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基于案例的地源热泵空调系统技术经济分析

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基于案例比较的地源热泵技术经济性分析

摘要：地源热泵系统在能源节省、环境保护方面有很好的后评估结果，能够有效缓解建筑能耗过高的情况，在工程中非常值得应用和推广。本文选取某地源热泵项目与某同等规模VRV系统项目，在每平方米初期投资、每平方米年运营费用、费用年值、动态回收期等方面进行对比分析得出结论：由于主要设备的技术水平高、施工安装复杂，地源热泵系统造价远超过VRV系统，但在运营期内会大大降低能耗和维修、更新费用，因而在全寿命周期内经济评价要好于普通VRV空调系统。
关键词：地源热泵；绿色建筑；技术经济分析；全生命周期；费用年值

概述
1、当今环境、能源问题与地源热泵发展应用状况
近年来，传统基础性能源在全球范围内开始呈现出日益枯竭的态势，同时，我国的建设工程产业蓬勃发展，能耗大幅提升，目前建筑能耗已占全社会能源消耗的25%以上，并且伴随着发达国家推行绿色建筑的热潮、“可再生能源”的研究和发展、低碳经济时代的到来，建筑节能越发成为优化能源结构的重心。暖通空调作为建筑节能领域的重点关注对象，它所采用的新能源、新技术都备受瞩目。其中，热泵作为绿色空调重要技术之一，其节能性、环保性日益受到青睐。地源热泵是利用土壤或地下水的低温位热能和蓄热性能的一种热泵系统，在我国建筑行业对地源热泵技术的开发和应用还在起步阶段，在很多大型项目中得以实施，对其经济效益和系统后评估的讨论显得非常有现实意义。
2、本文研究内容和研究方法
通过对公建项目地源热泵空调系统案例的研究，将地源热泵的主要设备、优势和特性结合实际工程技术方面的问题进行描述，对地源热泵系统的经济性进行研究和分析，在初期投资和年运行费用两个方面与常规的VRV空调系统进行比较，全面地描述地源热泵系统的技术经济效益。
主要研究方法：通过建设项目实际数据的有效计算，选取案例项目初期建安投资、运行阶段费用、环保性能等几个重点方面作为评价对象，对其功能指数、成本指数进行计算，进而形成指标性分析，以此来评价不同冷热源方案的综合技术经济性能。
二、地源热泵系统的基本原理和应用
1、运行原理
地源热泵是利用地下的地热资源，如地下土壤和地下水作为热源，将热量从较低温度处输送到较高温度处的绿色空调系统。它是一个较为广泛的概念，根据利用地热源的种类不同可以将地源热泵分为两个类型：土壤源地源热泵和地表水热泵。本文主要阐述在华东地区运用较多的土壤源地源热泵的基本情况和技术经济分析。
土壤源地源热泵（下文简称为“地源热泵”）以大地作为低位热源，将热泵的换热器埋于地下，以循环液等作为换热介质在封闭地下埋管中循环流动，从而实现土壤源地源热泵系统与大地之间的热量交换，将不能直接使用的低位热能转换为有用热能。在冬季供热时，循环液从地下获取热量，予以室内采暖；在夏季制冷时，循环液把室内的热量带走，释放到地下岩体中。理论研究与实际试验均表明，地下土壤温度保持恒定，基本不受其他外界环境影响，这为土壤源地源热泵提供了稳定可靠的能量来源。
2、组成系统的主要设备

图1地源热泵系统组成示意图
如图1所示，地源热泵系统主要分为：a.地下管路换热系统、b.热泵工质循环系统以及c.室内空调管路系统等三个系统；由：1.地下水循环泵、2.冷凝器、3.节流装置、4.压缩机、5.蒸发机、6.风机盘管、7.循环泵以及地下埋管等主要设备构成。
夏季，地源热泵依靠5.蒸发器蒸发吸收室内空调管路系统（6.风机盘管）的热量，通过循环液流动，将热量带到2.冷凝器处冷凝放热，经由地下管路换热系统中的循环液吸收热量，继而将热量送至地下埋管周围温度较低的土壤中，把热量储存在土壤中，供冬季采暖使用。冬季采暖时，通过热泵系统中的换向阀，将储存在土壤中的热量，转移到温度较低室内，以实现采暖，同时储备冷量，供夏季制冷用。这样，地源热泵系统在冬夏两季的采暖制冷过程中，维持了土壤源热量的平衡，减免了对环境的损害。
地埋管系统是地源热泵与土壤进行热量交换和传导的重要装置，一般选用聚乙烯塑料盘管。我国的地源热泵埋管主要分为：水平埋管和垂直埋管。水平埋管热泵系统的优点是施工方便、造价低，缺点是换热器传热的效果差，受地面温度波动的影响较大，热泵运行不稳，占地面积也较大。垂直埋管热泵系统的优点是占地面积小，热交换效果良好，换热量大，热泵运行也相对稳定，缺点是初期投资较高。
3、与普通VRV空调系统的对比
表1简要地比较了地源热泵系统和普通VRV空调系统的基本情况：
表1地源热泵系统和普通VRV空调系统综合对比表
类型地源热泵系统普通VRV空调系统占地面积主机体积小，占地面积小，设置灵活，可设在地下空间或楼梯间。但需要考虑埋管的空间。主机体积大，需要考虑室外机排气畅通等问题，设置死板固定。