地源熱泵經濟案例分析系統介紹

能夠節電50%的環保中央空調

陽光假日別墅位于延慶，該別墅建筑結構為地面三層，地下一層，每戶都有一個40平方花園，這就給安裝地源熱泵中央空調提供了必要條件。依據我司對已經施工完成的戶型作比較，其結果如下：

一、采用傳統的風冷熱泵中央空調，其造價：52500元。

二、采用地源熱泵中央空調系統，其造價：72500元。

三、采用地源熱泵中央空調系統每年可節省的電費和燃氣費用：5550元。

四、除去燃氣爐的成本約11500元，兩年內節省的費用就超過增加的投資。

隨著空調工業的發展，先進的中央空調系統不斷的出現，空調在現代建筑中扮演著越來越重要的角色。人們對空調的要求也不斷提高，節能、環保、靈活成為今后共同追求的目標。近年來，隨著國際經濟技術合作的不斷深入，地源熱泵中央空調系統進入了我國，并通過在工程中的成功運用得到了空調界人士的認可和推崇，成為了我國中央空調發展的趨勢，體現了節能、環保、靈活、舒適的新概念。美國環境保護局已經宣布，地源熱泵系統是目前可使用的對環境最友好和最有效的供熱、供冷系統。

組成

地源熱泵空調機組是一種水冷式的供冷/供熱機組。機組由封閉式壓縮機、同軸套管式水/制冷劑熱交換器、熱力膨脹閥（或毛細膨脹管）、四通換向閥、空氣側盤管、風機、空氣過慮器、安全控制等所組成。機組本身帶有一套可逆的制冷/制熱裝置，是一種可直接用于供冷/供熱的熱泵空調機組。

原理

地源熱泵系統是一種由雙管路水系統連接起建筑物中的所有地源熱泵機組而構成的封閉環路的中央空調系統。

在冬季，地源熱泵系統通過埋在地下的封閉管道（稱為環路）從大地收集自然界的熱量，而后由環路中的循環水把熱量帶到室內。再由裝在室內的地源熱泵系統驅動的壓縮機和熱交換器把大地的能量集中，并以較高的溫度釋放到室內。

在夏季，此運行程序則相反，地源熱泵系統將從室內抽出的多余

熱量排入環路而為大地所吸收，使房屋得到供冷。尤如電冰箱那樣，從冰箱內部抽出熱量并將它排出箱外使箱內保持低溫。

系統

系統是由下列部分所組成：模塊式地源熱泵機組、循環水泵、水管環路、水系統控制箱和室內溫控器等。

地源熱泵機組采用標準構件,需要時各部件的修配和更換很方便。因為設計簡單，并不需要高技術的操作工程人員的服務。唯一需要經常保養的是空氣過濾網和凝結水盤的清潔。

系統設計簡單，靈活、安裝快速。機組己在工廠組裝好并自帶溫度控制裝置，現場工作只是少量低壓風管、電氣連接裝置和不需要保溫的水管的連接。管道可采用鋼管、銅管或塑料管。維修方便快捷，機組結構堅固，壽命長久。熱泵機組的功率系數(COP)可達到4以上，即1千瓦電輸入，有4千瓦多冷量輸出的高效率。

優勢1.地源熱泵系統能充分利用蘊藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循環再生，實現對建筑物的供暖和制冷。因而運行費用較低。

2.地源熱泵比風冷熱泵節能40％，比電采暖節能70％。比燃氣爐效率提高48％。所需電費制冷季比一般熱泵空調減少50％。

3.地源熱泵系統運動部件要比常規系統少，因而減少維護，系統安裝在室內，不暴露在風雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。

4.地源熱泵系統在運行中無需燃燒，因此不會產生有毒氣體，也不會發生爆炸。

5.由于地源熱泵系統的供冷、供熱更為平穩，降低了停、開機的頻率和空氣過熱和過冷的峰值。這種系統更容易適合供冷、供熱負荷的分區。

6.地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達50年。

7.一年四季任何時間都可以隨時提供空調，可以隨意設定室內溫度，達到五星級要求。

8.提供新風，保證室內空氣新鮮。

9.設計簡單靈活，安裝快速。

應用

地源熱泵系統的能量來源于地下能源。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調”。被認為是目前可使用的對環境最友好和最有效的供熱、供冷系統。該系統無論嚴寒地區或熱帶地區均可應用。可廣闊應用在辦公樓、賓館、學校、宿舍、醫院、飯店、商場、別墅、住宅等領域。

地源熱泵應用于戶式中央空調的經濟性分析:

一、運行的環境條件

1.與鍋爐（電、燃料）供熱系統相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內能為熱量，供用戶使用，地源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節省二分之一以上的能量。

2.地源熱泵的熱源溫度全年較為穩定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數可達3.5～4.4，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50～60%[13]。

運行費用分析：

以北京市的物價水平-天然氣價1.90元/m3、電0.44元/kWh來比較[14]。如果利用天然氣來采暖，天然氣熱值為33500kJ/m3，利用熱效率90%計，則燃燒1m3可以獲得熱量為：Q=33500×0.9=30150kJ。

如果使用地熱熱泵，取COP=3.5，則獲得同樣的熱量需要耗電量為：

W=Q/COP=30150/35=8614.3(kJ)=2.4(kWh)

費用比較可知：

熱泵供暖電費=0.44(元/Kwh)×W=0.44×2.4=1.056(元)

而1m3的天然氣費用=1.90(元)

因此，用地熱熱泵供暖（熱）可減少運行費用：

y=(1.9-1.056)/1.9=44.4%

二、工程實例投資及經濟性對比分析：

現在再來通過實例來比較以地源熱泵為冷熱源與常規冷熱源的戶式中央空調的經濟性比較[15]：

表2投資及經濟性對比分析

系統類型

總投資（萬元）

年運行費用（萬元）

年節約運行費用（萬元）

節約率

冷水機組加市政管網供熱

8.4

1.6

0

0

地源熱泵冷暖空調系統

10.1

0.7

0.9

56％通過上述分析可以看出，將地源熱泵應用于戶式中央空調中，有以下一些特點：

(1)從經濟性方面考慮，設備的初投資較大，但是，地源熱泵在夏季可以做空調冷源，冬季可以做供熱的熱源，因此兼用制冷的熱泵系統與純采暖相比的年運行費要明顯降低。而且，地源熱泵系統能耗少，機組性能系數高，節能效果明顯。

(2)從環保的角度考慮，地源熱泵有不對使用地產生大氣污染、噪聲污染、熱污染等優點，并且埋地換熱器可布置在別墅區的花園、草坪或是建筑物周圍的地下，而不占地上建筑面積，對環境保護有利，是一種“綠色空調”，符合可持續發展的要求。

(3)從工程技術方面考慮，對于別墅區，建筑物周圍空間較大，鋪設埋管較容易，所以較適合使用地源熱泵系統。

(4)從操作運行角度來考慮，地源熱泵系統操作要比普通制冷機組簡單方便。

盡管地源熱泵的應用還存在諸如其區域性較強；初投資較高；缺少針對土壤熱特物性參數的研究成果；缺少最佳匹配參數；缺少動態特性研究等方面的不足，但是隨著科技的進步和工程技術人員的不懈努力這些問題都將得到很好的解決。

三、前景展望

在我國夏熱冬冷地區及寒冷地區利用地源熱泵可實現夏冬兩季冷暖聯供，其中最有利的地區是夏熱冬冷地區。這個地區年平均溫度高，一般居住建筑均無集中供熱系統供暖，而其氣候特點是夏季炎熱，濕度大；冬季陰冷潮濕，屬我國居住熱環境質量最差的地區之一。該地區夏季供冷冬季供暖天數相當，同一地區地源熱泵系統進行空調可以充分發揮地下蓄能系統的作用。如果在這些地區大力發展地源熱泵空調系統技術，必將大大改善當地人民的居住熱環境，為國家節約大量的建筑能耗。

如果按空調的制冷或制熱面積來計算空調的價格，戶式中央空調的價格應遠比中央空調的價格便宜，但和普通空調比起來又略高一些，不過其價格又在人們的承受能力之內，而且戶式中央空調的性能不遜于中央空調，豪華舒適性也優于普通家用空調，室外機只有一臺，可以選擇安裝在住房樓頂或者其它隱蔽性的地方，絲毫不影響樓房的外觀。

總之，將地源熱泵技術應用于戶式中央空調的技術可以滿足于新世紀空調的發展需要，并且具有很強的可行性，是一種需要大力發展的新型能源利用技術。隨著地源熱泵應用于戶式中央空調技術研究的進展，必然會對我國能源的科學利用起到良好的促進作用。

水源熱泵中央空調系統與集中式中央空調系統對比表

水源熱泵中央空調系統

集中式中央空調系統

不需復雜設計，設計周期短

系統設計復雜，設計周期較長

免機房，只需提供冷卻水塔，水泵放置場所，節省了寶貴的主機占地面積。

主機占地面積較大，機房土建投資和機房設備安裝投資較大。

部分空調使用時節能，尤其是在過渡季節根據不同需要，不同空間可同時分別供應冷暖，能源可互相交替，節省過度季節的能耗

部分空調使用時，最低能量亦要達到總能量的25%，在達不到滿負荷時，浪費大量能源。

水流儲能，冷暖采用同一能源，可滿足用戶不同要求，同一系統（樓宇）內，用戶可根據需要隨意選擇制冷或供熱，大大節省使用成本。

同一系統（樓宇）內，不能同時滿足供暖和制冷的不同要求，季節交替時須一次性轉換制冷或制熱。當只有部分空調使用時，浪費大量能源。

可獨立裝表計量，用戶根據使用空調的時間的長短來交納運行費用。

費用不用計量，無論用戶用否或多少，費用一樣支付。

冷卻水系統簡單，只需一般技術人員即可應付自如。

需專門技術人員維護和保養，更多時需要委托供應商來維護和保養，費用較高。

少數備用機即可保證空調正常供給，維修簡易，費用低廉，維修時不必整座樓宇停機。

需配昂貴的備用制冷機組和專業化操作人員，且主機損壞時，整個空調系統將會部分或全部停頓，維修、維護成本高

可分期投資購買設備，只須先安裝水循環系統，個別機組可視需要量遞增。

須先投資制冷主機和供熱鍋爐，一次性投資費用較大。

舊樓翻新安裝空調，即可避免損壞樓宇原有結構，又可分層安裝及使用空調

無法避免損壞原有結構，且難找到適用機房，一般需全樓停業以進行安裝工程，經濟損失較大。

每臺機組均有只能接口，易于進行智能化控制（如時控、遙控等）

也能進行智能化控制，但主機和末端控制點多，系統復雜，工程量大。

陽光假日別墅地源熱泵中央空調方案

------------案例分析

一、項目簡介

本戶型位于延慶陽光假日別墅，地上三層地下一層，總建筑面積約361m2，每戶都有一個40平方的花園，空調面積為190m2，共九個風盤。機房設在地下一層，水箱和空調主機以及水泵均放在機房內。

二、空調設計方案

本工程的空調形式采用節能、環保的水/水式地源熱泵，通過雙管路水系統連接起各臺地源熱泵機組而構成封閉環路的中央空調系統。現根據該建筑冷負荷和產生生活熱水要求。現選擇1臺制冷量19.1KW，加拿大水/水式地源熱泵機組。夏季利用地源熱泵機組產生7℃的冷凍水，通過風機盤管制冷。冬季利用地源熱泵機組產生50℃的熱水，通過地面輻射采暖。通過回收地源熱泵機組余熱產生生活熱水。生活熱水是一個單獨的系統（該系統需增加部份裝置）。當水箱里的水溫達到60℃的時，水泵停止運行。否則水泵將一直運行。水箱一直儲存一定量的熱水，若水箱里的水減少時，系統將自動補水。

根據計算，夏季地下換熱器的散熱量大于冬季的吸熱量需求，因此計算地下換熱器時全部以夏季工況選取。根據空調夏季的總冷負荷26.5KW。按照北京的地質結構條件通過計算，該項目需要鉆4個80米深的孔，孔與孔間距為4米，本項目的地下埋管環路設計采用同程式。

三、設備清單（加拿大品牌）

1、水-水式地源熱泵機組系統

型號

參數

數量(臺)

單位功率（kw）

總功率（kw）

地源熱泵機組SSR200

19.1kw

1

4.2/5.1

5.1

風機盤管

150w

9

1

1

源水側水泵

8m3/h15m

2

0.5

0.5

用戶側水泵

4m3/h8m

1

0.5

0.5

2、風冷熱泵中央空調機組系統

型號

參數

數量(臺)

單位功率（kw）

總功率（kw）

風冷熱泵機組LSR200

19.2kw

1

6.57

6.57

風機盤管

150w

9

1

1

用戶側水泵

4m3/h8m

1

0.5

0.5

地源熱泵與風冷+燃氣系統的經濟性分析：

運行費用分析計算約定

1、能效比cop=制冷量/輸入功率

2、每年制冷4個月120天，平均每天工作10小時共計1200小時

3、每年制熱4個月120天，平均每天工作10小時共計1200小時

4、約定電價0.5元/KW.H計算

5、約定天然氣價格1.9元/m3

6、房間空調使用率約定為0.8

7、地源熱泵與風冷熱泵中央空調主機以加拿大品牌為例。其他品牌會有性能和參數上的差別

地源熱泵系統運行費用分析：

一、地源熱泵系統設備耗能情況（SRL200水主機）

總冷負荷量:19.1KW總熱負荷:22KW

空調主機設備功耗:

制冷:4.2KW(COP4.5)

制熱:5.15KW(COP4.27)

冷卻水泵功耗:1KW

冷凍水泵功耗：0.8KW

二、運行費用計算

制冷:

4.2KWx1200Hx0.5元/KW.Hx0.8＋1.8KWx1200Hx0.5元/KW.H＝3096（元）

制熱:

5.15KWx1200Hx0.5元/KW.Hx0.8＋1.8KWx1200Hx0.5元/KW.H＝3552（元）

因此地源熱泵全年運行費用：6648元。

風冷+燃氣運行費用經濟性分析：