空氣源熱泵與閉式熱源塔熱泵經(jīng)濟(jì)性對比

李凈凈, 溫延軍

(青島開源熱力設(shè)計(jì)研究院有限公司,山東青島266071)

1 概述

截至2019年底,北方地區(qū)清潔供暖取得明顯進(jìn)展,改善了城鄉(xiāng)居民用能條件和居住環(huán)境。北方地區(qū)清潔供暖面積達(dá)116×108m2,比2016年增加51×108m2。

本文結(jié)合工程實(shí)例,對空氣源熱泵與閉式熱源塔熱泵的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比。

2 工程概況

河北石家莊某新建中學(xué),供熱建筑面積約7.8×104m2,末端采用風(fēng)機(jī)盤管。擬采用閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)、空氣源熱泵系統(tǒng)為用戶供暖。項(xiàng)目設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為3.35 MW,設(shè)計(jì)供、回水溫度為55、45 ℃,設(shè)計(jì)質(zhì)量流量為288.1 t/h。石家莊供暖室外計(jì)算溫度為-8 ℃,供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為18 ℃,供暖期延續(xù)時(shí)間及熱負(fù)荷見表1(將室外溫度分為7個(gè)區(qū)間,每個(gè)室外溫度區(qū)間用1個(gè)特征室外溫度表征)。

表1 供暖期延續(xù)時(shí)間及熱負(fù)荷

3 熱源方案

① 空氣源熱泵系統(tǒng)

空氣源熱泵系統(tǒng)流程見圖1。由圖1可知,空氣源熱泵系統(tǒng)以空氣源熱泵為熱源,為用戶直接供應(yīng)供暖熱水?？諝庠礋岜迷O(shè)計(jì)供、回水溫度為55、45 ℃,設(shè)計(jì)質(zhì)量流量為288.1 t/h。采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié),不同特征室外溫度下相對熱負(fù)荷比、供水溫度、相對流量比見表2。

圖1 空氣源熱泵系統(tǒng)流程

表2 不同特征室外溫度下相對熱負(fù)荷比、供水溫度、相對流量比

② 閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)

閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)流程見圖2。由圖2可知,閉式熱源塔熱泵額定供、回水溫度為55、50 ℃,用戶設(shè)計(jì)供、回水溫度為55、45 ℃。由上述參數(shù)可知,熱泵、用戶的供回水溫差不一致,且存在流量不匹配的問題。因此,在閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)中增設(shè)1臺平衡混水罐,將熱泵與用戶進(jìn)行流量匹配,以降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗[1]。設(shè)置平衡混水罐時(shí)不同特征室外溫度下熱泵、用戶的供回水溫度、質(zhì)量流量見表3。

圖2 閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)流程

表3 設(shè)置平衡混水罐時(shí)不同特征室外溫度下熱泵、用戶的供回水溫度、質(zhì)量流量

4 設(shè)備造價(jià)

① 空氣源熱泵系統(tǒng)

空氣源熱泵系統(tǒng)主要設(shè)備額定參數(shù)及造價(jià)見表4。由表4可知,空氣源熱泵系統(tǒng)主要設(shè)備造價(jià)(含設(shè)備購置費(fèi)和安裝費(fèi))為289.8×104元。考慮管子、閥門材料費(fèi)和安裝費(fèi)30×104元,空氣源熱泵系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)為319.8×104元。

表4 空氣源熱泵系統(tǒng)主要設(shè)備額定參數(shù)及造價(jià)

② 閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)

閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)主要設(shè)備額定參數(shù)及造價(jià)見表5。由表5可知,閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)主要設(shè)備造價(jià)為450.1×104元?？紤]管子、閥門材料費(fèi)和安裝費(fèi)35×104元,閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)為485.1×104元。

表5 閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)主要設(shè)備額定參數(shù)及造價(jià)

5 經(jīng)濟(jì)性分析

5.1 空氣源熱泵系統(tǒng)

熱泵機(jī)組供暖期耗電量EHP的計(jì)算式為:

(1)

式中E——熱泵機(jī)組供暖期耗電量,kW·h

n——室外溫度區(qū)間的數(shù)量,為7

Φh,i——室外溫度區(qū)間i對應(yīng)的熱負(fù)荷(見表1),kW

ti——第i個(gè)室外溫度區(qū)間延續(xù)時(shí)間(見表1),h

ICOP——熱泵機(jī)組供暖期平均制熱性能系數(shù)

空氣源熱泵機(jī)組供暖期平均制熱性能系數(shù)取2.5。將已知參數(shù)代入式(1),可計(jì)算得到空氣源熱泵機(jī)組供暖期耗電量為256.17×104kW·h。

循環(huán)泵供暖期耗電量EP的計(jì)算式為:

(2)

式中Ep——循環(huán)泵供暖期耗電量,kW·h

H——循環(huán)泵揚(yáng)程,m

qm,i——室外溫度區(qū)間i對應(yīng)的熱水質(zhì)量流量,t/h

η——水泵全效率,本文取0.9

室外溫度區(qū)間i對應(yīng)的熱水質(zhì)量流量按表2數(shù)據(jù)確定。將已知參數(shù)代入式(2),可計(jì)算得到空氣源熱泵系統(tǒng)循環(huán)泵供暖期耗電量為6.43×104kW·h。由以上計(jì)算結(jié)果可知,空氣源熱泵系統(tǒng)供暖期總耗電量為262.60×104kW·h。電價(jià)按0.83 元/(kW·h)計(jì)算,可計(jì)算得到空氣源熱泵系統(tǒng)供暖期電費(fèi)為217.96×104元。

5.2 閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)

閉式熱源塔熱泵機(jī)組供暖期平均制熱性能系數(shù)取4.0。將已知參數(shù)代入式(1),可計(jì)算得到閉式熱源塔熱泵機(jī)組供暖期耗電量為160.10×104kW·h。

室外溫度區(qū)間i對應(yīng)的熱水質(zhì)量流量按表3數(shù)據(jù)選取。將已知參數(shù)代入式(2),可計(jì)算得到閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)用戶循環(huán)泵、熱源循環(huán)泵供暖期總耗電量為13.23×104kW·h。

由以上計(jì)算結(jié)果可知,閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)供暖期總耗電量為173.33×104kW·h。電價(jià)按0.83 元/(kW·h)計(jì)算,可計(jì)算得到閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)供暖期電費(fèi)為143.86×104元。

5.3 經(jīng)濟(jì)性分析

兩種系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)與供暖期電費(fèi)見表6。由表6可知,與空氣源熱泵系統(tǒng)相比,閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)的設(shè)備造價(jià)高165.3×104元,供暖期電費(fèi)低74.1×104元。由計(jì)算可知,多出的設(shè)備造價(jià)可在2.23 a后收回。

表6 兩種系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)與供暖期電費(fèi)

6 結(jié)論

與空氣源熱泵系統(tǒng)相比,閉式熱源塔熱泵系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)高165.3×104元,供暖期電費(fèi)低74.1×104元,多出的設(shè)備造價(jià)可在2.23 a后收回。