地源热泵的工作原理及技术经济性分析11218.docx

《地源热泵的工作原理及技术经济性分析11218.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地源热泵的工作原理及技术经济性分析11218.docx（27页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、地源热泵的工作原理及技术经济性分析一、什么是地源热泵地源热热泵是一一种利用用地下浅浅层地热热资源（也也称地能能，包括括地下水水、土壤壤或地表表水等）的的既可供供热又可可制冷的的高效节节能空调调系统。地地源热泵泵通过输输入少量量的高品品位能源源（如电电能），实实现低温温位热能能向高温温位转移移。地能能分别在在冬季作作为热泵泵供暖的的热源和和夏季空空调的冷冷源，即即在冬季季，把地地能中的的热量“取取”出来来，提高高温度后后，供给给室内采采暖；夏夏季，把把室内的的热量取取出来，释释放到地地能中去去。热泵泵机组的的能量流流动是利利用其所所消耗的的能量（如如电能）将将吸取的的全部热热能（即即电能+吸收的

2、的热能）一一起排输输至高温温热源。而而其所耗耗能量的的作用是是使制冷冷剂氟里里昂压缩缩至高温温高压状状态，从从而达到到吸收低低温热源源中热能能的作用用。请参参见能流流图所示示。通常地地源热泵泵消耗11kW的的能量，用用户可以以得到55kW以以上的热热量或44kW以以上冷量量，所以以我们将将其称为为节能型型空调系系统。与锅炉炉（电、燃燃料）供供热系统统相比，锅锅炉供热热只能将将90%以上的的电能或或7090%的燃料料内能为为热量，供供用户使使用，因因此地源源热泵要要比电锅锅炉加热热节省三三分之二二以上的的电能，比比燃料锅锅炉节省省二分之之一以上上的能量量；由于于地源热热泵的热热源温度度全年较较为

3、稳定定，一般般为100255，其其制冷、制制热系数数可达33.54.44，与传传统的空空气源热热泵相比比，要高高出400%左右右，其运运行费用用为普通通中央空空调的550660% 。因此此，近十十几年来来，尤其其是近五五年来，地地源热泵泵空调系系统在北北美如美美国、加加拿大及及法国、瑞瑞士、瑞瑞典等国国家取得得了较快快的发展展，中国国的地源源热泵市市场也日日趋活跃跃，可以以预计，该该项技术术将会成成为211世纪最最有效的的供热和和供冷空空调技术术。二、地源热热泵国内内外发展展近况 地源热热泵的历历史可以以追朔到到19112年瑞瑞士的一一个专利利，欧洲洲第一台台热泵机机组是在在19338年间间制

4、造的的。它以以河水低低温热源源，向市市政厅供供热，输输出的热热水温度度可达660oC。在在冬季采采用热泵泵作为采采暖需要要，在夏夏季也能能用来制制冷。119733年能源源危机的的推动，使使热泵的的发展形形成了一一个高潮潮。目前前，欧洲洲的热泵泵理论与与技术均均已高度度发达，这这种“一一举两得得”并且且环保的的设备在在法、德德、日、美美等发达达国家业业已广泛泛使用。如如美国，截截止19985年年全国共共有144,0000台地地源热泵泵，而119977年就安安装了445，0000台台，到目目前为止止已安装装了4000，0000台台，而且且每年以以10%的速度度稳步增增长。119988年美国国商业建

5、建筑中地地源热泵泵系统已已占空调调总保有有量的119%，其其中有新新建筑中中占300%。美美国地源源热泵工工业已经经成立了了由美国国能源部部、环保保署、爱爱迪逊电电力研究究所及众众多地源源热泵厂厂家组成成的美国国地源热热泵协会会，该协协会在近近年中将将投入一一亿美元元从事开开发、研研究和推推广工作作。美国国计划到到20001年达达到每年年安装440万台台地源热热泵的目目标，届届时将降降低温室室气体排排放1百百万吨，相相当于减减少500万辆汽汽车的污污染物排排放或种种植树11百万英英亩，年年节约能能源费用用达4.2亿美美元，此此后，每每年节约约能源费费用再增增加1.7亿美美元。 与美国国的地源源

6、热泵发发展有所所不同，中中、北欧欧如瑞典典、瑞士士、奥地地利、德德国等国国家主要要利用浅浅层地热热资源，地地下土壤壤埋盘管管（埋深深00，表明明项目盈盈利能力力满足了了行业最最低要求求，项目目在财务务上是可可以接受受的；如如NPVV0，则则表示未未能达到到预定的的收益，表表示可以以不考虑虑此项目目。 投资回回收期评评价方法法：如项项目的全全部投资资回收期期小于行行业基准准投资回回收期，表表明项目目投资能能按时收收回，投投资回收收期越小小，表明明经济性性越优。计算条件 1 选选取天津津地区住住宅楼为为计算对对象，供供暖热指指标取550w/m2，空调调冷指标标取800w/mm2。2 地地源热泵泵冬

7、季供供暖制热热系数44.000，夏季季空调制制冷系数数4.550，单单冷空调调制冷系系数取33.200。指标燃料(*)热值(Kccal/*)效率单价(元/*)煤 (kgg)50000.700.25油 (kgg)1030000.852.65天然气 (m3)85000.901.803 经经济参数数有：地地下水资资源费（00.044元/吨吨），电电价（00.5元元/度），各各种燃料料的热值值及价格格（见右右表），软软化水费费，排污污费，工工人工资资，利率率，设备备使用年年限等。4 供供暖空调调收费标标准，国国内北方方地区有有供暖收收费标准准，如天天津地区区为188.5元元/m22，但空空调没有有收费

8、标标准。将将来供暖暖空调要要改为“计计量收费费”，以以热（冷冷）量为为收费单单位，如如南方某某地出台台以0.28元元/kww.h冷冷量为收收费标准准。 分析比较1 初初投资比比较，初初投资中中包括了了从冷热热源到管管网到室室内终端端的所有有投资项项。见图图1，热热泵的初初投资高高于锅炉炉，但从从总初投投资看，由由于地源源热泵可可供暖供供冷，一一机两用用，一次次投资全全年使用用，节省省了冬季季供暖的的投资，因因此地源源热泵的的初投资资要低于于锅炉加加空调系系统的总总投资。2 供供暖成本本比较，见见图2，煤煤锅炉供供暖成本本最低，其其次是地地源热泵泵、天然然气锅炉炉，油锅锅炉最高高。以地地源热泵泵

9、为基准准比较各各方案供供暖成本本，煤锅锅炉比地地源热泵泵低300%左右右，而天天然气锅锅炉要高高40%左右，油油锅炉要要高700%左右右。3 空空调成本本比较，地地源热泵泵的空调调运行成成本要低低于单冷冷空调，低低约300%左右右。4 从从净现值值看，收收费标准准0.228元/kw.h时（图图3），各各供暖空空调方案案的净现现值均小小于0，只只有煤锅锅炉当供供暖面积积大于一一定值时时净现值值才大于于0，说说明按00.288元/kkw.hh的收费费标准，只只有燃煤煤锅炉具具有一定定经济效效益。如如果加大大收费标标准，如如定为00.4元元/kww.h，重重新计算算各方案案的净现现值（图图4）、收收

10、益率（图图5）和和投资回回收期（图图6），可可以得到到燃煤锅锅炉和地地源热泵泵供暖的的净现值值均大于于0，内内部收益益率大于于基准收收益率88%，以以及投资资回收期期小于110年，此此时燃煤煤锅炉和和地源热热泵供暖暖经济上上是可行行的。相相比之下下，由于于单冷空空调经济济性明显显低于地地源热泵泵空调，所所以燃煤煤锅炉供供暖加单单冷空调调方案的的经济性性要低于于地源热热泵供暖暖空调，说说明了地地源热泵泵一机两两用，既既供暖又又空调的的经济优优势。对地源源热泵方方案与燃燃煤、燃燃油和燃燃气锅炉炉加单冷冷空调各各方案的的综合经经济性（净净现值均均，收益益率，投投资回收收期）进进行比较较，地源源热泵为

11、为最优方方案，其其次依次次是燃煤煤、天然然气和油油锅炉加加单冷空空调系统统。以上是是“单位位热（冷冷）量收收费标准准”的计计算结果果，对经经营者来来说，供供应的热热（冷）量量越多，所所收取的的费用将将越多，并并且供暖暖空调的的成本相相对越低低，因此此其经济济效益将将越高，这这类似于于电力的的供应，电电厂供应应的电力力越多，效效益将越越高。因因此不同同建筑物物，不同同的供热热（冷）量量，经营营者的经经济效益益将不同同，不能能照搬本本文的计计算结果果。应针针对具体体的建筑筑物类型型、用途途，当地地的气象象资料，当当地的各各种能源源价格及及供暖空空调的收收费标准准来进行行可行性性研究，以以确定何何种

12、供暖暖空调方方式为最最经济方方案。对传统统的“单单位面积积收费标标准”，由由于供应应的建筑筑物面积积是确定定的，向向用户收收取的采采暖空调调费用是是固定的的，因此此对经营营者来说说，供应应的热（冷冷）量越越少，其其效益就就越高。这这与“计计量收费费”的效效果正相相反，但但采用“计计量收费费”是有有利于用用户和有有利于节节能的。 七、工质替替代作为空空调和热热泵的主主导工质质HCFFC222淘汰在在即，因因难以找找到HCCFC222 性性能相当当的单一一替代物物质，采采用混合合工质替替代方案案已成共共识。国国际上迄迄今提出出的HCCFC222替代代物主要要为R4410AA和R4407CC，它们们

13、的ODDP均为为0，已已经在不不少场合合获得应应用。然然而它们们不仅在在热力性性能上与与HCFFC222有明显显差距而而且还因因具有较较大的温温室效应应势GWWP而受受限于京京都协议议。从温室室效应的的角度出出发，人人们又将将研究目目光放在在了来源源于自然然又可回回归自然然的自然然工质上上。自然然工质包包括碳氢氢化合物物、氨、CCO2、空空气等，它它们的OODP为为零、GGWP在在与COO2相同同量级的的水平上上。有研研究认为为，氨及及碳氢化化合物是是最有前前途的CCFC、HHCFCC和HFFC的替替代物。但但也有观观点认为为，那些些所谓的的天然制制冷剂，由由于不稳稳定性和和存在爆爆炸的危危险

14、，使使得它们们在空调调工业中中被限制制使用。另另外，国国内外也也已经开开始对CCO2跨（超超）临界界循环进进行新一一轮的研研究。ASHHRAEE给出了了一些可可长期替替代R222的混混合工质质，见表表1。AARI也也推荐了了一些替替代R222的单单工质和和混合工工质，见见表2。 表1 ASSHRAAE推荐荐的R222替代代工质 ASHRAAE命名名混合物组成成质量浓度R404AAR125/R1443a/R1334a44/522/4R407CCR32/RR1255/R1134aa23/255/522R410AAR32/RR125550/500R410BBR32/RR125545/555表2 AR

15、RI推荐荐的R222替代代工质 替代工质质量浓度R290-R134aa-R717-R32/RR1344a30/700R32/RR2277ea35/655八、常见问问题讨论论 1.为什么么地源热热泵在美美国、欧欧洲以及及中国，尤尤其是近近些年来来为越来来越多的的用户所所认识，市市场日趋趋活跃呢呢？ 一方面面是由于于全世界界范围内内比以往往更加关关注能源源、环境境与可持持续发展展的问题题，对于于中国由由于以燃燃煤为主主的能源源结构已已经造成成了极为为严重的的大气污污染，因因此，要要实现经经济的可可持续发发展，必必须尽可可能多地地利用清清洁的可可再生能能源，必必须加大大节能的的力度，而而既能在在冬季

16、供供暖、又又能在夏夏季制冷冷空调的的地源热热泵系统统是很好好的一个个选择；另一方方面是地地源热泵泵系统经经过多年年的研究究，在技技术上已已经非常常成熟，而而且经过过多年的的示范与与实践，确确认了地地源热泵泵系统的的很多优优点：节节约能源源、舒适适、安全全、性能能稳定、清清洁、使使用灵活活等。 2.水环路路热泵（WWLHPP）系统统与地源源热泵（GGSHPP）系统统有什么么异同？适用于于什么场场合？ 两者都都可通过过水源热热泵如水水空气气热泵或或水水水热泵系系统为建建筑物提提供热量量或冷量量，区别别是WLLHP系系统通常常是指利利用冷却却水塔和和锅炉保保持全年年冬夏两两季节的的供水温温度稳定定的

17、系统统，而GGSHPP系统则则通常是是指通过过利用地地下水、地地下换热热系统、地地表水或或者地下下换热系系统与冷冷却塔、锅锅炉相结结合等形形式维持持供水温温度稳定定的系统统；此外外，WLLHP一一般为分分散式系系统，而而GSHHP既可可为分散散式系统统也可为为集中式式系统。 对于WWLHPP系统适适用于什什么场合合，有研研究认为为，单纯纯的供冷冷或单纯纯的供热热选用水水环路热热泵是不不合理的的；对同同时具有有制冷和和制热需需要的空空调建筑筑，当其其内部余余热量较较小或较较大时，使使用WLLHP系系统节能能效果不不明显，只只有当机机组排出出的热量量与部分分水源热热泵机组组吸收的的热量相相近时，才

18、才具有明明显的节节能优势势。对于于某一特特定建筑筑，设计计者需根根据建筑筑物的冷冷热负荷荷曲线、使使用特点点、功能能，所处处环境等等诸多因因素综合合评价使使用WLLHP系系统是否否节能、合合适。一一般地说说，以下下几种情情况可考考虑使用用WLHHP：有低品品位稳定定可靠的的废热可可以利用用；建建筑物内内同时有有制冷和和供热的的需要；制冷量量不大，且且又要求求独立计计量电费费，使用用时间不不一，个个别房间间或区域域经常需需在夜间间或节假假日独立立使用的的建筑。 地源热热泵系统统的适用用场合，对对于分散散式系统统，类似似于上述述水环路路热泵系系统的情情况；而而对于集集中式系系统，即即集中为为建筑物

19、物各房间间提供冷冷水或热热水的情情况，则则适用范范围较广广，尤其其适用于于办公楼楼、学校校及别墅墅等。 3.对几种种地源热热泵系统统在工程程应用中中的评述述 1）直直接利用用地下井井水的地地源热泵泵系统：其最大大优点是是非常经经济，占占地面积积小，但但要注意意必须符符合下列列条件：水质良良好；水水量丰富富；符合合标准。 2）地地下埋管管的地源源热泵系系统：对对于垂直直式埋管管系统，其其优点有有：较小小的土地地占用，管管路及水水泵用电电少，其其缺点是是钻井费费用较高高；对于于水平式式埋管系系统，其其优点有有：安装装费用比比垂直式式埋管系系统低，应应用广泛泛，使用用者易于于掌握，其其缺点有有：占地

20、地面积大大，受地地面温度度影响大大，水泵泵耗电量量大。 3）地地表水式式热泵：其优点点有：在在10米米或更深深的湖中中，可提提供100的直直接制冷冷，比地地下埋管管系统投投资要小小，水泵泵能耗较较低，高高可靠性性，低维维修要求求、低运运行费用用，在温温暖地区区，湖水水可做热热源，其其缺点有有：在浅浅水湖中中，盘管管容易被被破坏，由由于水温温变化较较大，会会降低机机组的效效率。 4）锅锅炉/冷冷却塔与与地下埋埋管相结结合的混混合型地地源热泵泵系统：适用于于空间小小，不能能单独采采用地下下埋管换换热系统统的建筑筑，冷却却塔和闭闭环式系系统相结结合制冷冷，节省省成本；事实证证明该系系统是高高效率、低

21、低费用的的。 4.地源热热泵的运运行费用用怎样？经济性性如何？ 这是用用户最关关心，也也是大家家最容易易提出的的一个问问题，然然而，也也是目前前最难回回答的一一个问题题。因为为影响地地源热泵泵使用经经济性的的因素有有很多，如如电价、用用户或居居民行为为、气候候条件以以及例如如非正常常的炎热热或寒冷冷季节等等其它因因素。尤尤其是在在中国的的应用时时间还不不长，实实际运行行经济性性的总结结工作还还有待完完成，目目前，尚尚难于给给出较准准确的答答案。由由于美国国等发达达国家在在地源热热泵的工工程应用用方面已已至少有有十余年年的历史史，不妨妨先借鉴鉴其经验验。据世世界环境境保护组组织EPPA的一一份有关关空调未未来的报报告所得得出的结结论：地地源热泵泵技术在在为家庭庭居民带带来舒适适、可靠靠和高效效节能的的同时，将将成为降降低国家家能源消消耗和环环境污染染的一个个主要力力量。据据EPAA估计，设设计安装装良好的的地源热热泵，平平均来说说，可以以节约用用户300400的供供热制冷冷空调的的运行费费用。