成都地区地源热泵空调系统的经济分析

1、第 35卷 第 1期 2009年 2月 四川建筑科学研究 Sichuan Building Science 收稿日期 :2007210223作者简介 :洪 涛 (1982- , 男 , 浙江富阳人 , 硕士研究生 , 主要从事 地源热泵研究。成都地区地源热泵空调系统的经济分析洪 涛 , 杨坤丽(西南交通大学 , 四川 成都 610031摘 要 :以成都市可再生能源建筑工程示范项目 龙锦慧苑 1, 3号楼地源热泵系统项目为例 , 从初投资 、 运行费用和动态费 用年值等几个方面 , 对地源热泵系统的经济性进行了分析 。 地源热泵系统作为一种新型的可再生能源 , , 适合在我国推广发展 。关键词

2、:地源热泵 ; 经济分析 ; 初投资 ; 运行费用 ; 费用年值中图分类号 :T U83313 文献标识码 :B 文章编号 :1008- 249-0 引 言一 。 , 世界 能源消耗逐年增加 。 能源消耗的主体 化石能源 资源正日渐枯竭 。因此 , 世界能源的供求矛盾将越 来越突出 , 再次爆发能源危机的可能性时刻存在 。 在我国 , 建筑能耗在国家总体能耗中占有很大的一 部分 。 所以 , 在建筑设计和建造的过程中 , 寻求新理 论 、 新技术和各种可再生能源具有重大的意义 。地源热泵系统 (Gr ound Source Heat Pump s, 简称 GSHPs 是利用地下岩石 、 土壤和

3、地下水作为热源的“ 低温热源热泵系统 ” , 它把传统空调系统的冷凝器 或蒸发器直接埋入地下 , 使其与土壤进行换热 , 从而 对建筑室内热环境进行调节 。在国外 , 这项技术早 已于 1912年由瑞士的 Zoelly 提出1, 并且 , 在北美 和欧洲发展了几十年 。相对传统的空调系统来说 , 它具有高效节能 、 对环境影响小等优点 , 对解决我国 室内空气调节能耗占建筑总能耗大部分的状况有着 十分重要的作用 。就地源热泵系统而言 , 它除了有很大的环境效 益以外 , 同时 , 也具有很大的经济效益 。 本文作者对 地源热泵系统的初投资及运行费用等几个方面进行 了分析 , 并阐述了该系统的应

4、用前景 。成都地处四 川盆地 , 属夏热冬冷地区 , 在地理位置上具有一定的 代表性 , 研究地源热泵系统在成都地区的应用 , 对我 国夏热冬冷地区推广该系统技术有指导意义 。成都市可再生能源建筑工程示范项目 龙锦楼 地 源 热 泵 系 统 , 项 目 实 施 面 积 为 29117m 2, 其中 , 1号楼为 17491m 2, 3号楼为 11626m 2。 1, 3号楼空调系统有两种选择方式 , 其一为家用分体空调 (夏季采用空调进行制冷 , 冬季采用地 板辐射采暖 ; 其二为地源热泵中央空调 (夏季空调 系统集中向末端风机盘管供应冷水 , 冬季供应热水 , 通过风机盘管或地板采暖管道的运

5、行 , 将冷量或热 量送入室内 , 实现房间的制冷和制热 , 冬季也可以通 过地板辐射采暖 。1 初投资分析地源热泵系统的初投资费用主要从以下 3个方 面计算 :(1 设备费用 :是指系统主要设备的价格费用 。据调查 , 地源热泵系统的设备可按制冷量 018元 /W的价格计算2。(2 安装费用 :是指安装设备时所需支付的费用 , 一般是按设备费的百分比来计算 , 即安装费用 =设备费用 ×相对的百分比 (一般热 泵系统为 15%3(3 钻孔费用 :即地下埋管时打孔的费用 。根据不同的地质条件和状况 , 打孔的深度及难度会使 费用差距比较大 。 根据成都地区的地质条件和为了 保证打孔的

6、质量 , 一般可按 150元 /m计算 , 即钻孔费用 =钻孔数量 ×钻孔深度 ×每米孔深的 价格在龙锦慧苑 1, 3号楼项目中 , 采用的地源热泵 为意大利克莱门特实用地埋工况的热泵机组 。 主要 设备费按制冷量 018元 /W计算 。 1, 3号楼夏季的 制冷量分别为 1205k W 和 829k W 。因为夏季冷负 荷大于冬季热负荷 , 以夏季制冷量为计算依据 , 主要942 设备费约为 163万元 。根据实地勘察和负荷需要 , 需打孔 228个 , 深度为 80m 。如果采用传统的分体式空调系统 , 两栋楼共有 住户 196户 。 以一户建筑使用面积为 100m 2

7、, 三室 两厅户型 , 住户将安装立式柜机 1台 , 分体式机 3台 。 根据市场均价将立式柜机定价为 6000元 /台 , 分体式机定为 2000元 /台 , 包含安装费用 , 则空调机 设备费为 23512万元 , 表 1为两种不同家用空调系 统的初投资对比 。表 1 初投资对比项目 地源热泵系统 /万元 分体式家用空调系统 /万元 主要设备费 163235. 2安装费用 24. 4钻孔费用 274-总计 2差额 2由表 1用较高 , 使其初投资相对较高 , 约为分体式空调系统 初投资的一倍 。2 运行费用分析地源热泵系统的运行费用主要是设备运行时所 需要的电费和设备的基本维护费 。 龙锦

8、慧苑项目中 的地源热泵中央空调运行参数为 :电费为 016元 / k W h, 天然气费为 1143元 /m3, 每户按 100m 2计算 , 共 10k W , 每天运行 10h, 夏季制冷时间为 90d, 冬 季供暖时间为 60d 4。2. 1 地源热泵系统的运行费用表 2、 表 3是龙锦慧苑主系统的夏季和冬季运 行费用 。表 2 龙锦慧苑主系统夏季运行费用编号 设备 耗电量单位 数量100%运行1主机 139. 4台 2278. 8k W 2空调侧循环水泵 22台 244k W 3地源侧循环水泵 22台 244k W 4深井潜水泵 11台 333k W 5每月用电小计 399. 8(k

9、W ×300(h /月 119940(k W h /月 6 用电费用 119940(k W h ×0. 6(元 /kW h /300h239. 88(元 /h7维护费用按 5000元 /月计算 , 每月 300h 16. 67(元 /h 8主系统单位时间运行费用合计 256. 55(元 /h 表 2、 表 3表明 , 主系统夏季单位时间运行费用 为 256155元 /h 。 根据夏季制冷时间为 90d, 每天运 行 10h 计 , 该系统每年夏季的运行总费用为 2311万元 ; 主 系 统 冬 季 单 位 时 间 运 行 费 用 为 314175元 /h。 根据冬季供热为

10、60d, 每天运行 10h 计 , 该 系统每年冬季的运行总费用为 1819万元 。该系统 每年的运行费用为 42万元 。表 3 龙锦慧苑主系统冬季运行费用编号 设备耗电量单位 数量100%运行 1主机 187. 9台 2375. 8k W 2空调侧循环水泵 22台 244k W 3地源侧循环水泵 22台 244k W 4深井潜水泵 11台 333k W 5每月用电小计 496. 8(k W ×300(h /月 149040(k W h /月 6用电费用 149040(k W h ×0. 6(元 /kW h /300h298. 08(元 /h 7其他费用按 5000元 /月

11、计算 , 每月 h 16. 67(元 /h 8314. 75(/h 2.户 , 以一户 100m 2的 , 见表 4, 该项目如果采用分体式家 , 夏季的运行费用为 5517万元 , 冬季的 运行费用为 2417万元 , 全年的运行费用为 8014万 元 。表 4 单户分体式家用空调系统运行费用 (每户 编号 项目 夏季 冬季 1每户建筑面积 /(m 2 100100 2总制冷量 /(k W 1010 3空调机组电量 /(k W h (冬季为天然气 5. 261. 47 4空调机组电费 /(元 /h (冬季为天然气 3. 162. 1 5每天运行费用 /(元 31. 621 (对地源热泵系统的

12、运行费用和分体式家用空调 系统运行费用的分析比较表明 , 地源热泵系统较传 统家用空调系统每年的运行费用可以节约 3814万 元 ; 与其他的空调系统相比 , 地源热泵系统省去了产 生热水和冷水的过程 , 而是将管路中的水在埋于地 下的换热器中与土壤直接换热 ; 这样的过程大大降 低了能量的损耗 , 提高了机组的转换效率 , 从而使运 行费用更低 ; 地源热泵系统工作稳定 , 不会出现传统 空调设备中制冷剂压力过高或过低造成制冷或者供 暖不稳定的现象 ; 没有室外装置 (冷却塔 、 屋顶风机 等 , 其维护费用大大低于风 (水 冷集中式空调系 统 。3 动态费用年值初投资和运行费用这两个指标只

13、能反映出经济 性的一个方面 , 而在决策时 , 还需要对综合的经济指 标 费用年值进行比较 。动态费用年值法是用动态法进行的年计算费用 分析 , 其实质就是将项目初投资的资金现值按其时 间价值等额分摊到各使用年限中 , 与年经营成本相 加 , 其值最小者为最优方案 。 该方法的优点是物理 (下转第 255页 052 四川建筑科学研究 第 35卷 5 结 语围岩位移计算值与实测值较为接近 , 支护受力 计算值比实测结果要大 , 但规律上较为一致 , 通过监 控量测与数值模拟相结合 , 实现动态的信息化施工 是确保软弱围岩浅埋双连拱隧道安全施工的有效途 径 ; 拱顶沉降和周边收敛明显分为上弧形开挖

14、 、 核心 土开挖两个增长阶段 , 后施工洞室沉降大于先施工 洞室 ; 中墙顶部三角区围岩及中墙底部围岩塑性变 形较大 , 施工中应加强监测 。软弱围岩采用三导洞 施工方法时 , 两侧导洞临时支护受力很大 , 应加强横 支撑以确保施工安全 ; 中墙受力始终处于偏压状态 , 中墙底部承受很大的水平向拉应力 ,参 考 文 献1 刘洪洲 , J .西部探矿工程 , 2001, 68(1 :54255.2 陈少华 , 李 勇 . 联拱隧道的结构分析 J .中国公路学报 , 2000, 13(1 :48251.3 邓 建 , 朱合华 , 丁文其 . 不等跨连拱隧道施工全过程的有限 元模拟 J .岩土力学

15、 , 2004, 25(3 :4762480.4 王胜辉 , 杜小平 , 袁 勇 , 等 . 不同开挖工序对连拱隧道中墙的 影响 J .岩土力学 , 2004, 25(7 :110221106.5 丁文其 , 王晓形 , 李志刚 , 等 . 龙山浅埋大跨度连拱隧道施工方 案优化分析 J .岩石力学与工程学报 , 2005, 24(22 :40422 4047.6 袁 勇 , 王胜辉 , 杜国平 , 等 .验研究 J , (3 :4802484. 7-:人民交通出版社 ,8S .北京 :人民交通出 ,9 潘昌实 . 隧道力学数值方法 M.北京 :中国铁道出版社 , 1995.(上接第 250页

16、意义直观 , 全面地考虑了初投资和运行费用两种因 素 , 避免了因不同方案中设备使用寿命各异而造成 的计算不便 。动态费用年值的计算公式为 5:AW =m(1+i m -1×C 0+C式中 AW 费用年值 (万元 ;C 0 初投资 , 包括设备购置费等 (万元 ; i 利率 , 一般取 8%;m 使用寿命 (年 ;C 年经营成本 (万元 。在龙锦慧苑项目中 , 初投资 C为 46114万元 , 利率 i 取值为 8%, 地源热泵系统的使用年限 m 为 15年 , 年经营成本 C 即为年运行费用 42万元 。根 据上面动态费用年值的计算公式 , 可以计算出使用 地源热泵系统的动态费用年

17、值 AW 为 9519万元 。 在该项目中 , 若使用传统分体式家用空调系统 ,初投资 C为 23512万元 , 利率 i 取值仍为 8%, 空调 使用年限 m 为 10年 , 年运行费用 C 为 8014万元 。 根据上式可以计算出使用传统家用空调的动态费用 年值 AW 为 11515万元 。使用传统家用空调系统与使用地源热泵系统相 比 , 虽然在初投资上远远地低于后者 , 但是 , 因为使 用年限较后者更短 , 同时 , 每年运行的费用更高 , 所 以 , 动态费用年值反而更高 。 这也表明 , 后者较前者 在经济指标上更占优势 , 在总体的费用上更为节省 , 应用前景也更广 。4 结 语

18、由于地源热泵系统在钻孔费用上较高 , 使其在 初投资上比其他的空调系统高 , 前期投入增加 。但 在运行费用上 , 地源热泵则有了很大的优势 。龙锦 慧苑项目因为使用地源热泵系统 , 每年可以节省 3814万元 。 在初投资中增加的费用为 22612万元 , 那么 , 整套系统运行大约 5年半至 6年时间 , 就可以 收回成本 。地源热泵系统的使用年限为 15年 , 这 样 , 在以后的 9年中 , 就可以节省几百万元的运行费 用 。 同时 , 由于地源热泵系统有环保效应 , 具有很大 的推广空间 。参 考 文 献 :1 李元旦 , 张 旭 . 土壤源热泵的国内外研究和应用现状及展望 J .制冷空调与电力机械 , 2002, 23(1