水源热泵与传统空调系统经济性分析论文
摘要：水源热泵是一种节能的空调系统，文章通过某一办公楼为案例，对采用传统空调系统和水源热泵空调系统两种方案经济性进行了分析与比较。分析结果表明，在此工程中利用水源热泵空调系统具有良好的经济效益和社会效益，节能环保效果显著。
关键词：水源热泵；空调系统；经济性分析；节能
近年来，地下水源热泵系统以其显著的环保和节能等优点，在我国得到了迅速的发展，各地新建和改建了许多地下水源热泵工程。地下水源热泵系统的经济性是决定地下水源热泵能否得到广泛应用的关键问题之一，针对热泵系统的经济性分析，文章对水源热泵应用的基本条件及基本原理进行简要的分析说明，并且以丹东某办公楼作为工程实例，分别对水源热泵系统与“电制冷+市政热源”空调系统二种方案在初投资和冬夏季运行费用二个方面的经济性进行了分析与比较。
1工程概况
本工程为丹东某办公楼，地下一层，地上裙房四层，塔楼十七层。
项目座落在江畔，该项目水源场距离江边最近距离为80m，地下水主要受江水侧向补给，水平向江水排泄，可以看出，该地区抽水与回灌容易，地下水资源开采利用的水文地质条件好，夏、冬季两季地下水水温均为12℃～14℃，为水源热泵系统的提供了良好的条件，本工程建筑面积约41381m2，空调冷负荷为3950KW，空调热负荷为3000KW。
2冷热源方案经济性分析
空调系统的总成本主要包括初投资和运行费用两部分。单纯考虑运行成本的降低，可能会导致初投资的不合理增加，而抛开运行费用一味的控制初投资，也可能使运行费用增加，这两方面都直接影响到空调系统的经济性。因此，合理安排两方面的费用组成，综合比较各方案的初投资和运行费用，才能合理地得出各方案的经济性。
根据本建筑的特点及常用的`暖通空调方式现对办公综合楼做如下两种冷热源方案，即水源热泵系统和电制冷+市政热源二种方案，并对这两种冷热源方案进行比较分析。
2.1冷热源方案原理图
2.1.1水源热泵系统冬夏季原理图
2.1.2电制冷+市政热源系统冬夏季原理图
2.2初投资分析
2.2.1设备初投资比较
两种方案的主要初投资如下：
方案一：
螺杆式水源热泵机组（2台），制冷量：1944KW，N=264KW，制热量：1952.4，N=374.6KW，价格：200万元；潜水泵7台，G=100m3/h，H=60mH2O，n=1450r/min，N=15kw，价格：14万元，水源井18口（8抽，2备用，8回灌）井深30米，价格：36万元；冷冻水循环泵（3台），G=380m3/h，H=35mH2O，n=1450r/min，N=55kw，价格：20万元。方案一总投资为256万元。
方案二：
离心式冷水机组（2台），制冷量：1934KW，N=346KW，价格：200万元，水板式换热机组3000KW（1台），价格：10万元；冷却水循环泵3台，G=433m3/h，H=30mH2O，n=1450r/min，N=55kw，价格：30万元，静音型方型冷却塔2台，G=407m3/h，价格：24万元；冷冻水循环泵3台，G=380m3/h，H=35mH2O，n=1450r/min，N=55kw，价格：20万元。方案二总投资为251万元。
通过上述两种不同方案的初投资对比可知，地下水源热泵系统方案和传统电制冷方案初投资几乎差不多。
2.2.2运行费用分析
空调系统运行时，在相当多的情况下，冷水机组处于部分负荷运行状态，为了运行费用相对准确，文章用综合部分负荷性能系数（IPLV）来计算空调季运行费用，标准规定：
NPLV=1%A+42%B+45%C+12%
其中，A为100%负荷时的能效比，B为75%负荷时的能效比，C为50%负荷时的能效比，D为25%负荷时的能效比。
根据前面章节的水源侧和冷冻侧条件，经厂家配合计算本项目水源热机组夏季与冬季NPLV值分别为7.6、6.29。电制冷冷水机组NPLV值为6.83。机组年运行费用=运行时间×机组冷量×1/NPLV×0.8。电费1元，空调季年运行时间按120天，每天运行10小时计算，供暖季年运行时间按150天，每天运行12小时计算。
2.2.2.1夏季工况。
（1）方案一运行费用：水源热泵机组运行费用：120×10×1944×2×1/7.6×0.7=42.9万；水源侧冷却水运行费用：15×7×0.7×1200=8.8万；冷冻水运行费用：55×2×0.7×1200=9.2万；水源热泵总运行费用42.9+8.8+9.2=60.9万。
（2）方案二运行费用：冷水机组运行费用：120×10×1944×2×1/6.83×0.7=47.8万；冷却水运行费用：55×2×0.7×1200=9.2万；冷冻水运行费用：55×2×0.7×1200=9.2万；水机组总运行费用47.8+9.2+9.2=66.2万。
2.2.2.2冬季工况：（1）方案一运行费用：水源热泵机组运行费用：150×12×1952×2×1/6.29×0.7=78.2万；水源侧运行费用：15×7×0.7×1800=13.2万；末端循环泵运行费用：55×2×0.7×1800=13.86万。
总运行费用：78.2+13.2+13.86=105.26万。
（2）方案二（市政热源）运行费用：热力公司按面积收取35元/m2×41381m2=144.8万；循环泵运行费用：30×2×0.7×1800=7.56万；总运行费用144.8+7.56=152.36万。
综上可知，夏季工况下，一个空调季方案一的运行费用比方案二少5.3万元，冬季工况下，方案一运行费用比方案二的运行费用少47.1万元，由此得出夏季与冬季工况下水源热泵空调系统均比传统电制冷+市政热源方案节能，冬季工况尤为明显，一年空调运行费用可节省52.4万元，节能率约24%。
3结语
本项目处于江边，江水对地下水有很好的能量补充，水体的温度一年四季相对稳定，水体温度较恒定，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性，水源热泵系统可供暖、空调，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。减少机房面积和放置冷却塔区域从而减少土建成本，机组运行简单可靠，维护费用低，自动控制水平高，使用寿命长可达到15年以上。
环保效益显著，进行能量转换的供暖空调系统。供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，水源热泵是利用了地下水作为冷热源。没有燃烧过程，防止了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，防止了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。
高效节能，由于采用地下水，水体温度比环境空气温度高，水源热泵机组可利用的水体温度冬夏、季均为12-15℃。冬季热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。
水源热泵比传统电制冷+市政热源方案优势明显，但由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同，具体需结合当地实际政策和条件来确定相应空调系统。
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