1、多热源热泵经济性分析,游少芳 200920102222 2010.04.21,国内供暖行业现状,目前我国冬季供热仍以锅炉房集中供热为主，矿物燃料燃烧会产生大量污染物，包括大量SO2 、NOx等有害气体以及 CO2等温室效应气体。由此产生的环境问题已日益成为政府和公众关注的焦点。燃烧矿物燃料通常可产生15001800的高温，是高品位的热能，而建筑供热最终需要的是低品位的热能，直接燃烧矿物燃料为建筑供热意味着大量可用能的浪费。目前,国内市场上的热水器主要有以下几种:电热水器、燃气热水器、单一太阳能供热热水器、电辅助加热的太阳能热水器、热泵热水器及空气源热泵辅助供热的太阳能热水系统。,1.民用各种供
2、暖方式简介,1.1 电热水器 电热水器利用电加热丝加热蓄热水箱中的水,直接将电能转化为热能。与其他热水器相比,其初投资较低,热效率相对较高,但需消耗大量高品位的电能。从能量高效利用的角度出发,这种供热水系统不宜推广使用。 1.2 燃气热水器 燃气热水器是最早投入使用的热水器,其燃气可采用天然气、液化气和管道煤气。燃气热水器在使用过程中,产生大量废气(二氧化碳、一氧化碳、硫化气体等) ,容易造成有害气体聚积和氧气缺乏,从而引发人体中毒。另外,燃气热水器需要较高的启动水压,这对于高层用户来说使用起来较为困难,且燃气热水器使用寿命较短。基于节能环保和经济效益的考虑,燃气热水器在地区的应用受到一定的限
3、制。,1.民用各种供暖方式简介,1.3 单一太阳能供热的热水器 单一太阳能供热的热水器以取之不尽、用之不竭的太阳能为热源,无需消耗常规能源,节能环保,经济性好。其缺点在于,系统的初投资较大,安装位置受建筑结构的影响,受外界气候影响严重,有时不能全天候运行。随着生活水平的提高,单一太阳能供热的热水器难以满足人们对生活热水的需求。 1.4 电辅助加热太阳能热水器 为了保证热水器在阴天或日照时间较短的冬季能够稳定运行,电辅助加热太阳能热水器在常规的单一太阳能供热的热水器的蓄热水箱内设置了电加热装置。当太阳辐射不足时,通过电加热供应热水。虽然这种方式解决了传统太阳能热水系统的不能全天候运行的缺点,但仍
4、然需要消耗大量的高品位电能,能源浪费问题依然存在。,1.民用各种供暖方式简介,1.5 热泵热水器 热泵热水器是以消耗一部分电能为补偿,通过热力循环,将环境介质水、地热源、空气等贮存的能量(热量) 加以利用,用来制备生活热水的装置。它的工作原理与热泵空调器的工作原理相同,其区别在于,热泵空调器是从外界环境吸取热量,供给室内空气,而热泵热水器则将这部分热量用于加热生活热水。与电热水器相比,热泵热水器可节约大量高品位电能,但每天仍需消耗一定量的电能。1.6 空气源热泵辅助供热太阳能热水器 空气源热泵辅助供热太阳能热水器,集太阳能热水器与热泵热水器各自的优点于一体,将热泵技术和太阳能热利用技术有机结合
5、起来,以空气源热泵作为传统太阳能热水器的辅助热源,以保证太阳能热水器的全天候工作。试验研究结果表明,在广州地区气候条件下,太阳能集热器面积与空气源热泵容量匹配得当,太阳能集热器可提供全年热负荷的81%;在最冷月,空气源热泵的制热系数可达2.53.3。,2.民用各类热泵热水系统简介,空气型热泵即风冷热泵，它是以吸收室外空气中的低温热量进行供热的，目前，我们家庭中使用的分体冷暖空调机即是典型的空气空气型热泵。当室外温度为5以上时，才能达到热泵所应有的效率，低于这个温度时效率将大大下降，而且蒸发器极易结冰，需消耗电能解冻。当室外温度低于-7时，热泵启动较难，且功效比接近1:1，十分不经济。因此，这一
6、类热泵的供热工况仅适用于我国黄河以南，冬季室外气温较高的地区使用。土壤水型热泵即地源热泵。它是通过深埋于土壤中的盘管吸收土壤中的低温热量进行供热的。此种热泵在美国应用较多，适用于地下水贫乏地区应用，但造价昂贵，目前在我国还有待推广应用。水水型热泵、水空气型热泵即水源热泵。它是以吸收江河湖泊（冬季不结冰的）水和地下水中的低温热量进行供热的。因此不受室外温度限制，可广泛应用于北方地区的集中供热、中央空调、热水供应、游泳池水加热、室内种植、养殖恒温等。,3.民用各类热水系统经济性分析,空气型热泵热水器在市场上的竞争对手主要是太阳能热水器、天燃气热水器和电热水器，热泵热水器虽热效率较高并不一定意味着经
7、济性好，关键是要根据不同的能源价格比较其实际使用费用的差异。以下的经济性分析以广州地区的气候和能源价格为基准进行，考虑到不同季节的环境温度和水温不同会对热水器的运行效率和使用费用产生明显影响，将全年分为夏天、冬天和过渡季节三种气候进行热水器的年运行费用核算。,3.民用各类热水系统经济性分析,空气其中夏天按5个月、冬天3个月、过渡季节4个月进行计算。夏天的自来水平均进水温度取25，热泵热水器平均效率取3.5。冬天的进水平均温度取10，热泵热水器平均效率取2.5。过渡季节的平均进水温度取20，热泵热水器平均效率取3.0。热水供水温度则按55进行核算。太阳能热水器按一年有120天时间完全靠电加热来加
8、热热水（夏季、冬季和过渡季节各40天），其余时间则完全由太阳能加热热水。,3.民用各类热水系统经济性分析,从上表可得出以下结论： （1）空气源热泵热水器与电热水器相比，具有明显的经济性。 （2）空气源热泵热水器与天燃气热水器相比也具有一定的经济性，再考虑到管道天燃气价格的不断上调和燃气热水器安装位置的限制，热泵热水器与天燃气热水器相比在市场上将有不错的竞争力。 （3）热泵热水器与太阳能热水器相比，并无明显的经济性，但因太阳能热水器在城市内的安装位置受到限制，且加热能力受天气影响较大、不如热泵热水器供热水能力稳定，在城市内应用，热泵热水器与太阳能热水器相比在市场上也将有不错的竞争力。 （4）因家
9、庭热水用量比较小，家用热泵热水器的经济性不如商用的明显。,4.商用各种中央供暖系统简介,4.1电力冷水机组加锅炉 夏天采用水冷型蒸汽压缩式冷水机组供冷，冬天采用锅炉(蒸汽锅炉或热水锅炉)供热是目前应用最广泛的空调冷热源组合方式。 其基本特点是: (l)夏季冷水机组消耗电能实现制冷，制冷效率较高，能效比一般在3.95.2之间。 (2)冷源一般集中设置于冷冻机房，运行及维护管理方便。 (3)夏季运行需要冷却水系统，冷却水系统的冷却塔噪音与水质对环境有一定影响。 (4)作为这种组合方式的热源-锅炉，具有供热可靠的优点。 (5)锅炉房的设置受约束因素较多，锅炉运行管理要求也较为严格。 (6)冷冻机房与
10、锅炉房(有时还包括锅炉房烟囱)占据一定的有效建筑面积。,4.商用各种中央供暖系统简介,4.2溴化锂吸收式冷温水机组(直燃式) 由于前几年电力供应相对紧张，溴化锂制冷机组具有省电、一机多用等特点，加上国家对工质替代的要求，溴化锂制冷机成为一些空调用户冷源的首选机型，得到了广泛应用。溴化锂吸收式制冷机分蒸汽型、热水型、直燃型三种类型。 溴化锂直燃吸收式冷温水机组具有一些显著的优点: (1)能节省大量的电能，节电效果明显，机组运行耗电量小; (2)使用溴化锂水溶液为工作工质，对人体无毒，无刺激，对臭氧层无破坏，利于环保; (3)直燃式溴化锂机组可一机多用，夏季作为冷源，冬季作为热源，并可同时提供生活
11、热水，设备利用率高，并可省去锅炉房及其配套设施，节省用地，节约投资。,4.商用各种中央供暖系统简介,但溴化锂直燃吸收式冷温水机组也同样存在着很多缺点: (l)单机价格昂贵，设备初投资大; (2)所需冷却水量大，冷却水质要求高，相应冷却水泵及冷却塔容量增大，冷却水系统需做好水质处理，冷却水管材耗量增加。 (3)溴化锂制冷机单机的重量及体积较大，安装、运输困难，占地面积大。 (4)因其有燃料燃烧，故还需设置烟囱，以排除燃料燃烧产生的废气。而烟囱的设置可能影响建筑，需与建筑工种配合，且排出的废气对大气环境有影响。 (5)有使用年限，一般为15年左右，并且随着使用时间的增加，存在能量衰减的问题。所以与
12、其他冷热源方式比较时，需考虑回收年限。 (6)由于许多单位用地紧张，为节省机房用地，许多制冷机房都设在建筑物主体的地下室内。但就直燃型溴化锂机组来说，一般不放置在地下室中，最多只能放在地下一层靠外墙处，需要有良好通风，地上不宜为人员密集区。目前，我国对地下室放置还无明确规定，地下二层是否可行，仍无定论。,4.商用各种中央供暖系统简介,4.3空气-水热泵机组 目前较适用于室外空调计算温度-10以上的城市和建筑面积1万1.5万m2以下以及冬季单位面积热负荷不太大的建筑。对于长江以南而冬季相对湿度不过高的地区尤为适用。对于夏季冷负荷小而冬季热负荷较大的地区或对于夏季冷负荷很大而冬季热负荷很小的地区不
13、宜单独采用风冷热泵机组。 空气-水热泵机组具有以下优点: (1)安装在室外，不占机房面积，节省土建投资。 (2)省去冷却塔、冷水泵和冷却水系统。节省投资与空间，还可避免冷却塔军团菌的危害与冷却水系统水处理的麻烦。 (3)夏季供冷，冬季供热，不需另设锅炉房。 (4)冬季供暖节电。热泵获得的热能是消耗电能热当量的23倍。 (5)不污染空气，对环保有利。因而近几年发展迅速。,4.商用各种中央供暖系统简介,但在使用中也存在一些问题: (1)对冬季室外相对湿度较高的地区，盘管结霜较频繁，除霜间隔时间热泵停止供热，影响供热效果。 (2)热泵机组排热气流短路、多台热泵排热气流互相干扰或上下布置出现“青蛙跳”
14、现象，影响了制冷量。 (3)如何按最佳平衡点温度(热泵供热量等于建筑物耗热量时的室外计算温度)来选用热泵，是否增设辅助电加热器和多大容量为宜，这是影响热泵运行经济性的重要问题。 (4)冬季热泵关机后制冷剂溶入冷冻机油造成运行故障。 (5)大容量热泵机组的噪声影响周围居民。 (6)维护管理方面也有不少问题:(a)冷水不作水处理;(b)水系统长期不清洗;(c)冷凝盘管翅片积尘.影响制冷(热)量;(d)有的厂产品防腐蚀措旋较差，日晒雨淋，外壳锈蚀;特别是沿海地区盐雾腐蚀严重。,4.商用各种中央供暖系统简介,4.4水源热泵冷热水机组 (l)水源热泵性能系数高于空气源热泵。 (2)水源热泵应用于有废热源
15、或便于采用洁净的江河水场合以及需同时供冷供热的大型建筑时，具有明显的节能意义及优越性。 (3)水源热泵可直接作为每个用户的末端设备，而需要集中维护的冷却水系统与加热系统费用有限:故水源热泵空调系统计量相对简单些。 (4)与其他空调方式末端设备风机盘管、变风量空调器相比，水源热泵机组噪音较大。 (5)环保作用突出，采用电能驱动，从而避免了矿物质能源在燃烧过程中对环境所造成的污染。 (6)投资少，费用低。,4.商用各种中央供暖系统经济性分析,工程概况： 选用上海市市北燃气公司为分析对象。建筑基本情况如下: 建筑类型:办公室(运行时间按8: 0018: 00 ) 建筑面积:约4000 m2 空调面积
16、:约3000 m2 总设计冷负荷:450kW 总设计热负荷:300kW,4.商用各种中央供暖系统经济性分析,4.商用各种中央供暖系统经济性分析,年运行费用从高到低依次为:电动风冷热泵冷热水机组、电动风冷热泵机组、冷水机组加燃油锅炉、冷水机组加燃气锅炉、溴化锂直燃式冷温水机组、电动水源热泵冷热水机组、燃气机空气源热泵冷热水机组、燃气机直接蒸发式空气源热泵机组、燃气机水源热泵冷热水机组。,4.商用各种中央供暖系统经济性分析,4.商用各种中央供暖系统经济性分析,第一，与其他冷热源方式比较，随着使用年限的增加，溴化锂吸收式冷温水机组的总费用在不断的下降，考虑到目前市场上主流的该类机组的使用寿命大约为1
17、5年，因此，在这类面积和用途的建筑中，溴化锂吸收式冷温水机组并不十分经济。 第二，虽然目前冷水机组加锅炉的形式由于其较好的稳定性仍然是冷热源选型时的首选，但是，我们通过比较发现，无论是5年，10年还是15年，此类冷热源方式对于这类建筑都很不经济。 第三，与其他形式的冷热源比较，电动风冷热泵机组的费用并没有太多的改变，都处在中间位置。 第四，由于选用的建筑面积比较小，热泵机组的经济性突出。 最后，我们发现，所研究的燃气水源热泵冷热水机组的经济性在整个研究的时间内都处于最节能的地位，因此，总结为:对于这类面积和用途的建筑，燃气水源热泵冷热水机组具有很好的经济性，非常适合在对燃气有优惠政策，冬季气温不是很低的长江三角洲地区。,
