基于合同能源管理的集成化空氣源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可行性分析

【摘要】：本文分析現(xiàn)有熱泵系統(tǒng)存在的一些問題，并提出了集成化空氣源熱泵系統(tǒng)的概念。介紹了集成化空氣源熱泵系統(tǒng)和合同能源管理的優(yōu)勢。將其應(yīng)用于BOT運(yùn)行模式，通過案例分析對其經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行論證。

【關(guān)鍵詞】集成化；熱泵；合同能源管理；優(yōu)勢；經(jīng)濟(jì)可行性

1 前言

現(xiàn)有熱泵相關(guān)技術(shù)已經(jīng)很成熟，也經(jīng)過無數(shù)工程實(shí)踐的檢驗(yàn)和學(xué)者的不斷優(yōu)化。但隨著社會的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑形式和生活方式等因素的不斷改，仍有一些問題需要亟待解決。比如：第一，用戶需要承擔(dān)巨額的資金來購買及維護(hù)設(shè)備。第二，安裝施工周期長，且不便于更換維修。第三，室內(nèi)環(huán)境是否能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計要求存在一定的隱患，若出現(xiàn)問題，甲方與設(shè)計方和施工方很難迅速作出解決方案。第四，普通中央空調(diào)由于機(jī)組，設(shè)計和維護(hù)的原因會對能源造成極大的浪費(fèi)，在建筑能耗里，用于暖通空調(diào)的能耗又占建筑能耗的30-50%，還會對環(huán)境造成很大的破壞，暖通空調(diào)系統(tǒng)所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中電能占了絕對比例。對這些能源的大量使用，使得地球資源日益匱乏，同時也帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，如在我國的一些地區(qū)酸雨、飄塵、霧霾天氣問題呈日益嚴(yán)重之勢，對生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展帶來了很大影響。

2 新型集成化空氣源熱泵系統(tǒng)

基于普通供冷系統(tǒng)的上述缺陷，我們提出了一種新型模塊化全變頻供冷站。我們提出的這種集成化空氣源熱泵系統(tǒng)（下文中采用新型冷站描述）組成的新型冷凍站具有良好的節(jié)能性、環(huán)保性，先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)，以及高度的集成化。

2.1新型系統(tǒng)的介紹

該供冷系統(tǒng)是一種模塊化的冷站，便于運(yùn)輸安裝。全變頻冷凍站是個新的概念當(dāng)采用哈特曼控制算法和植入這種控制算法的專業(yè)控制軟件對全變頻冷凍站進(jìn)行控制后，整個冷凍站的能耗可比傳統(tǒng)定速冷凍站降低 40%-60%以上并且運(yùn)行穩(wěn)定[2]。目前很多冷凍站都是人工或半人工操作，為了改變這種狀況，專業(yè)制造商已經(jīng)提供一個含有簡單操作、明嘹觀察、自動報警、在線幫助等功能的控制箱產(chǎn)品給使用者，幫助他們動態(tài)監(jiān)控冷凍站的單位能耗及其它運(yùn)行情況。

2.2 新型系統(tǒng)的組成

2.2.1新型系統(tǒng)的硬件設(shè)備

新型系統(tǒng)的主要部件由表2.1 新型集成冷站配置一覽表所示，冷站結(jié)構(gòu)如圖2.1冷站結(jié)構(gòu)模擬圖、圖2.2 冷站運(yùn)輸模擬圖所示：

2.2.2 新型系統(tǒng)的軟件設(shè)備

新型冷站采用Arctic Energy Loop 控制策略。Arctic Energy Loop 控制策略的目標(biāo)是控制冷站系統(tǒng)COP。通過整合冷凝塔變頻風(fēng)機(jī)， 變頻冷卻水泵，冷凍水泵，磁懸浮壓縮機(jī)，空調(diào)箱風(fēng)機(jī)的特性曲線，運(yùn)用高速PAC控制器，讓集成冷站運(yùn)行長期保持在最高能效比，其平均節(jié)電高達(dá)50%。

2.3新型系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）運(yùn)行成本低，節(jié)省空間：所占機(jī)房所占物理空間為市場上所有成套系統(tǒng)中最小，所需要的基礎(chǔ)設(shè)施空間減少了40%以上.在現(xiàn)有建筑物的總運(yùn)營成本支出上節(jié)省10%-20%。（2）節(jié)能高效：冷凍機(jī)房運(yùn)行效率高，單位冷噸耗電<0.5Kw或7.3的COP基于年度運(yùn)行，較傳統(tǒng)冷凍機(jī)房節(jié)約50%以上，可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制；壓縮機(jī)無潤滑油運(yùn)行（節(jié)省維護(hù)時間及潤滑劑成本）；低于73dB超靜音運(yùn)行的壓縮機(jī)（磁浮軸承）和立式水泵；低振動的立式水泵和磁懸浮壓縮機(jī)；壓縮機(jī)、水泵和管路連接采用易維護(hù)設(shè)計；通過Energy Loop人機(jī)界面可以獲取系統(tǒng)運(yùn)行及調(diào)試系統(tǒng)參數(shù)。（3）維護(hù)成本低：采用集成式控制策略，超高效集成冷凍站使裝置設(shè)備的運(yùn)行轉(zhuǎn)速更低，減少了磨損。這導(dǎo)致故障時間減少，使維護(hù)成本降低了50%。所有部件易于檢修也減少了故障時間，降低了維修成本。采用閉式冷卻塔，大大減少了對水的消耗和冷卻塔的清洗、維護(hù)工作。（4）責(zé)任一體化： 設(shè)計施工安裝于一體，避免了三方之間存在的步調(diào)不一致的麻煩。

3 冷站的新型運(yùn)行模式--合同能源管理

3.1合同能源管理簡介

合同能源管理（又稱EPC）是指專業(yè)的節(jié)能服務(wù)公司與用能單位簽訂能源管理合同，為用能單位提供節(jié)能診斷、融資、設(shè)計、改造、購買、安裝設(shè)備、調(diào)試等服務(wù)，并通過與節(jié)能單位分享節(jié)能效益方式回收投資資金和獲得相應(yīng)的合理利潤，從而大大節(jié)省了用能單位節(jié)能改造的資金和降低用能單位的技術(shù)風(fēng)險，充分調(diào)動用能單位節(jié)能改造的積極性。合同能源管理是一種新型的市場化節(jié)能機(jī)制。合同能源管理的內(nèi)涵所示就是以降低的能源消耗費(fèi)用來支付節(jié)能項(xiàng)目全部成本的節(jié)能方式。發(fā)達(dá)國家的實(shí)踐證明，合同能源管理是行之有效的并應(yīng)推而廣之的節(jié)能措施。[3]

3.2合同能源管理的運(yùn)行模式

BOT運(yùn)行模式：建設(shè)—經(jīng)營—轉(zhuǎn)讓，是客戶通過契約授予公司以一定期限的特許專營權(quán)，由公司融資建設(shè)和經(jīng)營所建的供冷站，并準(zhǔn)許公司通過向用戶收取費(fèi)用或出售產(chǎn)品以清償貸款，回收投資并賺取利潤；特許權(quán)期限屆滿時，該基礎(chǔ)設(shè)施無償移交給客戶。

3.3合同能源管理下高效集成冷凍站的優(yōu)勢

①用戶初投資為零：用戶無需對冷凍站進(jìn)行任何初投資，這彌補(bǔ)了高效集成冷站初投資高的不足；②用戶無需投入管理費(fèi)用：冷凍站的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用由合同能源管理方負(fù)擔(dān)，用戶免去管理費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。③用戶無需承擔(dān)不必要的麻煩：節(jié)能服務(wù)公司不僅向客戶提供集成化的節(jié)能服務(wù)，而且給予總體的節(jié)能解決方案?？梢詾榭蛻籼峁┕?jié)能項(xiàng)目所需的資金。能夠向客戶提供成熟、先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備和技術(shù)。可以通過各種方式保證項(xiàng)目的工程質(zhì)量。防止設(shè)計方和施工方之間扯皮。 ④節(jié)能效果明顯，節(jié)能收益樂觀：由于該冷凍站具有行效率高（單位冷噸耗電<0.5Kw或7.3的COP基于年度運(yùn)行）較傳統(tǒng)冷凍機(jī)房節(jié)約50%以上。因此節(jié)能效果明顯，節(jié)能收益樂觀。而這部分節(jié)能收益是有管理方和用戶方共享的[4]。

四 總結(jié)

傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)經(jīng)過集成化后具有了更多的優(yōu)勢，更符合當(dāng)代建筑群、用戶群體、運(yùn)行模式等因素。通過與現(xiàn)有最節(jié)約資金的冰蓄冷系統(tǒng)做經(jīng)濟(jì)對比，得出新型集成化空氣源熱泵系統(tǒng)（新型冷凍站）具有良好的經(jīng)濟(jì)可行性。將合同能源管理與新型全變頻集成化冷站結(jié)合，前景是廣闊的，為社會和企業(yè)創(chuàng)造的效益是可觀的[6]。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 方立英. 暖通節(jié)能技術(shù)分析[J].中國住宅設(shè)施，2011（03）： 37-38.

[2] 姜衛(wèi)東 全變頻冷凍站及其控制策略Hartman Loop介紹[J].技術(shù)平臺 2008（90）：45-47.

[3] 孫曉梅 建筑節(jié)能領(lǐng)域的合同能源管理研究[D].財經(jīng)大學(xué)，2012：1-55.

[4] 何志龍 暖通空調(diào)節(jié)能分析[J].能源與環(huán)境， 2010年02期.

[5] Hartman，T..Designing efficient systems with the equal marginal performance principle.ASHRAE Journal.2005，47：64-70

[6] Green Building Becoming Mainsteam[J]. Energy Policy，1998（16）：297-301

作者簡介：祁海賢（1983年1月10日），男，土族，青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，工程師，研究方向：主要從事建筑節(jié)能相關(guān)工作