空氣源熱泵與閉式熱源塔熱泵經濟性對比

李凈凈, 溫延軍

(青島開源熱力設計研究院有限公司,山東青島266071)

1 概述

截至2019年底,北方地區清潔供暖取得明顯進展,改善了城鄉居民用能條件和居住環境。北方地區清潔供暖面積達116×108m2,比2016年增加51×108m2。

本文結合工程實例,對空氣源熱泵與閉式熱源塔熱泵的經濟性進行對比。

2 工程概況

河北石家莊某新建中學,供熱建筑面積約7.8×104m2,末端采用風機盤管。擬采用閉式熱源塔熱泵系統、空氣源熱泵系統為用戶供暖。項目設計熱負荷為3.35 MW,設計供、回水溫度為55、45 ℃,設計質量流量為288.1 t/h。石家莊供暖室外計算溫度為-8 ℃,供暖室內設計溫度為18 ℃,供暖期延續時間及熱負荷見表1(將室外溫度分為7個區間,每個室外溫度區間用1個特征室外溫度表征)。

表1 供暖期延續時間及熱負荷

3 熱源方案

① 空氣源熱泵系統

空氣源熱泵系統流程見圖1。由圖1可知,空氣源熱泵系統以空氣源熱泵為熱源,為用戶直接供應供暖熱水?？諝庠礋岜迷O計供、回水溫度為55、45 ℃,設計質量流量為288.1 t/h。采用分階段改變流量的質調節,不同特征室外溫度下相對熱負荷比、供水溫度、相對流量比見表2。

圖1 空氣源熱泵系統流程

表2 不同特征室外溫度下相對熱負荷比、供水溫度、相對流量比

② 閉式熱源塔熱泵系統

閉式熱源塔熱泵系統流程見圖2。由圖2可知,閉式熱源塔熱泵額定供、回水溫度為55、50 ℃,用戶設計供、回水溫度為55、45 ℃。由上述參數可知,熱泵、用戶的供回水溫差不一致,且存在流量不匹配的問題。因此,在閉式熱源塔熱泵系統中增設1臺平衡混水罐,將熱泵與用戶進行流量匹配,以降低系統運行能耗[1]。設置平衡混水罐時不同特征室外溫度下熱泵、用戶的供回水溫度、質量流量見表3。

圖2 閉式熱源塔熱泵系統流程

表3 設置平衡混水罐時不同特征室外溫度下熱泵、用戶的供回水溫度、質量流量

4 設備造價

① 空氣源熱泵系統

空氣源熱泵系統主要設備額定參數及造價見表4。由表4可知,空氣源熱泵系統主要設備造價(含設備購置費和安裝費)為289.8×104元。考慮管子、閥門材料費和安裝費30×104元,空氣源熱泵系統設備造價為319.8×104元。

表4 空氣源熱泵系統主要設備額定參數及造價

② 閉式熱源塔熱泵系統

閉式熱源塔熱泵系統主要設備額定參數及造價見表5。由表5可知,閉式熱源塔熱泵系統主要設備造價為450.1×104元?？紤]管子、閥門材料費和安裝費35×104元,閉式熱源塔熱泵系統設備造價為485.1×104元。

表5 閉式熱源塔熱泵系統主要設備額定參數及造價

5 經濟性分析

5.1 空氣源熱泵系統

熱泵機組供暖期耗電量EHP的計算式為:

(1)

式中E——熱泵機組供暖期耗電量,kW·h

n——室外溫度區間的數量,為7

Φh,i——室外溫度區間i對應的熱負荷(見表1),kW

ti——第i個室外溫度區間延續時間(見表1),h

ICOP——熱泵機組供暖期平均制熱性能系數

空氣源熱泵機組供暖期平均制熱性能系數取2.5。將已知參數代入式(1),可計算得到空氣源熱泵機組供暖期耗電量為256.17×104kW·h。

循環泵供暖期耗電量EP的計算式為:

(2)

式中Ep——循環泵供暖期耗電量,kW·h

H——循環泵揚程,m

qm,i——室外溫度區間i對應的熱水質量流量,t/h

η——水泵全效率,本文取0.9

室外溫度區間i對應的熱水質量流量按表2數據確定。將已知參數代入式(2),可計算得到空氣源熱泵系統循環泵供暖期耗電量為6.43×104kW·h。由以上計算結果可知,空氣源熱泵系統供暖期總耗電量為262.60×104kW·h。電價按0.83 元/(kW·h)計算,可計算得到空氣源熱泵系統供暖期電費為217.96×104元。

5.2 閉式熱源塔熱泵系統

閉式熱源塔熱泵機組供暖期平均制熱性能系數取4.0。將已知參數代入式(1),可計算得到閉式熱源塔熱泵機組供暖期耗電量為160.10×104kW·h。

室外溫度區間i對應的熱水質量流量按表3數據選取。將已知參數代入式(2),可計算得到閉式熱源塔熱泵系統用戶循環泵、熱源循環泵供暖期總耗電量為13.23×104kW·h。

由以上計算結果可知,閉式熱源塔熱泵系統供暖期總耗電量為173.33×104kW·h。電價按0.83 元/(kW·h)計算,可計算得到閉式熱源塔熱泵系統供暖期電費為143.86×104元。

5.3 經濟性分析

兩種系統設備造價與供暖期電費見表6。由表6可知,與空氣源熱泵系統相比,閉式熱源塔熱泵系統的設備造價高165.3×104元,供暖期電費低74.1×104元。由計算可知,多出的設備造價可在2.23 a后收回。

表6 兩種系統設備造價與供暖期電費

6 結論

與空氣源熱泵系統相比,閉式熱源塔熱泵系統設備造價高165.3×104元,供暖期電費低74.1×104元,多出的設備造價可在2.23 a后收回。