基于壽命周期成本評(píng)價(jià)方法的開(kāi)式湖水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化分析.pdf

1、目前，對(duì)于開(kāi)式地表水源熱泵系統(tǒng)，已有不少基于系統(tǒng)壽命周期成本（LCC）計(jì)算方法的研究。這些研究方法中，在計(jì)算系統(tǒng)能耗時(shí)，幾乎都假定了取水溫度恒定不變，忽略了取水溫度隨季節(jié)或在制冷工況和供熱工況受排熱、取熱影響會(huì)發(fā)生變化；大部分沒(méi)有考慮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，忽略了系統(tǒng)在運(yùn)行工況下的實(shí)際能效；有些在通過(guò)改變?nèi)∷疁夭顏?lái)分析方案時(shí)，只考慮了熱泵機(jī)組效率的變化，忽略了取水量的改變。以上研究方法多是針對(duì)地表水中的流動(dòng)水體，對(duì)于滯留水體的研究較少。

2、　　本文針對(duì)滯留水體，就開(kāi)式湖水源熱泵源水側(cè)系統(tǒng)，建立應(yīng)用于工程評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)化的壽命周期成本(LCC)計(jì)算模型，模型中同時(shí)考慮以下因素：①建筑的全年逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷；②在系統(tǒng)排熱和取熱工況下連續(xù)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)取水溫度；③分析取水溫差的變化時(shí)，考慮同時(shí)改變的取水量、機(jī)組能效比等參數(shù)。并以重慶地區(qū)某別墅群湖水源熱泵系統(tǒng)工程為實(shí)際案例，采用Dest-h模擬其全年能耗，根據(jù)結(jié)果分析負(fù)荷需求特性，結(jié)合機(jī)組及水泵的性能曲線，準(zhǔn)確地計(jì)算系統(tǒng)LCC值。通過(guò)別墅群

3、項(xiàng)目采用開(kāi)式湖水源熱泵系統(tǒng)與風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)LCC的比較，結(jié)果表明：開(kāi)式湖水源熱泵系統(tǒng)能取得更小的LCC值，為更優(yōu)方案。
　　分析該湖水源熱泵系統(tǒng)方案組成LCC的各項(xiàng)費(fèi)用，得出LCC的顯著影響因素：取水溫度、設(shè)計(jì)取水溫差、建設(shè)成本。基于取水溫度、設(shè)計(jì)取水溫差這兩個(gè)顯著影響因素，對(duì)原方案從3個(gè)方向進(jìn)行優(yōu)化。分別是：
　　①改善溫排水散熱、優(yōu)化排放水方案
　　提出集中取水、結(jié)合室外雨水管網(wǎng)的分散排放水形式，是一種有別于常規(guī)集中

4、排放水的滯留水體水源熱泵系統(tǒng)排放水方式?？蓽p少室外管網(wǎng)、節(jié)約投資、降低施工難度。
　　通過(guò)數(shù)值模擬得到，夏季自然狀態(tài)下，水體模型的周溫升為1.29℃。供冷工況集中排放水形式下，水體模型的周溫升為0.33℃；制冷工況分散排放水形式下，水體模型的周溫升為0.16℃。采用分散排放水方案較優(yōu)，能較好的實(shí)現(xiàn)溫排水的散熱。夏季制冷設(shè)計(jì)工況下，系統(tǒng)運(yùn)行一周后，采用集中排放水方案時(shí)取水口的水溫僅比采用分散排放水時(shí)高0.04℃，表明湖體體量較大時(shí)，

5、取排水口距離的合理設(shè)置可以使得取水口水溫所受影響較小。
　　②降低系統(tǒng)能耗，優(yōu)化取水溫差
　　在開(kāi)式湖水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用中，湖水全年水位變化小，一般地理位置和源水水位條件決定了取水揚(yáng)程的大小，初始設(shè)計(jì)取水溫度由其源水自身溫度決定，因此取水溫差設(shè)計(jì)的合理與否會(huì)直接影響輸配系統(tǒng)能耗。在夏季制冷工況下，以LCC為判斷依據(jù)，得出不同取水溫差對(duì)應(yīng)的LCC曲線，曲線表明：最佳取水溫差為5.4℃；以系統(tǒng)能效比為判斷依據(jù)，得出不同取水溫差對(duì)

6、應(yīng)的夏季最不利工況下系統(tǒng)能效比曲線，曲線表明：最佳取水溫差為5℃。兩者相差較小，并且兩曲線均表明：取水溫差在4℃~6℃的范圍內(nèi)，能達(dá)到較小的LCC和較高的能效比。考慮到取水溫差過(guò)小會(huì)使得取水量增大，導(dǎo)致取水部分建設(shè)成本增大，故最佳設(shè)計(jì)取水溫差范圍宜為5℃~6℃。當(dāng)選用能效比較高的水源熱泵機(jī)組時(shí)，分析計(jì)算所得的最佳取水溫差值將變大，最佳取水溫差范圍也會(huì)相應(yīng)隨之變化。
　?、劭紤]系統(tǒng)變工況運(yùn)行，優(yōu)化設(shè)備配置
　　由全年逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)

7、荷模擬可知，供冷季超過(guò)90％以上的時(shí)間系統(tǒng)負(fù)荷在50%以下。取水泵按照50%負(fù)荷率下的取水量和最大壓降進(jìn)行選型，當(dāng)負(fù)荷率在50%~100%之間時(shí)，通過(guò)增大取水溫差來(lái)滿足負(fù)荷要求，當(dāng)負(fù)荷率在0%~50%之間時(shí)，保持取水溫差為5℃定溫差運(yùn)行。使得熱泵機(jī)組在除了接近滿負(fù)荷率的小部分時(shí)間外，其余時(shí)間都保持高能效比的同時(shí)，很大程度上降低了取水泵能耗，得到了更低的系統(tǒng)LCC值，說(shuō)明變工況運(yùn)行具有節(jié)能潛力。
　　為保證機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性，冬季

8、熱泵機(jī)組源水側(cè)循環(huán)水溫不得低于4℃。由數(shù)值模擬可知，制熱季取水溫度在19.0℃~10.2℃之間變化，設(shè)計(jì)取水溫差為5℃時(shí)，冬季運(yùn)行期最低取水溫度達(dá)10.2℃，設(shè)計(jì)取水溫差不宜再加大。因此最佳取水溫差和變工況運(yùn)行的分析僅針對(duì)夏季制冷工況。
　　最后運(yùn)用單因素敏感性分析法對(duì)湖水源熱泵系統(tǒng)LCC進(jìn)行敏感性分析，分別得到電價(jià)和折現(xiàn)率這兩個(gè)因素變動(dòng)時(shí)對(duì)決策結(jié)果LCC的影響程度。同時(shí)介紹了梯度在多因素敏感性分析中的應(yīng)用。
　　通過(guò)對(duì)工程