水源熱泵和溴化鋰直燃機對比20120613

1、水源熱泵空調系統(tǒng)與直燃溴化鋰系統(tǒng)經濟分析摘要 介紹了水源熱泵和直燃溴化鋰系統(tǒng)的工作原理，結合一工程實例，對這兩種機組的中央空調系統(tǒng)的運營費用和投資費用進行對比分析。關鍵詞 水源熱泵 溴化鋰直燃機 節(jié)能 初投資 運行費用 一、前言隨著我國建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展，對建筑節(jié)能的要求越來越高，而供熱系統(tǒng)和空調系統(tǒng)是建筑能耗的主要組成部分，因此，設法減小這兩部分能耗意義非常顯著。隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，如何高效地使用能源、回收各種余熱和減小對環(huán)境的污染成為人們關注的焦點。水源熱泵就是一種用來解決能源和環(huán)境方面問題的極為有效的技術，因而近年來國內外發(fā)展極為迅速。本文通過對一工程實例進行分析，根據(jù)實際數(shù)據(jù)對水

2、源熱泵空調系統(tǒng)與直燃式溴化鋰機組進行了比較，并由此對水源熱泵系統(tǒng)的幾點結論。二、兩種空調系統(tǒng)介紹1. 水源熱泵空調系統(tǒng)1.1 水源熱泵空調系統(tǒng)工作原理作為自然現(xiàn)象, 能量總是從高溫端流向低溫端。但如同水泵把水從低處提升到高處那樣, 人們可以用熱泵技術把熱量從低溫端抽吸到高溫端。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置, 它本身消耗一部分能量, 把環(huán)境介質中儲存的能量加以挖掘, 提高溫位進行利用, 而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的 1 / 3或更低, 這就使熱泵節(jié)能的關鍵所在。水源熱泵機組的工作原理就是利用地球表面淺層地熱能如地下水或地表水 (江、河、海、湖或淺水池 )中吸收的太陽能和地熱能而形成的

3、地位熱能資源, 采用熱泵原理, 通過少量的高位電能輸入, 在夏季利用制冷劑蒸發(fā)將熱量取走, 放熱給環(huán)流的水, 由于水的溫度低, 所以可以高效地帶走熱量; 而冬季,利用制冷劑吸收環(huán)流水的熱量, 通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后載冷凝器中放熱給室內。1.2 水源熱泵的技術特點（1）高效、節(jié)能、運行費用低：我們在評價熱泵機組和制冷機組的性能時常用到 功效比一詞, 用 COP表示, 它的定義是系統(tǒng)輸出的功率 與所消耗的功率之比。風冷熱泵其COP值一般在 2. 0 3. 0之間, 而水源熱泵, 國內產品在供熱時 COP值可達 3. 5 4. 0, 供冷時活塞式機組為 5. 0 5. 2, 螺桿式 機組可

4、達 6. 0, 從這 一點上看, 水源熱泵可以被稱作高效節(jié)能的供冷供熱設備。水源熱泵在制熱時所需的地下水即相當于鍋爐燃燒的煤或油, 而且地下水占熱泵所 供熱 量的 70% 75% , 這些熱量所消耗的代價僅為廉價的地下水,其成本要大大低于燃油和燃煤。以水源熱泵運行狀況來看, 冬季每m2的供暖運行費為17元左右, 而熱網(wǎng)供暖每m2為30元, 燃油供暖每m2為50元左右,因此運行費用低是水源熱泵的一個顯著特點。（2） 投資少：水源熱泵冬季可向建筑物供暖, 夏季向建筑物供冷, 真正做到了一機兩用, 提高了設備的利用率。從初始投資上看, 現(xiàn)在國內主要熱泵生產廠家的熱泵機組價格大致為每瓦熱量 0. 9

5、1. 0元之間,而同樣具備一機兩用的溴化鋰直燃機的價格為每瓦熱量 1. 4 1. 5元, 而且水源熱泵機組無需設置冷卻塔及煙氣排放系統(tǒng), 省去了高成本的自來水, 避免了向大氣排放煙塵及有害氣體, 因此水源熱泵可稱其為低成本的綠色空調產品。（3）占地面積小、可靠性高、適應性強：由于熱泵機組兼有供冷供熱的功能, 機組本身體積較小, 因而使機房面積大大減少。機組可靈活地安裝在任何地方, 沒有儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及安全隱患。機組采用智能化微電腦控制系統(tǒng), 并有備用手動操作系統(tǒng), 無需專業(yè)人員操控, 完善的電腦控制和多重保護, 使整機運行完全可靠。水源熱泵機組從嚴寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用, 機組適用的水源溫

6、度從 8到 35均可, 既可以提供 7或 50的空調用水, 也可以提供同樣溫度的生活熱水, 既可以作為城市區(qū)域供熱 的熱源使用, 也可以為辦公樓、賓館、別墅、居民小區(qū)等提供中央空調系統(tǒng)。隨著居民生活水平的普遍提高, 設有中央空調系統(tǒng)的住宅小區(qū)逐漸增多, 而對于這樣的小區(qū)而言, 地下水水源熱泵無疑是較為理想的冷熱源, 與采用集中供熱的住宅小區(qū)相比, 初始投資雖然偏高, 但能耗費用低, 設有空調系統(tǒng)小區(qū)內的住戶冬暖夏涼, 生活品質得到改善, 住戶可以接受, 而且其初始投資高出的部分不出數(shù)年已為能耗費用的節(jié)省所抵消。（4）計費便利：隨著住宅分戶供暖方 式在全國的推廣, 一些熱泵生產廠又推出了用于每戶

7、使用戶式水源熱泵機組, 具體應用方式為水源熱泵分戶設置, 地下水統(tǒng)一供給, 電費按每戶的電表計量收取, 水費接每戶的水表計量收取, 給物業(yè)管理部門的收費工作提供了方便。（5） 環(huán)保：水源熱泵機組，是以地下80100米的恒溫水（1215）為載體，通過輸入少量電能，實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉移。地下水通過機組內隔離性循環(huán)進行能量轉換，不與空氣接觸，對地下水無任何污染。只是利用地下水的能量，無任何消耗地回灌到地下，整個能量轉換過程沒有燃燒、沒有排煙、沒有廢氣物，也不需要堆放燃料廢物的場所。對大氣、環(huán)境無任何污染，符合國家環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。（6）壽命長、維護少：水源熱泵機組由于工況穩(wěn)定, 所以可

8、以設計簡單的系統(tǒng)。機組運行簡單可靠, 維護費用低, 自動控制程度高, 因此使用壽命可達 15年以上。1.3 水源熱泵的應用條件（1）可靠的水源。對 于水源熱泵而言, 其水源可為地表水、江河水、湖水、海水及地下水, 但目前應用較多的水源熱泵均采用地下水, 地下水作為國家的重要資源之一, 政府對開采與使用有各種限制和法規(guī), 要獲取地下水, 須通過有關政府主管部門的批準方可, 并擁有可靠的技術確保地下水回灌。（2）充足的水源水量。水源水量是影響水源熱泵系統(tǒng)的重要因素, 其水量的多少與建筑物負荷大小及空調設計方案等有關, 在確定方案之前, 應根據(jù)水文地質資料合理確定水量, 必要時可先打井做抽水實驗,

9、看看在規(guī)定的連續(xù)抽水時間內地下水的水位下降是否符合要求, 并根據(jù)確定的水量來選定取水井與回灌井的數(shù)量。（3）合適的水源水溫。水源的溫度也是影響水源熱泵的重要因素。同樣的機組, 不同的水溫其提供的冷量和熱量也不同。一般來講, 水源熱泵對水源溫度要求的范圍是: 制冷工況下, 進蒸發(fā)器水溫為10 22 , 制 熱工 況 下, 進冷 凝 器的 水溫 為 18 40 。另外取水井與回灌井之間應有一定的距離, 以保證地下水經過水源熱泵機組產生的溫度變化經回灌后, 在含水層中流動到達取水井時溫度得以恢復, 避免地下水產生冷量或熱量的積累, 從前實際應用運行良好的工程中, 取水井與回灌井之間的間距均在 40m

10、 以上。（4）良好的水質。水源熱泵機組對水源的水質有一定的要求, 如果水質達不到要求, 會對閥門、主機及其附件構成危害, 尤其對多數(shù)熱泵廠家采用的板式換熱器產生的危害更為嚴重, 從而影響系統(tǒng)的運行, 但通常可以采取一些處理手段如設置除污器,電子除垢儀, 或在取水井內多設幾層過濾裝置以減小井水中所含沙塵顆粒直徑, 從而滿足機組對水質的要求。一般來說, 水源水質不是影響水源熱泵機組應用的主要因素。2. 溴化鋰直燃機系統(tǒng)2.1溴化鋰直燃機系統(tǒng)工作原理溴化鋰機組是采用吸收式制冷（熱）原理，靠消耗熱能使熱量從低溫物體向高溫物體轉移。吸收式制冷（熱）機組使用的工質是兩種沸點相差較大的物質組成的二元溶液，其

11、中沸點低的物質為制冷劑，沸點高的物質為吸收劑，對于溴化鋰機組而言，是以溴化鋰-水溶液作為工質對，利用溴化鋰沸點高及強吸水性的特點，把水作為制冷劑，溴化鋰作為吸收劑，再利用吸收式制冷熱）原理，從而達到制冷（熱）的目的。直燃型溴化鋰吸收式冷水機組由高發(fā)生器、低發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液泵、溶劑泵等組成。2.2 直燃式溴化鋰空調系統(tǒng)技術特點（1）耗電非常小，其耗電設備僅有幾臺小型泵和直燃機的燃燒器，耗電量一般為蒸汽壓縮式制冷機的3%4%，對解除電力緊張有好處；但要消耗大量的燃油或燃氣，是該機組運行成本的主要部分。（2）不應用氟利昂類制冷劑，制冷劑采用水，溶液無毒，對臭氧層無破壞作用，對環(huán)境

12、無影響，有利于環(huán)境保護。（3）加工簡單、操作方便，制冷量調節(jié)范圍大，可無級調節(jié)，運行平穩(wěn)，無噪聲，無振動。（4）不同類型的運行費用與使用的能源關系極大。蒸汽型的蒸汽來源如果是燃煤鍋爐或者是余熱、廢熱時則制冷成本非常低，是一種價格低廉的冷源。但燃煤鍋爐受到環(huán)境保護法規(guī)的限制，目前在城市中基本不允許使用；一般都采用油或氣體燃料，費用取決于燃料的市場價格，運行成本高。與蒸汽壓縮式制冷機組比較，一般體積較大，冷卻水系統(tǒng)設備費和水泵電費比較高。2.3 直燃式溴化鋰空調系統(tǒng)應用條件限制（1）存在安全隱患：燃油型機組：由于燃油機組一般使用的為輕質柴油，需要配置機房的日用油箱（一般為1m3），及室外儲油罐（最

13、大可做15 m3），兩者之間由齒輪油泵及輸油管連接，由于柴油的侵潤性強，易滲漏，所以管路施工要求高，且要在使用中要加強管理，勤檢修，負責會有安全隱患；儲油罐依據(jù)消防的要求，必須安裝于離周圍建筑物15米以外的空地上，否則消防驗收通不過；儲油罐需作好防雷及防靜電工作，罐上要安裝防爆呼吸閥及作好靜電接地工作，并定期檢查，確保安全。使用單位需配備專門的油罐每星期定期運油。燃氣型機組：一般使用天然氣、管道煤氣或液化石油氣（燃燒器一般不通用），其中天然氣的燃燒值最高，安裝時需按照當?shù)貧饩W(wǎng)的壓力設置相應的配套設備（減壓閥或增壓閥），運行費用較燃油機組低。就機組本身而言，在項目中使用后，直燃機必須報請消防部門

14、，經過嚴格的審批和驗收手續(xù)后，才能使用。（2）能源利用率較低：由于考慮到燃燒段排煙側的低溫酸腐蝕因素（由于燃燒產物中有S、N的氧化氣體，在溫度降低后與煙氣中的水蒸氣結合，產生酸性液體，對設備的后煙箱等處造成腐蝕），排煙溫度一般在200左右，造成能源的浪費，而且廢氣加大大氣的溫室效應；同樣的原因，即使在200的排煙溫度情況下，設備制造時要在后煙箱等處涂抹特制的防腐蝕涂料，同時在設備運行中，還需定期檢修、保養(yǎng)排煙箱等。（3）維護費用高；溴化鋰水溶液對鋼鐵的腐蝕性強，所以在機組中都加了緩蝕劑，盡管如此，還是需要定期維護；同時作為提供熱源的燃燒器，一般都采用原裝進口的外國燃燒器，國內目前還沒有生產，配

15、件價格高。需配專人定期檢修燃燒器的增壓油泵、光電管、點火棒和點火電磁閥等（對燃油燃燒器），或電磁閥組、點火棒、電離子棒等（對燃氣燃燒器），每年的維修費用較高。（4）使用壽命短：溴化鋰吸收式機組隨著使用年限的增加，制冷效率衰減很快，制冷量下降明顯。燃燒器配件：光電管、增壓油泵、點火電磁閥、電離子棒等配件屬易損件，需經常更換。整機的使用壽命較低（5）運行費用高：直燃型溴化鋰吸收式機組由于運行費用、維修費用總體高于蒸汽壓縮式機組，所以從2000年以后市場需求量已在逐年萎縮。（6）政策及國際環(huán)境的影響：油價和燃氣受國家政策及國際環(huán)境的變化（如伊朗核危機等）的影響較大，溴化鋰吸收式機組的運行費用也因此會

16、受到影響。三、水源熱泵中央空調系統(tǒng)和直燃溴化鋰系統(tǒng)的經濟分析3.1 工程項目概況合肥市某小區(qū)，住宅共計1478戶、建筑面積194896.9 m2平方米；老年活動中心1436.86 m2；社區(qū)和物業(yè)1427.36 m2；會所1276.14 m2；幼兒園2024.32 m2。小區(qū)住宅由高層和小高層組成。擬綜合利用地下水水為水源熱泵的冷、熱源提供整個園區(qū)的供暖熱負荷和空調冷負荷。（冬季采暖運行時間4個月：從11月15日至次年3月15日；夏季制冷運行時間4個月：從5月15日至9月15日）3.2 空調運行費用計算依據(jù)表一 空調運行參數(shù)空調冷負荷（kw）9684.0電價0. 56元/度空調供暖熱負荷（kw

17、）8659.0機房輔助設備耗電量630kw水源熱泵空調機組制冷cop4.25輸送水泵設備耗電量500kw水源熱泵空調機組制熱cop3.63水泵功率系數(shù)0.8夏季空調運行月數(shù)4個月自來水水價2.15元/噸冬季空調運行月數(shù)4個月水量2220空調負荷季節(jié)調節(jié)系數(shù)0.6平均每小時補充自來水量9 m³每天運行時間24小時3.3 運行經濟計算(1) 水源熱泵系統(tǒng)運行費用空調運行電費=負荷值×運行時間×負荷調整系數(shù)/cop值×電價+（輔助設備耗電量+輸送水泵設備耗電量）×負荷調整系數(shù)×運行時間×電價自來水水費=平均每小時補充自來水量

18、15;運行時間×自來水水價+提取井水水量×提取時間表二 水源熱泵系統(tǒng)運行費用項目名稱費用（萬元）項目名稱費用（萬元）夏季制冷運行電費308冬季采暖運行電費318自來水水費31.75自來水水費31.75夏季運行總費用339.75冬季運行總費用349.75維護費用（人工）30維護費用（機房設備）60維護費用（水源側）10(2)直燃溴化鋰機組系統(tǒng)運行費用燃氣價：2.4元/Nm³，空調系統(tǒng)夏季補水約26 m³/h。夏季每1000kw冷量需耗天然氣：72 Nm³，耗電量18kw，冬季燃氣（2-8t）機組的最低額定熱效率88%，本次取燃氣機組的額定熱效率為

19、90%，標準工況下天然氣的發(fā)熱值：36000KJ/NM3?？照{費用=燃氣費用+電費=天燃氣耗量×負荷調整系數(shù)×運行時間×燃氣價+耗電量×負荷調整系數(shù)×運行時間×電價自來水水費=平均每小時補充自來水量×運行時間×自來水水價表三 直燃溴化鋰系統(tǒng)運行費用項目名稱費用（萬元）項目名稱費用（萬元）夏季制冷運行電費339.68冬季采暖運行電費426.85自來水水費22自來水水費5.5夏季運行總費用361.68冬季運行總費用432.35維護費用（人工）30維護費用（設備維護）80天然氣系統(tǒng)維護16(3)年運行費用比較表四 年運行費用比較制冷、供暖形式直燃溴化鋰機組（萬元）水源熱泵（萬元）冬季432.35339.75夏季361.68349.75維護費用126100合計920.03789.50折合建筑平米46元/ m2·年39.4元/ m2·年3.4 工程投資概算比較表五 投資概算比較水源熱泵中央空調系統(tǒng)直燃溴化鋰中央空調系統(tǒng)項目項目內容概算價（萬元）項目項目內容概算價（萬元）水源系統(tǒng)安裝工程20燃氣一次網(wǎng)系統(tǒng)燃氣管主材150設備、主材60土建25打井及埋管800流量計組26小計880小計201冷暖機站系統(tǒng)水源熱泵主機700機