基于合同能源管理的集成化空氣源熱泵系統經濟可行性分析

【摘要】：本文分析現有熱泵系統存在的一些問題，并提出了集成化空氣源熱泵系統的概念。介紹了集成化空氣源熱泵系統和合同能源管理的優勢。將其應用于BOT運行模式，通過案例分析對其經濟可行性進行論證。

【關鍵詞】集成化；熱泵；合同能源管理；優勢；經濟可行性

1 前言

現有熱泵相關技術已經很成熟，也經過無數工程實踐的檢驗和學者的不斷優化。但隨著社會的不斷進步，經濟的不斷發展，建筑形式和生活方式等因素的不斷改，仍有一些問題需要亟待解決。比如：第一，用戶需要承擔巨額的資金來購買及維護設備。第二，安裝施工周期長，且不便于更換維修。第三，室內環境是否能夠達到預期的設計要求存在一定的隱患，若出現問題，甲方與設計方和施工方很難迅速作出解決方案。第四，普通中央空調由于機組，設計和維護的原因會對能源造成極大的浪費，在建筑能耗里，用于暖通空調的能耗又占建筑能耗的30-50%，還會對環境造成很大的破壞，暖通空調系統所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中電能占了絕對比例。對這些能源的大量使用，使得地球資源日益匱乏，同時也帶來嚴重的環境問題，如在我國的一些地區酸雨、飄塵、霧霾天氣問題呈日益嚴重之勢，對生態環境和可持續發展帶來了很大影響。

2 新型集成化空氣源熱泵系統

基于普通供冷系統的上述缺陷，我們提出了一種新型模塊化全變頻供冷站。我們提出的這種集成化空氣源熱泵系統（下文中采用新型冷站描述）組成的新型冷凍站具有良好的節能性、環保性，先進的自動控制系統，以及高度的集成化。

2.1新型系統的介紹

該供冷系統是一種模塊化的冷站，便于運輸安裝。全變頻冷凍站是個新的概念當采用哈特曼控制算法和植入這種控制算法的專業控制軟件對全變頻冷凍站進行控制后，整個冷凍站的能耗可比傳統定速冷凍站降低 40%-60%以上并且運行穩定[2]。目前很多冷凍站都是人工或半人工操作，為了改變這種狀況，專業制造商已經提供一個含有簡單操作、明嘹觀察、自動報警、在線幫助等功能的控制箱產品給使用者，幫助他們動態監控冷凍站的單位能耗及其它運行情況。

2.2 新型系統的組成

2.2.1新型系統的硬件設備

新型系統的主要部件由表2.1 新型集成冷站配置一覽表所示，冷站結構如圖2.1冷站結構模擬圖、圖2.2 冷站運輸模擬圖所示：

2.2.2 新型系統的軟件設備

新型冷站采用Arctic Energy Loop 控制策略。Arctic Energy Loop 控制策略的目標是控制冷站系統COP。通過整合冷凝塔變頻風機， 變頻冷卻水泵，冷凍水泵，磁懸浮壓縮機，空調箱風機的特性曲線，運用高速PAC控制器，讓集成冷站運行長期保持在最高能效比，其平均節電高達50%。

2.3新型系統的優勢

（1）運行成本低，節省空間：所占機房所占物理空間為市場上所有成套系統中最小，所需要的基礎設施空間減少了40%以上.在現有建筑物的總運營成本支出上節省10%-20%。（2）節能高效：冷凍機房運行效率高，單位冷噸耗電<0.5Kw或7.3的COP基于年度運行，較傳統冷凍機房節約50%以上，可通過互聯網實施遠程監視和控制；壓縮機無潤滑油運行（節省維護時間及潤滑劑成本）；低于73dB超靜音運行的壓縮機（磁浮軸承）和立式水泵；低振動的立式水泵和磁懸浮壓縮機；壓縮機、水泵和管路連接采用易維護設計；通過Energy Loop人機界面可以獲取系統運行及調試系統參數。（3）維護成本低：采用集成式控制策略，超高效集成冷凍站使裝置設備的運行轉速更低，減少了磨損。這導致故障時間減少，使維護成本降低了50%。所有部件易于檢修也減少了故障時間，降低了維修成本。采用閉式冷卻塔，大大減少了對水的消耗和冷卻塔的清洗、維護工作。（4）責任一體化： 設計施工安裝于一體，避免了三方之間存在的步調不一致的麻煩。

3 冷站的新型運行模式--合同能源管理

3.1合同能源管理簡介

合同能源管理（又稱EPC）是指專業的節能服務公司與用能單位簽訂能源管理合同，為用能單位提供節能診斷、融資、設計、改造、購買、安裝設備、調試等服務，并通過與節能單位分享節能效益方式回收投資資金和獲得相應的合理利潤，從而大大節省了用能單位節能改造的資金和降低用能單位的技術風險，充分調動用能單位節能改造的積極性。合同能源管理是一種新型的市場化節能機制。合同能源管理的內涵所示就是以降低的能源消耗費用來支付節能項目全部成本的節能方式。發達國家的實踐證明，合同能源管理是行之有效的并應推而廣之的節能措施。[3]

3.2合同能源管理的運行模式

BOT運行模式：建設—經營—轉讓，是客戶通過契約授予公司以一定期限的特許專營權，由公司融資建設和經營所建的供冷站，并準許公司通過向用戶收取費用或出售產品以清償貸款，回收投資并賺取利潤；特許權期限屆滿時，該基礎設施無償移交給客戶。

3.3合同能源管理下高效集成冷凍站的優勢

①用戶初投資為零：用戶無需對冷凍站進行任何初投資，這彌補了高效集成冷站初投資高的不足；②用戶無需投入管理費用：冷凍站的運行維護費用由合同能源管理方負擔，用戶免去管理費用和維護費用。③用戶無需承擔不必要的麻煩：節能服務公司不僅向客戶提供集成化的節能服務，而且給予總體的節能解決方案。可以為客戶提供節能項目所需的資金。能夠向客戶提供成熟、先進的節能設備和技術。可以通過各種方式保證項目的工程質量。防止設計方和施工方之間扯皮。 ④節能效果明顯，節能收益樂觀：由于該冷凍站具有行效率高（單位冷噸耗電<0.5Kw或7.3的COP基于年度運行）較傳統冷凍機房節約50%以上。因此節能效果明顯，節能收益樂觀。而這部分節能收益是有管理方和用戶方共享的[4]。

四 總結

傳統熱泵系統經過集成化后具有了更多的優勢，更符合當代建筑群、用戶群體、運行模式等因素。通過與現有最節約資金的冰蓄冷系統做經濟對比，得出新型集成化空氣源熱泵系統（新型冷凍站）具有良好的經濟可行性。將合同能源管理與新型全變頻集成化冷站結合，前景是廣闊的，為社會和企業創造的效益是可觀的[6]。

【參考文獻】

[1] 方立英. 暖通節能技術分析[J].中國住宅設施，2011（03）： 37-38.

[2] 姜衛東 全變頻冷凍站及其控制策略Hartman Loop介紹[J].技術平臺 2008（90）：45-47.

[3] 孫曉梅 建筑節能領域的合同能源管理研究[D].財經大學，2012：1-55.

[4] 何志龍 暖通空調節能分析[J].能源與環境， 2010年02期.

[5] Hartman，T..Designing efficient systems with the equal marginal performance principle.ASHRAE Journal.2005，47：64-70

[6] Green Building Becoming Mainsteam[J]. Energy Policy，1998（16）：297-301

作者簡介：祁海賢（1983年1月10日），男，土族，青海黃河上游水電開發有限責任公司工程建設分公司，工程師，研究方向：主要從事建筑節能相關工作