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,國內(nèi)供暖行業(yè)現(xiàn)狀,,目前我國冬季供熱仍以鍋爐房集中供熱為主，礦物燃料燃燒會產(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)境問題已日益成為政府和公眾關(guān)注的焦點。 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。 目前,國內(nèi)市場上的熱水器主要有以下幾種:電熱水器、燃?xì)鉄崴?、單一太陽能供熱熱水器、電輔助加熱的太陽能熱水器、熱泵熱水器及空氣源熱泵輔助供熱的太陽能熱水系統(tǒng)。,1.民用各種供暖方式簡介,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)饪刹捎锰烊粴狻⒁夯瘹夂凸艿烂簹?。燃?xì)鉄崴髟谑褂眠^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^高的啟動水壓,這對于高層用戶來說使用起來較為困難,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介,,1.3 單一太陽能供熱的熱水器單一太陽能供熱的熱水器以取

4、之不盡、用之不竭的太陽能為熱源,無需消耗常規(guī)能源,節(jié)能環(huán)保,經(jīng)濟(jì)性好。其缺點在于,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,有時不能全天候運行。隨著生活水平的提高,單一太陽能供熱的熱水器難以滿足人們對生活熱水的需求。1.4 電輔助加熱太陽能熱水器為了保證熱水器在陰天或日照時間較短的冬季能夠穩(wěn)定運行,電輔助加熱太陽能熱水器在常規(guī)的單一太陽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)太陽輻射不足時,通過電加熱供應(yīng)

5、熱水。雖然這種方式解決了傳統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)的不能全天候運行的缺點,但仍然需要消耗大量的高品位電能,能源浪費問題依然存在。,1.民用各種供暖方式簡介,,1.5 熱泵熱水器熱泵熱水器是以消耗一部分電能為補償,通過熱力循環(huán),將環(huán)境介質(zhì)水、地?zé)嵩础⒖諝獾荣A存的能量(熱量) 加以利用,用來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能熱水器空氣源熱泵輔助供熱太陽能熱水器,集太陽能熱水器與熱泵熱水器各自的優(yōu)點于一體,將熱泵技術(shù)和太陽能熱利用技術(shù)有機結(jié)合起來,以空氣源熱泵作為傳統(tǒng)太陽能熱水器的輔助熱源,以保證太陽能熱水器的全天候工作。試驗研究結(jié)果表明,在廣州地區(qū)氣候條件下,太陽能集熱器面積與空氣源熱泵容量匹配得當(dāng),太陽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)機即是典型的空氣—空氣型熱泵。當(dāng)室外溫度為5℃以上時，才能達(dá)到熱泵所應(yīng)有的效率，低于這個溫度時效率將大大下降，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，熱泵啟動較難，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。它是通過深埋于土壤中的盤管吸收土壤中的低溫?zé)崃窟M(jìn)行供熱的。此種熱泵在美國應(yīng)用較多，適用于地下水貧乏地區(qū)應(yīng)用，但造價昂貴，目前在我國還有待推廣應(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上的競爭對手主要是太陽能熱水器、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)不同的能源價格比較其實際使用費用的差異。 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對熱水器的運行效率和使用費用產(chǎn)生明顯影響，將全年分為夏天、冬天和過渡季節(jié)三種氣候進(jìn)行熱水器的年運行費用核算。,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個月、冬天3個月、過渡季節(jié)4個月進(jìn)行計算。 夏天的自來水平均進(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。太陽能熱水器按一年有120天時間完全靠電加熱來加熱熱水（夏季、冬季和過渡季節(jié)各40天），其余時間則完全由太陽能加熱熱水。,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飨啾仍谑袌錾蠈⒂胁诲e的競爭力。（3）熱泵熱水器與太陽能熱水器相比，并無明顯的經(jīng)濟(jì)性，但因太陽能熱水器在城市內(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，熱泵熱水器與太陽能熱水器相比在市場上也將有不錯的競爭力。（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)簡介,,4.1電力冷水機組加鍋爐夏天采用水冷型蒸汽壓縮式冷水機組供冷，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。其基本特點是:(l)夏季冷水機組消耗電能實現(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、于冷凍機房，運行及維護(hù)管理方便。(3)夏季運行需要冷卻水系統(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。(5)鍋爐房的設(shè)置受約束因素較多，鍋爐運行管理要求也較為嚴(yán)格。(6)冷凍機房與鍋爐房(有時還包括鍋爐房煙囪)占據(jù)一定的有效建筑面積。,4.商用各種中央供暖系統(tǒng)簡介,,4.2溴化鋰吸收式冷溫水機組(直燃式)由于前幾年電力供應(yīng)相對緊張，溴化鋰制冷機組具有省電、一機多用等

14、特點，加上國家對工質(zhì)替代的要求，溴化鋰制冷機成為一些空調(diào)用戶冷源的首選機型，得到了廣泛應(yīng)用。溴化鋰吸收式制冷機分蒸汽型、熱水型、直燃型三種類型。溴化鋰直燃吸收式冷溫水機組具有一些顯著的優(yōu)點:(1)能節(jié)省大量的電能，節(jié)電效果明顯，機組運行耗電量小;(2)使用溴化鋰水溶液為工作工質(zhì)，對人體無毒，無刺激，對臭氧層無破壞，利于環(huán)保;(3)直燃式溴化鋰機組可一機多用，夏季作為冷源，冬季作為熱源，并可同時提供生活熱水，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)簡介,,但溴化鋰直燃吸收式冷溫水機組也同樣存在著很多缺點:(l)單機價格昂貴，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)溴化鋰制冷機單機的重量及體積較大，安裝、運輸困難，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，并且隨著使用時間的增加，存在能量衰減的問題。所以與其他冷熱源方式比較時，需考慮回收年限。(6)由于許多單位用地緊張，為節(jié)省機房用地，許多制冷機房都設(shè)在建筑物主體的地下室內(nèi)。但就直燃型溴化鋰機組來說，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，我國對地下室放置還無明確規(guī)定，地下二層是否可行，仍無定論。,

17、4.商用各種中央供暖系統(tǒng)簡介,,4.3空氣-水熱泵機組目前較適用于室外空調(diào)計算溫度-10℃以上的城市和建筑面積1萬～1.5萬m2以下以及冬季單位面積熱負(fù)荷不太大的建筑。對于長江以南而冬季相對濕度不過高的地區(qū)尤為適用。對于夏季冷負(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)不宜單獨采用風(fēng)冷熱泵機組?？諝?水熱泵機組具有以下優(yōu)點:(1)安裝在室外，不占機房面積，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)簡介,,但在使用中也存在一些問題:(1)對冬季室外相對濕度較高的地區(qū)，盤管結(jié)霜較頻繁，除霜間隔時間熱泵停止供熱，影響供熱效果。(2)熱泵機組排熱氣流短路、多臺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)如何按最佳平衡點溫度(熱泵供熱量等于建筑物耗熱量時的室外計算溫度)來選用熱泵，是否增設(shè)輔助電加熱器和多大容量為宜，這是影響熱泵運行經(jīng)濟(jì)性的重要問題。(4)冬季熱泵關(guān)機后制冷劑溶入冷凍機油造成運行故障。(5)大容量熱泵機組的噪聲影響周圍居民。(6)維護(hù)管理方面也有不少問題:(a)冷水不作水處理;(b)水系統(tǒng)長期不清洗;(c)冷凝盤管翅片積塵.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)簡介,,4.4水源熱泵冷熱水機組(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合以及需同時供冷供熱的大型建筑時，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)費用有限:故水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)計量相對簡單些。(4)與其他空調(diào)方式末端設(shè)備風(fēng)機盤管、變

21、風(fēng)量空調(diào)器相比，水源熱泵機組噪音較大。(5)環(huán)保作用突出，采用電能驅(qū)動，從而避免了礦物質(zhì)能源在燃燒過程中對環(huán)境所造成的污染。(6)投資少，費用低。,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ο?。建筑基本情況如下:建筑類型:辦公室(運行時間按8: 00～18: 00 )建筑面積:約4000 m2空調(diào)面積:約3000 m2總設(shè)計冷負(fù)荷:450kW總設(shè)計熱負(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,,,年運行費用從高到低依次為:電動風(fēng)冷熱泵冷熱水機組、電動風(fēng)冷熱泵機組、冷水機組加燃油鍋爐、冷水機組加燃?xì)忮仩t、溴化鋰直燃式冷溫水機組、電動水源熱泵冷熱水機組、燃?xì)鈾C空氣源熱泵冷熱水機組、燃?xì)鈾C直接蒸發(fā)式空氣源熱泵機組、燃?xì)鈾C水源熱泵冷熱水機組。,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、吸收式冷溫水機組的總費用在不斷的下降，考慮到目前市場上主流的該類機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組并不十分經(jīng)濟(jì)。第二，雖然目前冷水機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的首選，但是，我們通過比較發(fā)現(xiàn)，無論是5年，10年還是15年，此類冷熱源方式對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，電動風(fēng)冷熱泵機組的費用并沒有太多的改變，都處在中間位置。第四，由于選用的建