燃氣-水源熱泵系統(tǒng)方案的經(jīng)濟性研究

徐 龍 中石化泉州石化有限公司 俞增盛 上海市能效中心

目前城市常見的供熱空調(diào)能源為煤、電、油、氣，其中天然氣是有發(fā)展前景的城市能源。在供熱空調(diào)領(lǐng)域，以天然氣為能源，用燃氣機驅(qū)動壓縮機并充分利用發(fā)動機廢熱、工業(yè)余熱以及低品位環(huán)境熱量的采暖、空調(diào)裝置為低污染的環(huán)保裝置。此外國家目前出臺了鼓勵發(fā)展燃氣熱泵（GHP）的政策，如上海市規(guī)定：對于燃氣空調(diào)補貼100元/kW制冷量；北京市規(guī)定：對于燃氣空調(diào)的補貼為300元/kW制冷量，提供優(yōu)惠氣價，加大氣價季節(jié)差?，F(xiàn)將燃氣機熱泵與電驅(qū)動的空氣源熱泵機組，電驅(qū)動的水源熱泵機組，燃氣驅(qū)動的空氣源熱泵機組，溴化鋰直燃吸收式冷溫水機組以及冷水機組加鍋爐（燃油、燃氣）的形式進行比較，以了解其技術(shù)經(jīng)濟性能。

1 不同供熱方式的一次能源利用率比較

以燃氣壓縮式熱泵、燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、電熱鍋爐、電動熱泵等冷熱源設(shè)備為例，分析不同供熱方式運行的能量利用情況。以下以供熱為例，首先以一次能源利用率PER（Primary Energy Ratio）進行評價：

假設(shè)按標準工況進行比較，根據(jù)編制的程序計算，燃氣－水源熱泵的制熱COP為3.56，燃氣－空氣源熱泵和電動熱泵的制熱COP為3.28。

以上涉及的不同熱源設(shè)備的PER的比較見表1。由表1可見，一次能源利用率從高到低的排列順序依次為：燃氣水源熱泵、燃氣空氣源熱泵、電驅(qū)動水源熱泵、電驅(qū)動空氣源熱泵、燃氣鍋爐、燃煤鍋爐和電鍋爐。

2 不同供熱方式的年單位面積初投資、運行能耗費用比較

考慮的冷熱源方式主要有：冷水機組＋燃氣鍋爐、冷水機組＋燃油鍋爐、溴化鋰直燃式冷溫水機組、電動風冷熱泵冷熱水機組、電動風冷熱泵機組、水源熱泵冷熱水機組、燃氣機驅(qū)動空氣源熱泵冷熱水機組、燃氣機驅(qū)動空氣源熱泵機組、燃氣機驅(qū)動水源冷熱水機組。此外，對于鍋爐的選用，主要考慮燃氣鍋爐和燃油鍋爐兩種。

表1 不同熱源設(shè)備的PER比較

2.1 工程概況

上海某辦公樓采用的冷熱源形式是燃氣空氣源熱泵機組，建筑基本情況如下：

建筑類型：辦公室（運行時間8：00～18：00）

建筑面積：約4 000㎡

空調(diào)面積：約3 000㎡

總設(shè)計冷負荷：450 kW

總設(shè)計熱負荷：300 kW

2.2 設(shè)計參數(shù)

上海市室外氣象參數(shù)，室內(nèi)設(shè)計參數(shù)及上海市能源價格見表2、表3及表4。

表2 上海市室外氣象參數(shù)

表3 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

表4 上海市能源價格

2.3 初投資與運行費用的比較

系統(tǒng)的初投資主要包括主機和輔機的設(shè)備購置費、設(shè)備安裝費、電力增容費和土建施工費等。此處電力增容費略去不計；設(shè)備安裝費按設(shè)備購置費的25%計算；機房面積按照設(shè)計要求進行計算，制冷機房面積約占總建筑面積的4.6%～7.5%。

（1） 各冷熱源方案的初投資費用比較

上述各冷熱源方式的初投資費用見表5。

由表5可知：第一，初投資從高到低依次為：①溴化鋰直燃式冷溫水機組、②燃氣機直接蒸發(fā)式空氣源熱泵機組、③冷水機組＋燃氣鍋爐、④冷水機組＋燃油鍋爐、⑤燃氣機空氣源熱泵冷熱水機組、⑥燃氣機水源熱泵冷熱水機組、⑦電動風冷熱泵機組、⑧電動水源熱泵冷熱水機組、⑨電動風冷熱泵冷熱水機組。第二，同一能量方式的機組初投資都很接近。冷水機組＋燃氣鍋爐、冷水機組＋燃油鍋爐初投資接近，電動風冷熱泵機組、電動水源熱泵冷熱水機組、電動風冷熱泵冷熱水機組初投資接近，燃氣機空氣源熱泵冷熱水機組、燃氣機水源熱泵冷熱水機組初投資接近。第三，溴化鋰直燃式冷溫水機組、燃氣機直接蒸發(fā)式空氣源熱泵機組的初投資較高。

（2）各冷熱源方式的年運行費用比較

上述各冷熱源方式的年運行費用見表6。

表6 各冷熱源方式的年運行費用比較

由表6可知：年運行費用從高到低依次為：①電動風冷熱泵冷熱水機組、②電動風冷熱泵機組、③冷水機組＋燃油鍋爐、④冷水機組＋燃氣鍋爐、⑤溴化鋰直燃式冷溫水機組、⑥電動水源熱泵冷熱水機組、⑦燃氣機空氣源熱泵冷熱水機組、⑧燃氣機直接蒸發(fā)式空氣源熱泵機組、⑨燃氣機水源熱泵冷熱水機組。

（3） 各冷熱源方式的綜合經(jīng)濟性比較

為了將系統(tǒng)的初投資和運行費用綜合起來考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性，通常有兩種方法：1）計算系統(tǒng)的投資回收年限，2）計算系統(tǒng)在其壽命周期內(nèi)的總費用。考慮到回收年限不容易確定，特別對于一些新型的機組，還沒有一個統(tǒng)一的結(jié)論，因此筆者選取了5年、10年、15年這三個年限來計算各冷熱源方式的費用情況，從而可以對機組的短、中、長期費用情況作一分析和對比，詳見表7、表8。

3 結(jié)論

（1）與其他冷熱源方式比較，隨著使用年限的增加，溴化鋰吸收式冷溫水機組的總費用在不斷地下降，考慮到目前市場上主流的該類機組的使用壽命大約為15年，因此，在這類面積和用途的建筑中，溴化鋰吸收式冷溫水機組并不十分經(jīng)濟。

（2）雖然目前冷水機組加鍋爐的形式由于其較好的穩(wěn)定性仍然是冷熱源選型時的首選，但是，我們通過比較發(fā)現(xiàn)，無論是5年，10年還是15年，此類冷熱源方式對于這類建筑都很不經(jīng)濟。

（3）與其他形式的冷熱源比較，電動風冷熱泵機組的費用并沒有太多的改變，都處在第4、第5位。

（4）由于選用的建筑面積比較小，熱泵機組的經(jīng)濟性突出。

最后，上述分析結(jié)果還表明：燃氣水源熱泵冷熱水機組的經(jīng)濟性在整個研究設(shè)定的時間內(nèi)都處于最節(jié)能的地位，因此可以總結(jié)為：對于這類面積和用途的建筑，燃氣水源熱泵冷熱水機組具有很好的經(jīng)濟性，非常適合在對燃氣有優(yōu)惠政策，冬季氣溫不是很低的長江三角洲地區(qū)應(yīng)用。

表7 各冷熱源方式的5、10、15年總費用 元

表8 各冷熱源方式的5、10、15年總費用比較

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