地源热泵空调节能减排的经济效益

谢静 陈睿智

摘?要：地源热泵中央空调系统是利用浅层地温能为室内活动场所提供冷热源的清洁节能新型中央空调系统。该空调系统与传统中央空调系统利用水冷或者风冷螺杆机搭配锅炉的方式相比较，大大节省了能源的消耗。本文通过一个成都地区实例项目分析比较，以证明地源热泵空调系统通过节能所产生的经济效益十分显著，在运行费用上与传统中央空调相比优势明显。地源热泵中央空调系统将在未来的节能减排工作中发挥更大作用。

关键词：地源热泵?水源热泵空调?传统中央空调?运行费用?节能减排

中图分类号：TU833.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）10（a）-0049-02

地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水中的浅层地温能资源作为建筑物冬季热源和夏季冷源，由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生资源、既可供暖又可制冷、能够“节能减排”的新型中央空调系统。

该系统由水源热泵机组、浅层地温能热交换系统、建筑物内部中央空调系统组成[1]。地源热泵技术具有明显减排温室气体的特点。由于地源热泵供暖70%以上的能源来自于土壤中的能量，30%以下的能源来源于电能，所以用它替代冬季采暖锅炉，至少可减排温室气体70%以上。另外，地源热泵技术利用的能源是常温土壤或水中的低位能量，并不需要特殊的地热田或地下热水。它只要有足够进行热交换的浅层土壤就可满足地源热泵所要求的技术条件，同时它不消耗也不污染地下水。并且，地源热泵空调具有高效节能，运行费用低的特点。在供暖时，地源热泵技术可将土壤中的能量“搬运”至室内，其能量70%以上来自土壤，制热系数高达5.0，而锅炉仅为0.7～0.9，可比锅炉节省70%以上的能源和40%～60%的运行费用；制冷时要比普通空调节能40～50%，运行费用降低40%以上。

本文将以成都地区某2万m2商业办公楼项目为例，分析对比水源热泵空调与传统中央空调（水冷螺杆式机+燃气锅炉）的节能减排经济效益。

1基本参数

1.1空调室外计算参数

冬季：干球温度6.0℃；平均最冷月相对湿度：80%；夏季：干球温度31.6℃；湿球温度：26.7℃；平均最冷月相对湿度：85%；

1.2空调室内计算参数

冬季室内设计温度t=20～22℃，室内相对湿度φ≤55%。夏季室内设计温度t=24～28℃，室内相对湿度φ≤60%

1.3设计负荷

整个空调面积约为20000m2，根据成都地区经验数据，商业区经验冷指标为140W/m2，经验热指标为120W/m2，估算得空调系统的冷负荷为2800kW，热负荷为2400kW。

2方案设计

2.1水源热泵中央空调系统

本方案拟建设一个热源井沿建筑物周围均匀布置，通过管网输送给各末端采暖制冷用之热（冷）媒即热水或冷水，机组设置于地下室。室内末端设备采用风机盘管+新风系统。

设计用2台水源热泵机组（30HXC-400AH-HP1）满足供热制冷需求。根据所选择的水源热泵机组，所需的最大用水量为244m3。根据区域水文地质资料[2]，设计单井出水量40m3/h，共设计取水井6口；设计单井回灌量20～30m3/h，共设计回灌井12口。热源井的单井初步设计深度为40m[3]。主要设备选型及技术参数如下：

30HXC 400AH-HP1水源热泵机组性能参数：

制热量1356KW，水源侧温度15/7℃；冷热水温度40/45℃；冷冻水流量263m3/h，水源侧流量132m3/h，耗电量318KW。

制冷量1528kW，水源侧温度18/29℃，冷热水温度12/7℃；冷冻水流量234m3/h，水源侧流量122m3/h，耗电量211kW。

2.2水冷螺杆式冷水机+燃气锅炉

本方案拟建设一个集中供冷站和一个集中供热站，供冷站及供热站设置于地下室，冷却塔设置于空地上。通过管网输送给各末端采暖制冷用之热（冷）媒即热水或冷水，制冷时管路切换至水冷螺杆机系统，制热时切换至锅炉系统。室内末端设备采用风机盘管+新风系统。

3经济性比较

3.1初投资比较

3.2年运行费用比较

制冷时间按120d，每天12h运行计算；供热时间按100d，每天12h计算。电费按1.0元/度计，天然气按2.2元/Nm3计。【运行耗能=制冷量（制热量）/EER（COP）×运行时间】

根据每天环境温度的变化情况以及《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）、《居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2001）规定空调运行时间：夏季为120d；冬季为100d；空调每天运行12h，其中：

100%满负荷运行时间为2.3%，75%部分负荷运行时间为41.5%

50%部分负荷运行时间为46.1%，25%部分负荷运行时间为10.1%

水源热泵系统夏季EER为4.8，冬季COP为3.6；水冷螺杆冷水机夏季EER为3.5，冬季燃气锅炉COP为0.85，

通过计算，水源热泵中央空调系统运行费用为：夏季耗电量495602kW·h，年运行费用为49.56万元；冬季耗电量485490kW·h，年运行费用为48.55万元，运行管理维护费用包括人工费及系统维护费等，为15万元，年运行总费用为113.11万元；传统中央空调运行费用为：夏季耗电量660798kW·h，年运行费用为49.56万元；冬季耗电量169920kW·h+耗气量237948Nm3，年运行费用为48.55万元，运行管理维护费用18万元，年运行总费用为：153.43万元。每平米运行费用为水源热泵中央空调56.56元，传统中央空调76.72元。

4结语

由上述实例可以看出，虽然地源热泵中央空调系统修建的初投资费用较高，为1000万元，比传统中央空调（水冷螺杆式冷水机+燃气锅炉系统）的修建费用830万多出170万，增加的投资比例约为20%。但是在运行费用上，地源热泵中央空调系统所节省的能耗及其所产生的经济效益是巨大的，节省能耗为26%。投资回收期仅需4.22年，运行20年后的纯收益为636.24万元。由此可见，地源热泵在节能减排方面，具有非常大的优势，并且有显著的经济效益。地源热泵技术是一项非常有发展前途和推广价值的可再生能源利用技术，这项技术目前已经具备了城市级区域推广的条件，必将在我国的节能工作中发挥更大的作用[4]。

参考文献

[1]周念沪.地热资源开发利用实务全书[M].北京：中国地质科学出版社，2005：11-39.

[2]刘俊贤.成都市水文地质工程地质环境地质综合勘察报告[R].四川省地质矿产局.1990.

[3]武晓峰，唐杰.地下水人工回灌与再利用[J].工程勘察，1998（4）：37-40.

[4]周道炯.地源热泵技术在城市节能中将发挥更大作用[J].地源热泵专栏.