基于壽命周期成本評價方法的開式湖水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化分析.pdf

1、目前，對于開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）計算方法的研究。這些研究方法中，在計算系統(tǒng)能耗時，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、取熱影響會發(fā)生變化；大部分沒有考慮系統(tǒng)的動態(tài)負荷，忽略了系統(tǒng)在運行工況下的實際能效；有些在通過改變?nèi)∷疁夭顏矸治龇桨笗r，只考慮了熱泵機組效率的變化，忽略了取水量的改變。以上研究方法多是針對地表水中的流動水體，對于滯留水體的研究較少。

2、　　本文針對滯留水體，就開式湖水源熱泵源水側(cè)系統(tǒng)，建立應(yīng)用于工程評價的簡化的壽命周期成本(LCC)計算模型，模型中同時考慮以下因素：①建筑的全年逐時動態(tài)負荷；②在系統(tǒng)排熱和取熱工況下連續(xù)運行時的動態(tài)取水溫度；③分析取水溫差的變化時，考慮同時改變的取水量、機組能效比等參數(shù)。并以重慶地區(qū)某別墅群湖水源熱泵系統(tǒng)工程為實際案例，采用Dest-h模擬其全年能耗，根據(jù)結(jié)果分析負荷需求特性，結(jié)合機組及水泵的性能曲線，準確地計算系統(tǒng)LCC值。通過別墅群

3、項目采用開式湖水源熱泵系統(tǒng)與風冷熱泵系統(tǒng)LCC的比較，結(jié)果表明：開式湖水源熱泵系統(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的各項費用，得出LCC的顯著影響因素：取水溫度、設(shè)計取水溫差、建設(shè)成本。基于取水溫度、設(shè)計取水溫差這兩個顯著影響因素，對原方案從3個方向進行優(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)，能較好的實現(xiàn)溫排水的散熱。夏季制冷設(shè)計工況下，系統(tǒng)運行一周后，采用集中排放水方案時取水口的水溫僅比采用分散排放水時高0.04℃，表明湖體體量較大時，

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。
　?、诮档拖到y(tǒng)能耗，優(yōu)化取水溫差
　　在開式湖水源熱泵系統(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程的大小，初始設(shè)計取水溫度由其源水自身溫度決定，因此取水溫差設(shè)計的合理與否會直接影響輸配系統(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

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)，能達到較小的LCC和較高的能效比?？紤]到取水溫差過小會使得取水量增大，導致取水部分建設(shè)成本增大，故最佳設(shè)計取水溫差范圍宜為5℃~6℃。當選用能效比較高的水源熱泵機組時，分析計算所得的最佳取水溫差值將變大，最佳取水溫差范圍也會相應(yīng)隨之變化。
　　③考慮系統(tǒng)變工況運行，優(yōu)化設(shè)備配置
　　由全年逐時動態(tài)負

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

8、熱泵機組源水側(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)計取水溫差為5℃時，冬季運行期最低取水溫度達10.2℃，設(shè)計取水溫差不宜再加大。因此最佳取水溫差和變工況運行的分析僅針對夏季制冷工況。
　　最后運用單因素敏感性分析法對湖水源熱泵系統(tǒng)LCC進行敏感性分析，分別得到電價和折現(xiàn)率這兩個因素變動時對決策結(jié)果LCC的影響程度。同時介紹了梯度在多因素敏感性分析中的應(yīng)用。
　　通過對工程