 2空調(diào)側(cè)循環(huán)水泵 22臺 244k W 3地源側(cè)循環(huán)水泵 22臺 244k W 4深井潛水泵 11臺 333k W 5每月用電小計 399. 8(k

9、W ×300(h /月 119940(k W h /月 6 用電費用 119940(k W h ×0. 6(元 /kW h /300h239. 88(元 /h7維護費用按 5000元 /月計算 , 每月 300h 16. 67(元 /h 8主系統(tǒng)單位時間運行費用合計 256. 55(元 /h 表 2、 表 3表明 , 主系統(tǒng)夏季單位時間運行費用 為 256155元 /h 。 根據(jù)夏季制冷時間為 90d, 每天運 行 10h 計 , 該系統(tǒng)每年夏季的運行總費用為 2311萬元 ; 主 系 統(tǒng) 冬 季 單 位 時 間 運 行 費 用 為 314175元 /h。 根據(jù)冬季供熱為

10、60d, 每天運行 10h 計 , 該 系統(tǒng)每年冬季的運行總費用為 1819萬元 。該系統(tǒng) 每年的運行費用為 42萬元 。表 3 龍錦慧苑主系統(tǒng)冬季運行費用編號 設(shè)備耗電量單位 數(shù)量100%運行 1主機 187. 9臺 2375. 8k W 2空調(diào)側(cè)循環(huán)水泵 22臺 244k W 3地源側(cè)循環(huán)水泵 22臺 244k W 4深井潛水泵 11臺 333k W 5每月用電小計 496. 8(k W ×300(h /月 149040(k W h /月 6用電費用 149040(k W h ×0. 6(元 /kW h /300h298. 08(元 /h 7其他費用按 5000元 /月

11、計算 , 每月 h 16. 67(元 /h 8314. 75(/h 2.戶 , 以一戶 100m 2的 , 見表 4, 該項目如果采用分體式家 , 夏季的運行費用為 5517萬元 , 冬季的 運行費用為 2417萬元 , 全年的運行費用為 8014萬 元 。表 4 單戶分體式家用空調(diào)系統(tǒng)運行費用 (每戶 編號 項目 夏季 冬季 1每戶建筑面積 /(m 2 100100 2總制冷量 /(k W 1010 3空調(diào)機組電量 /(k W h (冬季為天然氣 5. 261. 47 4空調(diào)機組電費 /(元 /h (冬季為天然氣 3. 162. 1 5每天運行費用 /(元 31. 621 (對地源熱泵系統(tǒng)的

12、運行費用和分體式家用空調(diào) 系統(tǒng)運行費用的分析比較表明 , 地源熱泵系統(tǒng)較傳 統(tǒng)家用空調(diào)系統(tǒng)每年的運行費用可以節(jié)約 3814萬 元 ; 與其他的空調(diào)系統(tǒng)相比 , 地源熱泵系統(tǒng)省去了產(chǎn) 生熱水和冷水的過程 , 而是將管路中的水在埋于地 下的換熱器中與土壤直接換熱 ; 這樣的過程大大降 低了能量的損耗 , 提高了機組的轉(zhuǎn)換效率 , 從而使運 行費用更低 ; 地源熱泵系統(tǒng)工作穩(wěn)定 , 不會出現(xiàn)傳統(tǒng) 空調(diào)設(shè)備中制冷劑壓力過高或過低造成制冷或者供 暖不穩(wěn)定的現(xiàn)象 ; 沒有室外裝置 (冷卻塔 、 屋頂風機 等 , 其維護費用大大低于風 (水 冷集中式空調(diào)系 統(tǒng) 。3 動態(tài)費用年值初投資和運行費用這兩個指標只

13、能反映出經(jīng)濟 性的一個方面 , 而在決策時 , 還需要對綜合的經(jīng)濟指 標 費用年值進行比較 。動態(tài)費用年值法是用動態(tài)法進行的年計算費用 分析 , 其實質(zhì)就是將項目初投資的資金現(xiàn)值按其時 間價值等額分攤到各使用年限中 , 與年經(jīng)營成本相 加 , 其值最小者為最優(yōu)方案 。 該方法的優(yōu)點是物理 (下轉(zhuǎn)第 255頁 052 四川建筑科學研究 第 35卷 5 結(jié) 語圍巖位移計算值與實測值較為接近 , 支護受力 計算值比實測結(jié)果要大 , 但規(guī)律上較為一致 , 通過監(jiān) 控量測與數(shù)值模擬相結(jié)合 , 實現(xiàn)動態(tài)的信息化施工 是確保軟弱圍巖淺埋雙連拱隧道安全施工的有效途 徑 ; 拱頂沉降和周邊收斂明顯分為上弧形開挖

14、 、 核心 土開挖兩個增長階段 , 后施工洞室沉降大于先施工 洞室 ; 中墻頂部三角區(qū)圍巖及中墻底部圍巖塑性變 形較大 , 施工中應(yīng)加強監(jiān)測 。軟弱圍巖采用三導(dǎo)洞 施工方法時 , 兩側(cè)導(dǎo)洞臨時支護受力很大 , 應(yīng)加強橫 支撐以確保施工安全 ; 中墻受力始終處于偏壓狀態(tài) , 中墻底部承受很大的水平向拉應(yīng)力 ,參 考 文 獻1 劉洪洲 , J .西部探礦工程 , 2001, 68(1 :54255.2 陳少華 , 李 勇 . 聯(lián)拱隧道的結(jié)構(gòu)分析 J .中國公路學報 , 2000, 13(1 :48251.3 鄧 建 , 朱合華 , 丁文其 . 不等跨連拱隧道施工全過程的有限 元模擬 J .巖土力學

15、 , 2004, 25(3 :4762480.4 王勝輝 , 杜小平 , 袁 勇 , 等 . 不同開挖工序?qū)B拱隧道中墻的 影響 J .巖土力學 , 2004, 25(7 :110221106.5 丁文其 , 王曉形 , 李志剛 , 等 . 龍山淺埋大跨度連拱隧道施工方 案優(yōu)化分析 J .巖石力學與工程學報 , 2005, 24(22 :40422 4047.6 袁 勇 , 王勝輝 , 杜國平 , 等 .驗研究 J , (3 :4802484. 7-:人民交通出版社 ,8S .北京 :人民交通出 ,9 潘昌實 . 隧道力學數(shù)值方法 M.北京 :中國鐵道出版社 , 1995.(上接第 250頁

16、意義直觀 , 全面地考慮了初投資和運行費用兩種因 素 , 避免了因不同方案中設(shè)備使用壽命各異而造成 的計算不便 。動態(tài)費用年值的計算公式為 5:AW =m(1+i m -1×C 0+C式中 AW 費用年值 (萬元 ;C 0 初投資 , 包括設(shè)備購置費等 (萬元 ; i 利率 , 一般取 8%;m 使用壽命 (年 ;C 年經(jīng)營成本 (萬元 。在龍錦慧苑項目中 , 初投資 C為 46114萬元 , 利率 i 取值為 8%, 地源熱泵系統(tǒng)的使用年限 m 為 15年 , 年經(jīng)營成本 C 即為年運行費用 42萬元 。根 據(jù)上面動態(tài)費用年值的計算公式 , 可以計算出使用 地源熱泵系統(tǒng)的動態(tài)費用年

17、值 AW 為 9519萬元 。 在該項目中 , 若使用傳統(tǒng)分體式家用空調(diào)系統(tǒng) ,初投資 C為 23512萬元 , 利率 i 取值仍為 8%, 空調(diào) 使用年限 m 為 10年 , 年運行費用 C 為 8014萬元 。 根據(jù)上式可以計算出使用傳統(tǒng)家用空調(diào)的動態(tài)費用 年值 AW 為 11515萬元 。使用傳統(tǒng)家用空調(diào)系統(tǒng)與使用地源熱泵系統(tǒng)相 比 , 雖然在初投資上遠遠地低于后者 , 但是 , 因為使 用年限較后者更短 , 同時 , 每年運行的費用更高 , 所 以 , 動態(tài)費用年值反而更高 。 這也表明 , 后者較前者 在經(jīng)濟指標上更占優(yōu)勢 , 在總體的費用上更為節(jié)省 , 應(yīng)用前景也更廣 。4 結(jié) 語

18、由于地源熱泵系統(tǒng)在鉆孔費用上較高 , 使其在 初投資上比其他的空調(diào)系統(tǒng)高 , 前期投入增加 。但 在運行費用上 , 地源熱泵則有了很大的優(yōu)勢 。龍錦 慧苑項目因為使用地源熱泵系統(tǒng) , 每年可以節(jié)省 3814萬元 。 在初投資中增加的費用為 22612萬元 , 那么 , 整套系統(tǒng)運行大約 5年半至 6年時間 , 就可以 收回成本 。地源熱泵系統(tǒng)的使用年限為 15年 , 這 樣 , 在以后的 9年中 , 就可以節(jié)省幾百萬元的運行費 用 。 同時 , 由于地源熱泵系統(tǒng)有環(huán)保效應(yīng) , 具有很大 的推廣空間 。參 考 文 獻 :1 李元旦 , 張 旭 . 土壤源熱泵的國內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀及展望 J .制冷空調(diào)與電力機械 , 2002, 23(1