论文部分内容阅读
摘要：地源热泵空调系统作为空调领域的热点, 具有高效节能、环境污染和运行稳定可靠等特点，为节能和环保提出了一个新的发展方向。本文简要介绍了地源热泵空调系统的现状与基本原理,并对地源热泵空调系统进行了技术经济分析。
关键词：地源热泵空调系统；技术经济；可行性
Abstract: ground source heat pump air-conditioning system as a hotair-conditioning field, has the characteristics of high efficiency and energy saving, environment pollution and stable and reliable operation, put forward a new direction for energy saving and environmental protection. This paper briefly introduces the current situation and basic principle of ground-source heat pump air conditioning system, and ground source heat pump air conditioning system for technical and economic analysis.
Keywords: ground source heat pump air-conditioning system;technical and economic feasibility;
F224-3
1 我国地源热泵空调的现状
20世纪80年代地源热泵开始成为国内空调界的研究课题，近几年来我国的地源热泵行业发展势头良好。随着人们对生态环境保护和节能意识的加强,建筑环境以及生活水平的提高,利用地能资源的供热制冷热泵系统越发受到重视。由于地源热泵空调系统不仅能节约常规能源、充分利用可再生能源,有效的减少了环境污染和避免资源破坏，而且我国具有较好的热泵科研和应用基础，所以可以预见中国地源热泵空调系统应用有广泛的市场。这项技术带动相关产业发展,推动建筑环境采暖的更新换代,这是一个应用前景广泛和极具挑战意义的发展机遇。
2 地源热泵空调系统原理
地源热泵空调系统采用地源热泵技术, 把热交换器埋于地下, 通过传热介质在高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动, 对地下土壤与地面环境进行能量冷热交换。达到地面特定环境对地下土壤释放热量或从地下土壤吸收热量的目的。夏季地源热泵空调系统通过机组将房间内的热量转移到地下, 降低房间的温度，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用；冬季通过机组将土壤中的热量转移到房间, 给房间供暖，同时使大地中的温度降低。通过这样，地源热泵系统起到了蓄能器的作用,提高了空调系统全年的能源利用效率。
3 地源热泵空调系统的特点
(1)环保。地源热泵利用的是地表中清洁可再生的太阳能,制热时不会产生因燃料燃烧而产生的污染物，制冷时不需要用到冷却塔,没有冷却塔运行时的噪声污染，不需要消耗水资源和污染地下土质，同时也改善了建筑外观。(2)高效节能。由于地下土壤或水体温度具有冬季比环境温度高,夏季比环境温度低的特点，使其始终保持较为稳定的状态，地源热泵机组的运行能效比(EER)或性能系数(COP)上升。据估计,使用地源热泵比常规空调平均节约40%~50%的运行费用。 (3)运行稳定可靠,使用寿命长。因为土壤或水体的温度比较稳定,所以一年四季机组都能稳定的运行,有利于空调使用寿命的延长和机组的高效运行。一般情况下，地下埋管部分的使用寿命可长达20~50年,热泵机组的寿命可达20年以上。(4)可实现区域控制,方便管理。各区域机组能同时各自独立进行制冷或制热运行,减少了能源浪费,提高了地源热泵中央空调系统的节能性和舒适性。(5)对设计与安装技术水平要求高。虽然地源热泵机组本身具有较高的能效比和性能系数,但若空调系统设计和安装技术水平不高，将会严重影响其优越性和节能效果。对于室内部分的设计安装，以垂直U型管埋管施工为例,若不做好防止U形管热短路工作,地下换热器的性能将大大降低。
4 地源热泵空调系统的技术经济性分析
4.1地源热泵空调系统的技术可行性分析
地源热泵技术是以地球表面浅层地热资源作为冷热源,利用热泵工作原理,通过少量的高品位能源实现低位热能向高位热能转移的技术。在冬天通过消耗电能将低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方,在夏天则将室内的余热转移到低位热源中,进而实现了降温或制冷的目的。地表土壤、地下水河流、湖泊等地表浅层地热资源吸收太阳能而蕴藏的低位热能的温度稳定性比较高,属于清洁、可再生的能源。热源温度全年较为稳定,一般为10℃~25℃，还可用于供暖、供冷,如果应用合理,地源热泵比空气源热泵效率和可靠性更高。而且地源热泵机组使用寿命平均有20年那么长,其机组紧凑，可以节省大量的空间和降低维护费用，自动化控制程度高。地源热泵系统的性能系数为3~6, 比传统的空气源热泵高40%左右, 其运行费用为普通集中式空调系统的30%至60%，国内多数地区都应用此项技术。
现以某供热空调系统采用空气源热泵机组和地源热泵机组为例,对比分析运行条件和技术性能参数。热泵在运行时,其运行参数受环境温度的影响很大,制冷/热量、耗功率随环境温度变化的关系如表1所示,当分别采用地源热泵和空气源热泵运行时,其性能和运行参数如表2所示。
表1.某热泵运行参数与环境温度的关系式
表2.地源热泵与空气源热泵性能及运行参数比较
4.2地源热泵空调系统的经济性动态分析
4.2.1经济性分析的原则
地源热泵空调系统的经济性应先遵守节能原则,即在符合用户要求的条件下,尽可能地降低常规能源的消耗。地源热泵空调系统的总成本是由初投资、运行费用和维修费用这三部分组成,因为运行成本和初投资这两方面都会直接影响到地源热泵空调系统的经济性,所以必须对这两方面的费用进行合理的安排。
4.2.2经济性动态分析的理论基础
经济性动态分析与经济性静态分析是相对而言的。静态分析方法比较简单，在较短时间内就能得出评价结论。但因为未将资金的时间因素考虑进去，造成的误差较大,不能很好的反映项目寿命期间的全面情况。因此，一般只用在制定规划的阶段。动态评价方法由于考虑了技术方案在其经济寿命期限内的投资、经济寿命期限内的全部收益以及资金的时间因素,能够比较精确地反映客观经济发展变化的状态和企业内部的评价，是应用比较广泛的一种方法。关于可行性研究的有关规定，对建设项目的经济分析要用到静态和动态的方法,且以动态分析的结果为主。因为空调系统运行的期限比较长，所以采用动态指标进行分析比较较合理。
4.2.3 技术经济性动态分析的各种参数及指标
(l)主要技术参数:①供暖热负荷；②空调冷负荷
(2)主要经济参数:①初投资。地源热泵系统指各部分投资之和:土建费、设备购置费、安装费及其他费用包括设计费、监理费和不可预见费；传统空调系统指设备的购置费用。②系统的维修费。③年运行费用。年运行费用计算公式可写为:
R= (Q/ COP)·h·C·
式中: Q——冷/热负荷,
COP——制冷/供热性能系数,
h——运行小时数,
C——电价,
——负荷系数。
(3)技术经济性动态分析指标。在空调系统的运行中,采用费用现值法和费用年值法和动态追加投资回收期对地源热泵系统的寿命期内的经济性进行分析。①费用现值。费用现值法是由各方案的投资和费用换算成与其等值的现值总和,用最小为准则来决定方案的取舍的经济分析方法。②费用年值。费用年值法是将各方案寿命周期内的总费用换算成费用的等额年值,并以费用年值最小的方案为最优方案。③动态追加投资回收期。投资回收期又称投资还本期,是指实现方案后,用每年的净收益来回收其总投资所需要的年数,即项目净收益全部抵偿项目投资所需要的时间，动态的回收期则考虑资金的时间价值。而动态追加投资回收期是指在考虑资金的时间因素时,用年经营费节约來补偿追加投资所需要的时间。
5 结论：
本文深入研究了地源热泵系统应用技术经济可行性,综合考虑地源地泵空调系统全生命周期成本与其节能环保效果，得出了采用地源热泵空调系统具有较好的经济合理性，这对于在我国推广地源热泵系统的应用有着重要的意义。
参考文献：
[1]杨文芳.地源热泵在新建建筑中应用的经济性研究及政策建议[D].西安建筑科技大学2010
[2]黄余余.地源热泵系统效益分析研究[D].西安理工大学 2010
[3]崔璐.地源热泵系统经济性评价及地下换热器研究[D].南京理工大学2008
关键词：地源热泵空调系统；技术经济；可行性
Abstract: ground source heat pump air-conditioning system as a hotair-conditioning field, has the characteristics of high efficiency and energy saving, environment pollution and stable and reliable operation, put forward a new direction for energy saving and environmental protection. This paper briefly introduces the current situation and basic principle of ground-source heat pump air conditioning system, and ground source heat pump air conditioning system for technical and economic analysis.
Keywords: ground source heat pump air-conditioning system;technical and economic feasibility;
F224-3
1 我国地源热泵空调的现状
20世纪80年代地源热泵开始成为国内空调界的研究课题，近几年来我国的地源热泵行业发展势头良好。随着人们对生态环境保护和节能意识的加强,建筑环境以及生活水平的提高,利用地能资源的供热制冷热泵系统越发受到重视。由于地源热泵空调系统不仅能节约常规能源、充分利用可再生能源,有效的减少了环境污染和避免资源破坏，而且我国具有较好的热泵科研和应用基础，所以可以预见中国地源热泵空调系统应用有广泛的市场。这项技术带动相关产业发展,推动建筑环境采暖的更新换代,这是一个应用前景广泛和极具挑战意义的发展机遇。
2 地源热泵空调系统原理
地源热泵空调系统采用地源热泵技术, 把热交换器埋于地下, 通过传热介质在高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动, 对地下土壤与地面环境进行能量冷热交换。达到地面特定环境对地下土壤释放热量或从地下土壤吸收热量的目的。夏季地源热泵空调系统通过机组将房间内的热量转移到地下, 降低房间的温度，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用；冬季通过机组将土壤中的热量转移到房间, 给房间供暖，同时使大地中的温度降低。通过这样，地源热泵系统起到了蓄能器的作用,提高了空调系统全年的能源利用效率。
3 地源热泵空调系统的特点
(1)环保。地源热泵利用的是地表中清洁可再生的太阳能,制热时不会产生因燃料燃烧而产生的污染物，制冷时不需要用到冷却塔,没有冷却塔运行时的噪声污染，不需要消耗水资源和污染地下土质，同时也改善了建筑外观。(2)高效节能。由于地下土壤或水体温度具有冬季比环境温度高,夏季比环境温度低的特点，使其始终保持较为稳定的状态，地源热泵机组的运行能效比(EER)或性能系数(COP)上升。据估计,使用地源热泵比常规空调平均节约40%~50%的运行费用。 (3)运行稳定可靠,使用寿命长。因为土壤或水体的温度比较稳定,所以一年四季机组都能稳定的运行,有利于空调使用寿命的延长和机组的高效运行。一般情况下，地下埋管部分的使用寿命可长达20~50年,热泵机组的寿命可达20年以上。(4)可实现区域控制,方便管理。各区域机组能同时各自独立进行制冷或制热运行,减少了能源浪费,提高了地源热泵中央空调系统的节能性和舒适性。(5)对设计与安装技术水平要求高。虽然地源热泵机组本身具有较高的能效比和性能系数,但若空调系统设计和安装技术水平不高，将会严重影响其优越性和节能效果。对于室内部分的设计安装，以垂直U型管埋管施工为例,若不做好防止U形管热短路工作,地下换热器的性能将大大降低。
4 地源热泵空调系统的技术经济性分析
4.1地源热泵空调系统的技术可行性分析
地源热泵技术是以地球表面浅层地热资源作为冷热源,利用热泵工作原理,通过少量的高品位能源实现低位热能向高位热能转移的技术。在冬天通过消耗电能将低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方,在夏天则将室内的余热转移到低位热源中,进而实现了降温或制冷的目的。地表土壤、地下水河流、湖泊等地表浅层地热资源吸收太阳能而蕴藏的低位热能的温度稳定性比较高,属于清洁、可再生的能源。热源温度全年较为稳定,一般为10℃~25℃，还可用于供暖、供冷,如果应用合理,地源热泵比空气源热泵效率和可靠性更高。而且地源热泵机组使用寿命平均有20年那么长,其机组紧凑，可以节省大量的空间和降低维护费用，自动化控制程度高。地源热泵系统的性能系数为3~6, 比传统的空气源热泵高40%左右, 其运行费用为普通集中式空调系统的30%至60%，国内多数地区都应用此项技术。
现以某供热空调系统采用空气源热泵机组和地源热泵机组为例,对比分析运行条件和技术性能参数。热泵在运行时,其运行参数受环境温度的影响很大,制冷/热量、耗功率随环境温度变化的关系如表1所示,当分别采用地源热泵和空气源热泵运行时,其性能和运行参数如表2所示。
表1.某热泵运行参数与环境温度的关系式
表2.地源热泵与空气源热泵性能及运行参数比较
4.2地源热泵空调系统的经济性动态分析
4.2.1经济性分析的原则
地源热泵空调系统的经济性应先遵守节能原则,即在符合用户要求的条件下,尽可能地降低常规能源的消耗。地源热泵空调系统的总成本是由初投资、运行费用和维修费用这三部分组成,因为运行成本和初投资这两方面都会直接影响到地源热泵空调系统的经济性,所以必须对这两方面的费用进行合理的安排。
4.2.2经济性动态分析的理论基础
经济性动态分析与经济性静态分析是相对而言的。静态分析方法比较简单，在较短时间内就能得出评价结论。但因为未将资金的时间因素考虑进去，造成的误差较大,不能很好的反映项目寿命期间的全面情况。因此，一般只用在制定规划的阶段。动态评价方法由于考虑了技术方案在其经济寿命期限内的投资、经济寿命期限内的全部收益以及资金的时间因素,能够比较精确地反映客观经济发展变化的状态和企业内部的评价，是应用比较广泛的一种方法。关于可行性研究的有关规定，对建设项目的经济分析要用到静态和动态的方法,且以动态分析的结果为主。因为空调系统运行的期限比较长，所以采用动态指标进行分析比较较合理。
4.2.3 技术经济性动态分析的各种参数及指标
(l)主要技术参数:①供暖热负荷；②空调冷负荷
(2)主要经济参数:①初投资。地源热泵系统指各部分投资之和:土建费、设备购置费、安装费及其他费用包括设计费、监理费和不可预见费；传统空调系统指设备的购置费用。②系统的维修费。③年运行费用。年运行费用计算公式可写为:
R= (Q/ COP)·h·C·
式中: Q——冷/热负荷,
COP——制冷/供热性能系数,
h——运行小时数,
C——电价,
——负荷系数。
(3)技术经济性动态分析指标。在空调系统的运行中,采用费用现值法和费用年值法和动态追加投资回收期对地源热泵系统的寿命期内的经济性进行分析。①费用现值。费用现值法是由各方案的投资和费用换算成与其等值的现值总和,用最小为准则来决定方案的取舍的经济分析方法。②费用年值。费用年值法是将各方案寿命周期内的总费用换算成费用的等额年值,并以费用年值最小的方案为最优方案。③动态追加投资回收期。投资回收期又称投资还本期,是指实现方案后,用每年的净收益来回收其总投资所需要的年数,即项目净收益全部抵偿项目投资所需要的时间，动态的回收期则考虑资金的时间价值。而动态追加投资回收期是指在考虑资金的时间因素时,用年经营费节约來补偿追加投资所需要的时间。
5 结论：
本文深入研究了地源热泵系统应用技术经济可行性,综合考虑地源地泵空调系统全生命周期成本与其节能环保效果，得出了采用地源热泵空调系统具有较好的经济合理性，这对于在我国推广地源热泵系统的应用有着重要的意义。
参考文献：
[1]杨文芳.地源热泵在新建建筑中应用的经济性研究及政策建议[D].西安建筑科技大学2010
[2]黄余余.地源热泵系统效益分析研究[D].西安理工大学 2010
[3]崔璐.地源热泵系统经济性评价及地下换热器研究[D].南京理工大学2008