燃氣-水源熱泵系統方案的經濟性研究

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能源為煤、電、油、氣，其中天然氣是有發展前景的城市能源。在供熱空調領域，以天然氣為能源，用燃氣機驅動壓縮機并充分利用發動機廢熱、工業余熱以及低品位環境熱量的采暖、空調裝置為低污染的環保裝置。此外國家目前出臺了鼓勵發展燃氣熱泵（GHP）的政策，如上海市規定：對于燃氣空調補貼100元/kW制冷量；北京市規定：對于燃氣空調的補貼為300元/kW制冷量，提供優惠氣價，加大氣價季節差?，F將燃氣機熱泵與電驅動的空氣源熱泵機組，電驅動的水源熱泵機組，燃氣驅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，以了解其技術經濟性能。

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：

假設按標準工況進行比較，根據編制的程序計算，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、電驅動水源熱泵、電驅動空氣源熱泵、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、燃氣機驅動空氣源熱泵冷熱水機組、燃氣機驅動空氣源熱泵機組、燃氣機驅動水源冷熱水機組。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㎡

空調面積：約3 000㎡

總設計冷負荷：450 kW

總設計熱負荷：300 kW

2.2 設計參數

上海市室外氣象參數，室內設計參數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

表3 室內設計參數

表4 上海市能源價格

2.3 初投資與運行費用的比較

系統的初投資主要包括主機和輔機的設備購置費、設備安裝費、電力增容費和土建施工費等。此處電力增容費略去不計；設備安裝費按設備購置費的25%計算；機房面積按照設計要求進行計算，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濟性比較

為了將系統的初投資和運行費用綜合起來考慮系統的經濟性，通常有兩種方法：1）計算系統的投資回收年限，2）計算系統在其壽命周期內的總費用。考慮到回收年限不容易確定，特別對于一些新型的機組，還沒有一個統一的結論，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濟。

（2）雖然目前冷水機組加鍋爐的形式由于其較好的穩定性仍然是冷熱源選型時的首選，但是，我們通過比較發現，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，熱泵機組的經濟性突出。

最后，上述分析結果還表明：燃氣水源熱泵冷熱水機組的經濟性在整個研究設定的時間內都處于最節能的地位，因此可以總結為：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濟性，非常適合在對燃氣有優惠政策，冬季氣溫不是很低的長江三角洲地區應用。

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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