多熱源熱泵經(jīng)濟(jì)性分析

1、多熱源熱泵經(jīng)濟(jì)性分析,游少芳200920102222 2010.04.21,國(guó)內(nèi)供暖行業(yè)現(xiàn)狀,,目前我國(guó)冬季供熱仍以鍋爐房集中供熱為主，礦物燃料燃燒會(huì)產(chǎn)生大量污染物，包括大量SO2 、NOx等有害氣體以及 CO2等溫室效應(yīng)氣體。由此產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題已日益成為政府和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。 燃燒礦物燃料通?？僧a(chǎn)生1500～1800℃的高溫，是高品位的熱能，而建筑供熱最終需要的是低品位的熱能，直接燃燒礦物燃料為建筑供熱意味著大量可用能的浪

2、費(fèi)。 目前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的熱水器主要有以下幾種:電熱水器、燃?xì)鉄崴鳌我惶?yáng)能供熱熱水器、電輔助加熱的太陽(yáng)能熱水器、熱泵熱水器及空氣源熱泵輔助供熱的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。,1.民用各種供暖方式簡(jiǎn)介,1.1 電熱水器電熱水器利用電加熱絲加熱蓄熱水箱中的水,直接將電能轉(zhuǎn)化為熱能。與其他熱水器相比,其初投資較低,熱效率相對(duì)較高,但需消耗大量高品位的電能。從能量高效利用的角度出發(fā),這種供熱水系統(tǒng)不宜推廣使用。1.2 燃?xì)鉄崴魅細(xì)鉄崴?/p>

3、是最早投入使用的熱水器,其燃?xì)饪刹捎锰烊粴?、液化氣和管道煤氣。燃?xì)鉄崴髟谑褂眠^(guò)程中,產(chǎn)生大量廢氣(二氧化碳、一氧化碳、硫化氣體等) ,容易造成有害氣體聚積和氧氣缺乏,從而引發(fā)人體中毒。另外,燃?xì)鉄崴餍枰^高的啟動(dòng)水壓,這對(duì)于高層用戶來(lái)說(shuō)使用起來(lái)較為困難,且燃?xì)鉄崴魇褂脡勖^短。基于節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的考慮,燃?xì)鉄崴髟诘貐^(qū)的應(yīng)用受到一定的限制。,1.民用各種供暖方式簡(jiǎn)介,,1.3 單一太陽(yáng)能供熱的熱水器單一太陽(yáng)能供熱的熱水器以取

4、之不盡、用之不竭的太陽(yáng)能為熱源,無(wú)需消耗常規(guī)能源,節(jié)能環(huán)保,經(jīng)濟(jì)性好。其缺點(diǎn)在于,系統(tǒng)的初投資較大,安裝位置受建筑結(jié)構(gòu)的影響,受外界氣候影響嚴(yán)重,有時(shí)不能全天候運(yùn)行。隨著生活水平的提高,單一太陽(yáng)能供熱的熱水器難以滿足人們對(duì)生活熱水的需求。1.4 電輔助加熱太陽(yáng)能熱水器為了保證熱水器在陰天或日照時(shí)間較短的冬季能夠穩(wěn)定運(yùn)行,電輔助加熱太陽(yáng)能熱水器在常規(guī)的單一太陽(yáng)能供熱的熱水器的蓄熱水箱內(nèi)設(shè)置了電加熱裝置。當(dāng)太陽(yáng)輻射不足時(shí),通過(guò)電加熱供應(yīng)

5、熱水。雖然這種方式解決了傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的不能全天候運(yùn)行的缺點(diǎn),但仍然需要消耗大量的高品位電能,能源浪費(fèi)問(wèn)題依然存在。,1.民用各種供暖方式簡(jiǎn)介,,1.5 熱泵熱水器熱泵熱水器是以消耗一部分電能為補(bǔ)償,通過(guò)熱力循環(huán),將環(huán)境介質(zhì)水、地?zé)嵩?、空氣等貯存的能量(熱量) 加以利用,用來(lái)制備生活熱水的裝置。它的工作原理與熱泵空調(diào)器的工作原理相同,其區(qū)別在于,熱泵空調(diào)器是從外界環(huán)境吸取熱量,供給室內(nèi)空氣,而熱泵熱水器則將這部分熱量用于加熱生活熱

6、水。與電熱水器相比,熱泵熱水器可節(jié)約大量高品位電能,但每天仍需消耗一定量的電能。1.6 空氣源熱泵輔助供熱太陽(yáng)能熱水器空氣源熱泵輔助供熱太陽(yáng)能熱水器,集太陽(yáng)能熱水器與熱泵熱水器各自的優(yōu)點(diǎn)于一體,將熱泵技術(shù)和太陽(yáng)能熱利用技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái),以空氣源熱泵作為傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水器的輔助熱源,以保證太陽(yáng)能熱水器的全天候工作。試驗(yàn)研究結(jié)果表明,在廣州地區(qū)氣候條件下,太陽(yáng)能集熱器面積與空氣源熱泵容量匹配得當(dāng),太陽(yáng)能集熱器可提供全年熱負(fù)荷的81%;在

7、最冷月,空氣源熱泵的制熱系數(shù)可達(dá)2.5～3.3。,2.民用各類熱泵熱水系統(tǒng)簡(jiǎn)介,,空氣型熱泵即風(fēng)冷熱泵，它是以吸收室外空氣中的低溫?zé)崃窟M(jìn)行供熱的，目前，我們家庭中使用的分體冷暖空調(diào)機(jī)即是典型的空氣—空氣型熱泵。當(dāng)室外溫度為5℃以上時(shí)，才能達(dá)到熱泵所應(yīng)有的效率，低于這個(gè)溫度時(shí)效率將大大下降，而且蒸發(fā)器極易結(jié)冰，需消耗電能解凍。當(dāng)室外溫度低于-7℃時(shí)，熱泵啟動(dòng)較難，且功效比接近1:1，十分不經(jīng)濟(jì)。因此，這一類熱泵的供熱工況僅適用于我國(guó)黃河以

8、南，冬季室外氣溫較高的地區(qū)使用。土壤—水型熱泵即地源熱泵。它是通過(guò)深埋于土壤中的盤(pán)管吸收土壤中的低溫?zé)崃窟M(jìn)行供熱的。此種熱泵在美國(guó)應(yīng)用較多，適用于地下水貧乏地區(qū)應(yīng)用，但造價(jià)昂貴，目前在我國(guó)還有待推廣應(yīng)用。水—水型熱泵、水—空氣型熱泵即水源熱泵。它是以吸收江河湖泊（冬季不結(jié)冰的）水和地下水中的低溫?zé)崃窟M(jìn)行供熱的。因此不受室外溫度限制，可廣泛應(yīng)用于北方地區(qū)的集中供熱、中央空調(diào)、熱水供應(yīng)、游泳池水加熱、室內(nèi)種植、養(yǎng)殖恒溫等。,3.民用

9、各類熱水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析,,空氣型熱泵熱水器在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手主要是太陽(yáng)能熱水器、天燃?xì)鉄崴骱碗姛崴?，熱泵熱水器雖熱效率較高并不一定意味著經(jīng)濟(jì)性好，關(guān)鍵是要根據(jù)不同的能源價(jià)格比較其實(shí)際使用費(fèi)用的差異。 以下的經(jīng)濟(jì)性分析以廣州地區(qū)的氣候和能源價(jià)格為基準(zhǔn)進(jìn)行，考慮到不同季節(jié)的環(huán)境溫度和水溫不同會(huì)對(duì)熱水器的運(yùn)行效率和使用費(fèi)用產(chǎn)生明顯影響，將全年分為夏天、冬天和過(guò)渡季節(jié)三種氣候進(jìn)行熱水器的年運(yùn)行費(fèi)用核算。,3.民用各類熱水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性

10、分析,,空氣其中夏天按5個(gè)月、冬天3個(gè)月、過(guò)渡季節(jié)4個(gè)月進(jìn)行計(jì)算。 夏天的自來(lái)水平均進(jìn)水溫度取25℃，熱泵熱水器平均效率取3.5。 冬天的進(jìn)水平均溫度取10℃，熱泵熱水器平均效率取2.5。 過(guò)渡季節(jié)的平均進(jìn)水溫度取20℃，熱泵熱水器平均效率取3.0。 熱水供水溫度則按55℃進(jìn)行核算。太陽(yáng)能熱水器按一年有120天時(shí)間完全靠電加熱來(lái)加熱熱水（夏季、冬季和過(guò)渡季節(jié)各40天），其余時(shí)間則完全由太陽(yáng)能加熱熱水。,3

11、.民用各類熱水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析,,從上表可得出以下結(jié)論：（1）空氣源熱泵熱水器與電熱水器相比，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。（2）空氣源熱泵熱水器與天燃?xì)鉄崴飨啾纫簿哂幸欢ǖ慕?jīng)濟(jì)性，再考慮到管道天燃?xì)鈨r(jià)格的不斷上調(diào)和燃?xì)鉄崴靼惭b位置的限制，熱泵熱水器與天燃?xì)鉄崴飨啾仍谑袌?chǎng)上將有不錯(cuò)的競(jìng)爭(zhēng)力。（3）熱泵熱水器與太陽(yáng)能熱水器相比，并無(wú)明顯的經(jīng)濟(jì)性，但因太陽(yáng)能熱水器在城市內(nèi)的安裝位置受到限制，且加熱能力受天氣影響較大、不如熱泵熱水器供熱水能力穩(wěn)

12、定，在城市內(nèi)應(yīng)用，熱泵熱水器與太陽(yáng)能熱水器相比在市場(chǎng)上也將有不錯(cuò)的競(jìng)爭(zhēng)力。（4）因家庭熱水用量比較小，家用熱泵熱水器的經(jīng)濟(jì)性不如商用的明顯。,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介,,4.1電力冷水機(jī)組加鍋爐夏天采用水冷型蒸汽壓縮式冷水機(jī)組供冷，冬天采用鍋爐(蒸汽鍋爐或熱水鍋爐)供熱是目前應(yīng)用最廣泛的空調(diào)冷熱源組合方式。其基本特點(diǎn)是:(l)夏季冷水機(jī)組消耗電能實(shí)現(xiàn)制冷，制冷效率較高，能效比一般在3.9～5.2之間。(2)冷源一般集中設(shè)置

13、于冷凍機(jī)房，運(yùn)行及維護(hù)管理方便。(3)夏季運(yùn)行需要冷卻水系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔噪音與水質(zhì)對(duì)環(huán)境有一定影響。(4)作為這種組合方式的熱源-鍋爐，具有供熱可靠的優(yōu)點(diǎn)。(5)鍋爐房的設(shè)置受約束因素較多，鍋爐運(yùn)行管理要求也較為嚴(yán)格。(6)冷凍機(jī)房與鍋爐房(有時(shí)還包括鍋爐房煙囪)占據(jù)一定的有效建筑面積。,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介,,4.2溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組(直燃式)由于前幾年電力供應(yīng)相對(duì)緊張，溴化鋰制冷機(jī)組具有省電、一機(jī)多用等

14、特點(diǎn)，加上國(guó)家對(duì)工質(zhì)替代的要求，溴化鋰制冷機(jī)成為一些空調(diào)用戶冷源的首選機(jī)型，得到了廣泛應(yīng)用。溴化鋰吸收式制冷機(jī)分蒸汽型、熱水型、直燃型三種類型。溴化鋰直燃吸收式冷溫水機(jī)組具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn):(1)能節(jié)省大量的電能，節(jié)電效果明顯，機(jī)組運(yùn)行耗電量小;(2)使用溴化鋰水溶液為工作工質(zhì)，對(duì)人體無(wú)毒，無(wú)刺激，對(duì)臭氧層無(wú)破壞，利于環(huán)保;(3)直燃式溴化鋰機(jī)組可一機(jī)多用，夏季作為冷源，冬季作為熱源，并可同時(shí)提供生活熱水，設(shè)備利用率高，并可省去

15、鍋爐房及其配套設(shè)施，節(jié)省用地，節(jié)約投資。,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介,,但溴化鋰直燃吸收式冷溫水機(jī)組也同樣存在著很多缺點(diǎn):(l)單機(jī)價(jià)格昂貴，設(shè)備初投資大;(2)所需冷卻水量大，冷卻水質(zhì)要求高，相應(yīng)冷卻水泵及冷卻塔容量增大，冷卻水系統(tǒng)需做好水質(zhì)處理，冷卻水管材耗量增加。(3)溴化鋰制冷機(jī)單機(jī)的重量及體積較大，安裝、運(yùn)輸困難，占地面積大。(4)因其有燃料燃燒，故還需設(shè)置煙囪，以排除燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣。而煙囪的設(shè)置可能影響建筑，需

16、與建筑工種配合，且排出的廢氣對(duì)大氣環(huán)境有影響。(5)有使用年限，一般為15年左右，并且隨著使用時(shí)間的增加，存在能量衰減的問(wèn)題。所以與其他冷熱源方式比較時(shí)，需考慮回收年限。(6)由于許多單位用地緊張，為節(jié)省機(jī)房用地，許多制冷機(jī)房都設(shè)在建筑物主體的地下室內(nèi)。但就直燃型溴化鋰機(jī)組來(lái)說(shuō)，一般不放置在地下室中，最多只能放在地下一層靠外墻處，需要有良好通風(fēng)，地上不宜為人員密集區(qū)。目前，我國(guó)對(duì)地下室放置還無(wú)明確規(guī)定，地下二層是否可行，仍無(wú)定論。,

17、4.商用各種中央供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介,,4.3空氣-水熱泵機(jī)組目前較適用于室外空調(diào)計(jì)算溫度-10℃以上的城市和建筑面積1萬(wàn)～1.5萬(wàn)m2以下以及冬季單位面積熱負(fù)荷不太大的建筑。對(duì)于長(zhǎng)江以南而冬季相對(duì)濕度不過(guò)高的地區(qū)尤為適用。對(duì)于夏季冷負(fù)荷小而冬季熱負(fù)荷較大的地區(qū)或?qū)τ谙募纠湄?fù)荷很大而冬季熱負(fù)荷很小的地區(qū)不宜單獨(dú)采用風(fēng)冷熱泵機(jī)組。空氣-水熱泵機(jī)組具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)安裝在室外，不占機(jī)房面積，節(jié)省土建投資。(2)省去冷卻塔、冷水泵和冷卻水系

18、統(tǒng)。節(jié)省投資與空間，還可避免冷卻塔軍團(tuán)菌的危害與冷卻水系統(tǒng)水處理的麻煩。(3)夏季供冷，冬季供熱，不需另設(shè)鍋爐房。(4)冬季供暖節(jié)電。熱泵獲得的熱能是消耗電能熱當(dāng)量的2~3倍。(5)不污染空氣，對(duì)環(huán)保有利。因而近幾年發(fā)展迅速。,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介,,但在使用中也存在一些問(wèn)題:(1)對(duì)冬季室外相對(duì)濕度較高的地區(qū)，盤(pán)管結(jié)霜較頻繁，除霜間隔時(shí)間熱泵停止供熱，影響供熱效果。(2)熱泵機(jī)組排熱氣流短路、多臺(tái)熱泵排熱氣流互相干擾

19、或上下布置出現(xiàn)“青蛙跳”現(xiàn)象，影響了制冷量。(3)如何按最佳平衡點(diǎn)溫度(熱泵供熱量等于建筑物耗熱量時(shí)的室外計(jì)算溫度)來(lái)選用熱泵，是否增設(shè)輔助電加熱器和多大容量為宜，這是影響熱泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要問(wèn)題。(4)冬季熱泵關(guān)機(jī)后制冷劑溶入冷凍機(jī)油造成運(yùn)行故障。(5)大容量熱泵機(jī)組的噪聲影響周圍居民。(6)維護(hù)管理方面也有不少問(wèn)題:(a)冷水不作水處理;(b)水系統(tǒng)長(zhǎng)期不清洗;(c)冷凝盤(pán)管翅片積塵.影響制冷(熱)量;(d)有的廠產(chǎn)品防腐蝕

20、措旋較差，日曬雨淋，外殼銹蝕;特別是沿海地區(qū)鹽霧腐蝕嚴(yán)重。,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介,,4.4水源熱泵冷熱水機(jī)組(l)水源熱泵性能系數(shù)高于空氣源熱泵。(2)水源熱泵應(yīng)用于有廢熱源或便于采用潔凈的江河水場(chǎng)合以及需同時(shí)供冷供熱的大型建筑時(shí)，具有明顯的節(jié)能意義及優(yōu)越性。(3)水源熱泵可直接作為每個(gè)用戶的末端設(shè)備，而需要集中維護(hù)的冷卻水系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)費(fèi)用有限:故水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)計(jì)量相對(duì)簡(jiǎn)單些。(4)與其他空調(diào)方式末端設(shè)備風(fēng)機(jī)盤(pán)管、變

21、風(fēng)量空調(diào)器相比，水源熱泵機(jī)組噪音較大。(5)環(huán)保作用突出，采用電能驅(qū)動(dòng)，從而避免了礦物質(zhì)能源在燃燒過(guò)程中對(duì)環(huán)境所造成的污染。(6)投資少，費(fèi)用低。,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析,,工程概況：選用上海市市北燃?xì)夤緸榉治鰧?duì)象。建筑基本情況如下:建筑類型:辦公室(運(yùn)行時(shí)間按8: 00～18: 00 )建筑面積:約4000 m2空調(diào)面積:約3000 m2總設(shè)計(jì)冷負(fù)荷:450kW總設(shè)計(jì)熱負(fù)荷:300kW,4.商用各種中央供

22、暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析,,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析,,,年運(yùn)行費(fèi)用從高到低依次為:電動(dòng)風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組、電動(dòng)風(fēng)冷熱泵機(jī)組、冷水機(jī)組加燃油鍋爐、冷水機(jī)組加燃?xì)忮仩t、溴化鋰直燃式冷溫水機(jī)組、電動(dòng)水源熱泵冷熱水機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)空氣源熱泵冷熱水機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)直接蒸發(fā)式空氣源熱泵機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)水源熱泵冷熱水機(jī)組。,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析,,,,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析,,,第一，與其他冷熱源方式比較，隨著使用年限的增加，溴化鋰

23、吸收式冷溫水機(jī)組的總費(fèi)用在不斷的下降，考慮到目前市場(chǎng)上主流的該類機(jī)組的使用壽命大約為15年，因此，在這類面積和用途的建筑中，溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組并不十分經(jīng)濟(jì)。第二，雖然目前冷水機(jī)組加鍋爐的形式由于其較好的穩(wěn)定性仍然是冷熱源選型時(shí)的首選，但是，我們通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是5年，10年還是15年，此類冷熱源方式對(duì)于這類建筑都很不經(jīng)濟(jì)。第三，與其他形式的冷熱源比較，電動(dòng)風(fēng)冷熱泵機(jī)組的費(fèi)用并沒(méi)有太多的改變，都處在中間位置。第四，由于選用的建