地源熱泵空調系統(tǒng)在南京地區(qū)應用的經濟性評價

王傳奎 田 鵬

（1.中國質量認證中心南京分中心 南京 210000；2.江蘇省電子信息產品質量監(jiān)督檢驗研究院 無錫 214073）

引言

近年來，新能源技術備受關注，地源熱泵技術做為一種高效能源技術，也得到越來越多的重視。隨著國家節(jié)能降耗政策的深入貫徹，地源熱泵由于其高效節(jié)能、且屬于可再生能源，逐步受到更多的關注。

目前地源熱泵的利用還處于前期階段，地源熱泵的經濟性方面研究也較少，對地源熱泵的技術經濟性評價對于后期項目選擇具有重要的指導意義。

本文選取初投資、年總成本、現(xiàn)金流量表等經濟評價指標，比較了兩種空調系統(tǒng)在南京地區(qū)應用的經濟性，并得出了選型結論。

1 經濟性評價指標

根據(jù)給定供暖熱負荷、空調制冷負荷條件，相應的經濟性評價指標有：初投資、年運行成本、年經營成本、財務凈現(xiàn)值、費用現(xiàn)值、投資回收期等[1]。

1.1 供暖熱負荷

指在室外設計溫度下，為了滿足預計的室內溫度要求，單位時間內由供暖系統(tǒng)向建筑物提供的熱量。

1.2 空調制冷負荷

指為使室內溫濕度維持在規(guī)定水平，空調設備在單位時間內需向房間供應的冷量。

1.3 初投資

指地源熱泵系統(tǒng)購買及安裝的各費用總和。

1.4 年運行成本

指空調系統(tǒng)運行電費等。

1.5 年經營成本

指空調系統(tǒng)年運行成本、管理成本、設備維護成本等。

1.6 財務凈現(xiàn)值

財務凈現(xiàn)值（FNPV）亦稱“累計凈現(xiàn)值”。擬建項目按部門或行業(yè)的基準收益率或設定的折現(xiàn)率，將計算期內各年的凈現(xiàn)金流量折現(xiàn)到建設起點年份（基準年）的現(xiàn)值累計數(shù)[2]，計算代數(shù)公式為:

其中，CI為現(xiàn)金流入；CO為現(xiàn)金流出，含固定投資資產、流動現(xiàn)金、成本和稅金；IC為折現(xiàn)率。

1.7 費用現(xiàn)值

將歷年的支出現(xiàn)金CO全部折現(xiàn)到初始的現(xiàn)值代數(shù)和[2]，計算代數(shù)公式為:

1.8 投資回收期

投資回收期亦稱“投資回收年限”。項目投產后獲得的收益總額達到該項目投入的投資總額所需要的時間 (年限)。

2 選定計算背景參數(shù)

2.1 地區(qū)氣候及溫度參數(shù)

設計使用地區(qū)的室內、外計算設計溫度、系統(tǒng)年均運行天數(shù)和日平均運行時間，本文以南京地區(qū)作為計算對象。

2.2 計算對象

以450 m2別墅為例，每層面積為150 m2，根據(jù)別墅空調實際使用特點，設定空調系統(tǒng)實際同時使用的建筑面積為單層建筑面積，為150 m2。故系統(tǒng)總冷負荷按150 m2的建筑面積計算。別墅夏季冷負荷為200 W/ m2，冬季熱負荷為150 m2。夏季總冷負荷為30 kW，冬季總熱負荷為22.5 kW。

2.3 空調方案選擇

對根據(jù)氣候、溫度、計算對象等選定的別墅空調系統(tǒng)，分別進行能源消耗和各經濟評價指標的分析、比較，對比參數(shù)為各項經濟評價指標值。

3 計算結果與分析

分別計算地源熱泵空調系統(tǒng)和空氣源熱泵空調系統(tǒng)方案的技術經濟評價指標，具體指標選擇：初投資、年運行成本、年經營成本、凈現(xiàn)值、現(xiàn)金流量表。

3.1 初投資比較

地埋管地源熱泵系統(tǒng)制冷主機40 000元，豎直式系統(tǒng)鉆孔費用一般為100元/m，地下埋管材料費用為50元/m，冷卻水泵1 000元；空氣源熱泵主機50 000元。對于冷水泵和室內終端，地源熱泵與空氣源熱泵選擇相同型號產品，投資費用相同。

本樣機選用BGSHP33FQH3型主機，制冷量為32.7 kW，額定輸入功率為7.8 kW地埋管選用垂直布置。垂直鉆孔深度參考表格1[3]。

其中1 ton=3.516 kW·h。南京地區(qū)土質地表為粘土，粘土下為巖層結構。按照一般巖層計算鉆孔深度為520 m。

二種空調系統(tǒng)的初投資見圖1。

由圖1可見，地源熱泵換熱系統(tǒng)初投資費用較空氣源熱泵約高7萬元。

3.2 年運行成本分析

表1 樣機垂直鉆孔深度表 單位：m/Ton

圖1 兩種空調系統(tǒng)初投資比較圖

南京地區(qū)夏季供冷時間通常為6～9月，共122天，冬季供暖時間通常為1-3月，共90天，假定一天空調運行12 h，一年中空調運行的時間總共為2 544 h。根據(jù)實際使用情況，折算空調部分負荷運行時間到滿負荷運行時間，則計算夏、冬季空調共滿負荷運行時間占50 %，則折算到空調滿負荷運行時間為1 272 h。根據(jù)部分負荷的變化情況，各空調方案年運行能耗見表2。

在年運行能耗中，地埋管地源熱泵比空氣源熱泵年節(jié)電5 343 kW·h，年運行費比空氣源熱泵系統(tǒng)低0.27萬元。因本計算中，電價按照0.5元/kW·h計算，而目前南京地區(qū)已執(zhí)行階梯電價，實際節(jié)省費用更多。

3.3 年經營成本

年經營成本包括系統(tǒng)的運行費用，包括電費、人員管理費、維修費等。地埋管地源熱泵與空氣源熱泵的年經營成本如圖2。

對于經營成本，主要為空調系統(tǒng)運行費用。地埋管地源熱泵比空氣源熱泵年經營成本低0.2萬元。

3.4 凈現(xiàn)值

空調系統(tǒng)壓縮機的設計使用年限為15-30年[3]，地源熱泵空調再維護良好的情況下，一般使用年限為20-30年，空氣源則為10-15年。

設定系統(tǒng)的折現(xiàn)率為10 %，則地源熱泵與空氣源熱泵的凈現(xiàn)值如圖3。

可見對于凈現(xiàn)值指標，地源熱泵與空氣源熱泵都小于零，從單純投資角度分析，此項目不可取。但因空調系統(tǒng)是民用消費性質，不是以盈利為目的的投資行為，故凈現(xiàn)值指標只可作為參考之一。

3.5 費用現(xiàn)值

兩種空調系統(tǒng)的費用現(xiàn)值如圖4。

從費用現(xiàn)值的對比來看，地源熱泵系統(tǒng)的費用現(xiàn)值要高于空氣源熱泵系統(tǒng)，其中主要原因為地源熱泵初始投資高于空氣源熱泵系統(tǒng)。

3.6 投資回收期

因投資回收期主要為考核投資屬性項目，故在此不對地源熱泵系統(tǒng)于空氣源熱泵系統(tǒng)做投資回收期比對。

表2 兩種空調方案年運行能耗表

圖2 兩種空調年經營成本圖

圖3 兩種空調系統(tǒng)凈化值圖

圖4 兩種空調系統(tǒng)費用現(xiàn)值圖

4 結論

經過對地源熱泵和空氣源熱泵兩種方案在別墅案例中實施的分析和比較可知，地源熱泵初投資較高，但運行成本較低，空調使用壽命高于空氣源熱泵空調。由于南京屬于夏熱冬冷地區(qū)，需要同時夏季供冷和冬季供暖，地埋管地源熱泵由于具備良好的經濟性和適用性，是相對理想的空調系統(tǒng)選擇。