某水源熱泵系統(tǒng)經濟性分析

姚靈鋒 何照傲

1浙江綠城建筑設計有限公司

2浙江大學建筑設計研究院

1 工程概況及負荷分析

1.1 工程概況

本項目總建筑面積為1642.37m2，建筑總高10.8m，共三層，一層建筑面積624.31m2，層高3.20m，房間使用性質為餐廳、廚房、化驗室、辦公室及接待室；二層建筑面積550.68m2，層高3.20m，房間使用性質為辦公室和會議室；三層建筑面積467.38m2，層高3.20m，房間使用性質為宿舍和活動室（由于供水廠工作性質的特殊性，部分辦公室為24小時工作辦公室，本文統(tǒng)稱為值班室）。

1.2 負荷分析

本文主要依據相關文獻[1]的要求來確定室內設計參數。并采用HDY-SMAD軟件對其進行設計日的負荷計算，采用DeST軟件對其進行全年動態(tài)負荷的模擬，并對負荷特點進行分析。

1.2.1負荷計算

設計日各項冷負荷計算結果如圖1所示。

圖1 夏季新風、人員、照明、設備及圍護逐時冷負荷

圖2 辦公綜合樓全年空調動態(tài)負荷統(tǒng)計圖

全年空調負荷動態(tài)模擬結果如圖2所示。

1.2.2負荷特點分析

1）由負荷計算可知：夏季最大總冷負荷（含新風）為179.6kW，發(fā)生時刻：16:00；冬季最大總熱負荷（含新風）為138.3kW，發(fā)生時刻：7:00；夏季總濕負荷為29385g/h，冬季總濕負荷為21905g/h。

2）由全年建筑動態(tài)負荷模擬結果可知：辦公綜合樓的全年最大熱負荷發(fā)生在第511小時（1月22日上午7點），全年最大熱負荷值為140.2kW；全年最大冷負荷發(fā)生在第4288小時（6月28日下午16點），全年最大冷負荷值為181.4kW。

全年建筑動態(tài)負荷模擬結果中的全年最大熱負荷及全年最大冷負荷（140.2kW，181.4kW）均略大于用HDY軟件計算設計日最大負荷（138.3kW，179.6kW），相差1.36%和1%，基本一致。故取系統(tǒng)的最大空調制冷量為181.4kW，最大空調供熱量為140.2 kW。

全年空調動態(tài)負荷的模擬結果，作為空調冷熱源系統(tǒng)的選擇依據，而各個房間負荷的特點可作為空調末端的選擇依據。

2 水源熱泵系統(tǒng)的經濟性評價

2.1 冷熱源方案的確定

根據建筑的特點及常見的暖通空調方式對辦公綜合樓做如下三種冷熱源方案，并對這三種冷熱源方案進行比較。

方案一：水源熱泵系統(tǒng)供冷供熱；

方案二：空氣源熱泵系統(tǒng)供冷供熱；

方案三：VRF系統(tǒng)供冷供熱。

體成交。3）各設備選用常見廠家進行詢價；4）比較以水源熱泵初投資為基準進行。

2.2 三種方案主要設備參數及初投資比較

三種方案的初投資等信息詳見表1。

表1中各設備的價格均為典型設備商提供的參考價格，采購時的價格可能會視具體情況有所變動。設備的價格只選取了典型的設備商，存在片面性，但一定程度上也能反映各種方案的初投資情況。

2.3 三種方案運行費用比較

2.3.1運行費用的計算方法

運行費用主要包括能耗費用、投資攤銷費用和維修費用等。

本文假設三種方案的投資攤銷費用和維修費用相等，運行費用的比較只考慮能耗費用造成的差異。即把運行費用簡化為能耗費用。

運行費用（能耗費用）的計算可以簡化為下式：

式中：Cr為運行費用，元；En為能耗量，kJ；Ep為能源價格，元 /kJ。

要計算能耗費用，可以先計算系統(tǒng)的全年能耗，然后乘以相應的能源價格就能得到能耗費用。

2.3.2全年動態(tài)能耗計算方法

本文計算全年能耗的方法是在全年動態(tài)負荷的基礎上，根據機組在不同負荷下的動態(tài)效率計算出全年的動態(tài)能耗，累加機組運行時間段內的所有能耗得到全年總能耗。這種方法的基礎是有比較科學合理可信的全年動態(tài)負荷，并將機組的部分負荷效率和全年動態(tài)負荷進行耦合，配以科學的運行控制策略，得到全年的動態(tài)能耗。表2[1]和表3中規(guī)定了空調系統(tǒng)的日運行時間表和年運行時間表。全年的動態(tài)能耗計算原理如下式：

式中：En(t)為t時刻的動態(tài)能耗量，kWh；f(t)為t時刻的動態(tài)負荷，kW；g(t)為t時刻的系統(tǒng)動態(tài)能效比，W/W。

?

由表3空調系統(tǒng)的年運行時間表可知，夏季制冷時間段為6月1日至9月30日，冬季供熱時間段為11月15日至來年的3月15日。全年能耗負荷包括制冷能耗和供熱能耗，其中制冷能耗可由式（3）計算，供熱能耗可由式（4）計算：

表3空調系統(tǒng)的年運行時間表

式中：Enc為制冷能耗，kWh；Enh為供熱能耗，kWh。

2.3.3全年動態(tài)能耗計算結果

三種冷熱源方案的運行能耗情況，匯總于表4中。

?

由表4可知：在額定工況下本工程三種冷熱源方案中水源熱泵系統(tǒng)的全年能耗是最少的，其次是空氣源熱泵系統(tǒng)，VRF系統(tǒng)最大。水源熱泵系統(tǒng)相對于空氣源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能率為15%，相對于VRF系統(tǒng)的節(jié)能率為26.22%。

2.3.4運行費用計算結果

全年運行費用由全年運行能耗乘上加權電價計算而得。電價選用浙江省的電網銷售電價，浙江省一般工商業(yè)及其他用電六時段分時電價時段劃分：尖峰時段 19:00～21:00；高峰時段 8:00～11:00、13:00～19:00、21:00～22:00；低谷時段:11:00～13:00、22:00～ 次日 8:00。由文獻[2]中可知，尖峰時電價取1.456元/kWh，高峰時電價取1.151元/kWh，低谷電價取0.628元/kWh，加權電價取0.915元/kWh。

表5三種冷熱源方案運行費用表

圖3 各個冷熱源方案年運行費用比較情況

表5中已列出三種冷熱源方案的全年能耗，三種方案的運行費用可由式（1）計算，計算結果詳見表5及圖3。

2.4 三種方案的經濟性評價

1）方案一與方案二的比較分析

方案一（水源熱泵系統(tǒng)）的初投資為64.75萬元，年運行費用為10.63萬元；方案二（空氣源熱泵系統(tǒng)）的初投資為55.29萬元，年運行費用為12.22萬元。方案一比方案二初投資多投入9.46萬，年運行費用節(jié)省了1.59萬，投資回報期為5.95年。

2）方案一與方案三的比較分析

方案一（水源熱泵系統(tǒng)）的初投資為64.75萬元，年運行費用為10.63萬元；方案三（VRF系統(tǒng)）的初投資為61.35萬元，年運行費用為13.42萬元。方案一比方案三初投資多投入3.4萬，年運行費用節(jié)省了2.79萬，投資回報期為1.22年。

3 結論與展望

根據某水廠辦公綜合樓的特點，選取水源熱泵系統(tǒng)、空氣源熱泵系統(tǒng)及VRF系統(tǒng)這三種典型的冷熱源方案，分別計算了三種方案的初投資、全年能耗及年運行費用，在此基礎上針對三種方案進行了投資經濟效果評價，最后得出水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)于其他兩種方案的結論。

[1] 公共建筑節(jié)能設計標準(GB50189-2005).北京:中國計劃出版社,2005

[2] 浙江省物價局關于調整省電網銷售電價有關事項的通知(浙價資[2011]382號).2011