土壤埋管系统、地下水系统和地表水系统。
根据循环水是否为封闭系统,地源可分为闭环系统和开环系统。
闭环系统,如埋地盘管(垂直埋管或水平埋管)和地表水换热器。
开环系统,如抽取地下水或地表水的方式。
此外,还有一种“直接膨胀型”,它不像上述系统那样使用中间介质水来传递热量,而是直接将热泵的热交换器(蒸发器)嵌入地下进行热交换。
地源热泵的应用模式
地源热泵的应用模式从应用的建筑对象上可分为家用型和商用型,从冷热输送方式上可分为集中式系统、分散式系统和混合式系统。
家庭系统
用户使用自己的热泵、地源和水或风道输送系统进行冷热供应,主要用于小型住宅和别墅等家用空调。
中心制
热泵设置在机房内,冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各个房间。
分散体系
中央水泵用于以水循环模式向每个用户输送水,作为冷热源,用户使用自己的热泵机组调节空气。它通常用于办公楼、学校、商业建筑等。该系统能充分反映用户用电的冷热情况,计量方便,适合目前独立的热计量要求。
混合系统
将地源与冷却塔或供热锅炉结合作为冷热源的系统。混合系统非常类似于分散系统,除了冷却塔或锅炉被添加到冷热源系统。
在南部地区,冷负荷大,热负荷低。夏季宜同时使用地源和冷却塔,冬季仅使用地源。在北方地区,热负荷大,冷负荷低。适用于冬季地源和锅炉的联合使用,夏季仅使用地源。这可以减少地面源的容量和大小,并节省投资。
分散系统或混合系统本质上是一个水环热泵空调系统。
水环热泵空调系统
水环热泵(WLHP)空调系统由多个水源热泵空调(WSHP)组成。这些单元通过封闭的循环水管连接,循环水管既作为空调下的冷源,又作为供暖下的热泵热源。水回路的冷热源可以是地源或锅炉和冷却塔的组合模式。
夏季运行:所有或大部分机组都是冷源,如地源或冷却塔,热量和水回路排放到室外冷源。
春/秋运行:对于有内部和外围区域的建筑,内部区域需要冷却,而外围区域需要加热,内部区域的热量可以被外围区域利用,即当内部区域空调排出的热量接近外围区域热泵所需的热量时,室外冷热源可以关闭。这种冷热同时进行,能量在建筑内部传递,运行费用最低,节能效果明显。
冬季运行:所有或大部分机组供热,热源(地源或热源)向水循环补充热量。水环热泵空调系统除具有明显的节能特点外,还具有以下特点:
1.节省土地:没有大的冷藏室和冷却塔系统。
2.能源成本单独计量:各部门、家庭或单位应独立承担能源成本。能源成本的计量简单、公平,符合当前独立的能源成本计量方法。
3.灵活调节:每台热泵空调可随时选择制冷或制热。
4.灵活应用:可灵活、充分满足建筑各方面的需求,并可随时改变用途。
技术经济
地源热泵既能供热又能空调,既环保又节能,但地源
地源热泵供暖的经济性可以与传统的燃煤、燃油和天然气锅炉相比,地源热泵空调的经济性可以与单冷空调相比,供暖和空调的综合经济性可以相比。评价的主要指标包括:初始投资、成本和现金流量表中相关经济参数的评价。
经济参数
1.初始投资:指暖通空调系统各部分投资的总和,包括:土建费用、设备购置费、安装费用及其他费用(包括设计费用、监理费用及不可预见费用)。
2.年度总成本:指系统各部分的运行成本,如水、电、燃料费等;排污费;管理人员的工资和管理费;设备折旧费、设备维护和大修费等。
3.年度运营成本:指年度总成本减去设备折旧。
4.单位面积运行成本:用年运行成本除以供暖或空调面积计算。
5.单位热(冷)运行成本:用年运行成本除以供热累计热负荷或空调累计冷负荷计算。
6.现金流量表:现金流量表法用于计算投资项目的相关经济指标,如财务内部收益率、财务净现值和回收期。
对于一个投资项目,如果财务内部收益率大于基准收益率,财务净现值净现值NPV0为0,则表明项目的盈利能力满足行业的最低要求,项目在财务上是可接受的。如果净现值<0小于0,则意味着预期收益没有实现,意味着项目可以忽略。
投资回收期评价方法:如果项目总投资回收期小于行业基准投资回收期,说明项目投资能够按时收回,回收期越短,经济性越好。
计算条件
1.选取武汉地区的居住建筑作为计算对象,采暖热指数为50w/m2,空调冷指数为80w/m2。
2.地源热泵冬季制热系数为4.00,夏季制冷系数为4.50,单冷空调制冷系数为3.20。
指数热值(千卡/*)效率单价(元/*)
燃料(*)
煤(公斤)5000 0.70 0.25
油(千克)10300 0.85 2.65
天然气(m3) 8500 0.90 1.80
3.经济参数包括:地下水资源费(0.04元/吨)、电价(0.5元/度)、各种燃料的热值和价格(见右表)、软化水费、排污费、工人工资、利率、设备使用寿命等。
4.供暖和空调收费标准。中国北方有供暖收费标准,如天津18.5元/平方米,但没有空调收费标准。今后,供暖和空调将改为“计量收费”,以热(冷)量为收费单位。例如,南方的某个地方将引入0.28元/千瓦小时的冷费标准。
分析和比较
1.与初始投资相比,初始投资包括从冷热源到管网再到室内终端的所有投资项目。热泵的初始投资高于锅炉,但从总的初始投资来看,地源热泵的初始投资低于锅炉加空调系统,因为地源热泵可以供热和供冷,一机两用,一年四季都可以投资使用,节省了冬季供暖的投资。
与供热成本相比,燃煤锅炉供热成本最低,其次是地源热泵、天然气锅炉和燃油锅炉。基于地源热泵,对比各种方案的供热成本,燃煤锅炉比地源热泵低约30%,天然气锅炉高约40%,燃油锅炉高约70%。
3.与空调成本相比,地源热泵空调的运行成本比单冷空调低30%左右。
4.从净现值来看,当收费标准为0.28元/kwh时,各采暖空调方案的净现值小于0。只有当燃煤锅炉的供热面积大于一定值时,净现值才大于0,这表明按照0.28元/kwh的收费标准,只有燃煤锅炉才有一定的经济效益。如果提高收费标准,如0.4元/kw.h,重新计算各方案的净现值、收益率和回收期,燃煤锅炉和地源热泵供暖的净现值均大于0,内部收益率大于基准收益率的8%,投资回收期小于10年,则燃煤锅炉和地源热泵供暖在经济上是可行的。相比之下,由于单冷空调的经济性明显低于地源热泵空调,燃煤锅炉供暖和单冷空调方案的经济性低于地源热泵供暖和空调,体现了地源热泵供暖和空调一体机的经济优势。
将地源热泵方案的综合经济性(净现值、收益率、回收期)与燃煤、燃油、燃气锅炉加单冷空调方案进行了比较。地源热泵是最佳方案,其次是燃煤、天然气和燃油锅炉加单冷空调系统。
以上是“单位热(冷)费标准”的计算结果。对经营者来说,供热(冷)越多,收费越多,供暖和空调的成本相对较低,因此其经济效益会更高。这类似于供电。发电厂提供的电力越多,效益就越高。因此,不同的建筑和不同的采暖(制冷)量会给操作人员带来不同的经济效益,因此本文的计算结果不能照搬。应就特定建筑类型、用途、当地气象数据、当地能源价格以及供暖和空调收费标准进行可行性研究,以确定哪种供暖和空调模式是最经济的方案。
对于传统的“单位面积收费标准”,由于要供应的建筑面积是固定的,向用户收取的供暖和空调费用也是固定的,供应的热(冷)越少,对运营商的好处就越大。这与“计量收费”的效果相反,但采用“计量收费”有利于用户和节能。
工作介质的替代
作为空调和热泵的主要工作介质,氟氯烃22即将被淘汰。由于很难找到性能相当的单一替代品来替代氟氯烃22,因此采用混合工作介质替代品已成为共识。目前世界上提出的氯氟烃22的替代品主要是R410A和R407C,两者的耗氧潜能值都为零,并已在许多场合得到应用。然而,它们不仅在热性能上与氟氯烃22有很大不同,而且由于其巨大的GWP温室效应潜力,还受到《京都议定书》的限制。
从温室效应的角度来看,人们越来越关注来自自然并能回归自然的自然工质。天然工作流体包括碳氢化合物、氨、二氧化碳、空气等。他们的耗氧潜能值为零,GWP与二氧化碳处于同一水平。一些研究认为,氨和碳氢化合物是最有希望替代氟氯化碳、氟氯烃和氢氟碳化合物的物质。然而,也有观点认为,由于不稳定和爆炸的风险,所谓的天然制冷剂被限制在空调行业中使用。此外,国内外开始了新一轮的CO2跨临界循环研究。
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土壤埋管系统、地下水系统和地表水系统。
根据循环水是否为封闭系统,地源可分为闭环系统和开环系统。
闭环系统,如埋地盘管(垂直埋管或水平埋管)和地表水换热器。
开环系统,如抽取地下水或地表水的方式。
此外,还有一种“直接膨胀型”,它不像上述系统那样使用中间介质水来传递热量,而是直接将热泵的热交换器(蒸发器)嵌入地下进行热交换。
地源热泵的应用模式
地源热泵的应用模式从应用的建筑对象上可分为家用型和商用型,从冷热输送方式上可分为集中式系统、分散式系统和混合式系统。
家庭系统
用户使用自己的热泵、地源和水或风道输送系统进行冷热供应,主要用于小型住宅和别墅等家用空调。
中心制
热泵设置在机房内,冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各个房间。
分散体系
中央水泵用于以水循环模式向每个用户输送水,作为冷热源,用户使用自己的热泵机组调节空气。它通常用于办公楼、学校、商业建筑等。该系统能充分反映用户用电的冷热情况,计量方便,适合目前独立的热计量要求。
混合系统
将地源与冷却塔或供热锅炉结合作为冷热源的系统。混合系统非常类似于分散系统,除了冷却塔或锅炉被添加到冷热源系统。
在南部地区,冷负荷大,热负荷低。夏季宜同时使用地源和冷却塔,冬季仅使用地源。在北方地区,热负荷大,冷负荷低。适用于冬季地源和锅炉的联合使用,夏季仅使用地源。这可以减少地面源的容量和大小,并节省投资。
分散系统或混合系统本质上是一个水环热泵空调系统。
水环热泵空调系统
水环热泵(WLHP)空调系统由多个水源热泵空调(WSHP)组成。这些单元通过封闭的循环水管连接,循环水管既作为空调下的冷源,又作为供暖下的热泵热源。水回路的冷热源可以是地源或锅炉和冷却塔的组合模式。
夏季运行:所有或大部分机组都是冷源,如地源或冷却塔,热量和水回路排放到室外冷源。
春/秋运行:对于有内部和外围区域的建筑,内部区域需要冷却,而外围区域需要加热,内部区域的热量可以被外围区域利用,即当内部区域空调排出的热量接近外围区域热泵所需的热量时,室外冷热源可以关闭。这种冷热同时进行,能量在建筑内部传递,运行费用最低,节能效果明显。
冬季运行:所有或大部分机组供热,热源(地源或热源)向水循环补充热量。水环热泵空调系统除具有明显的节能特点外,还具有以下特点:
1.节省土地:没有大的冷藏室和冷却塔系统。
2.能源成本单独计量:各部门、家庭或单位应独立承担能源成本。能源成本的计量简单、公平,符合当前独立的能源成本计量方法。
3.灵活调节:每台热泵空调可随时选择制冷或制热。
4.灵活应用:可灵活、充分满足建筑各方面的需求,并可随时改变用途。
技术经济
地源热泵既能供热又能空调,既环保又节能,但地源
地源热泵供暖的经济性可以与传统的燃煤、燃油和天然气锅炉相比,地源热泵空调的经济性可以与单冷空调相比,供暖和空调的综合经济性可以相比。评价的主要指标包括:初始投资、成本和现金流量表中相关经济参数的评价。
经济参数
1.初始投资:指暖通空调系统各部分投资的总和,包括:土建费用、设备购置费、安装费用及其他费用(包括设计费用、监理费用及不可预见费用)。
2.年度总成本:指系统各部分的运行成本,如水、电、燃料费等;排污费;管理人员的工资和管理费;设备折旧费、设备维护和大修费等。
3.年度运营成本:指年度总成本减去设备折旧。
4.单位面积运行成本:用年运行成本除以供暖或空调面积计算。
5.单位热(冷)运行成本:用年运行成本除以供热累计热负荷或空调累计冷负荷计算。
6.现金流量表:现金流量表法用于计算投资项目的相关经济指标,如财务内部收益率、财务净现值和回收期。
对于一个投资项目,如果财务内部收益率大于基准收益率,财务净现值净现值NPV0为0,则表明项目的盈利能力满足行业的最低要求,项目在财务上是可接受的。如果净现值<0小于0,则意味着预期收益没有实现,意味着项目可以忽略。
投资回收期评价方法:如果项目总投资回收期小于行业基准投资回收期,说明项目投资能够按时收回,回收期越短,经济性越好。
计算条件
1.选取武汉地区的居住建筑作为计算对象,采暖热指数为50w/m2,空调冷指数为80w/m2。
2.地源热泵冬季制热系数为4.00,夏季制冷系数为4.50,单冷空调制冷系数为3.20。
指数热值(千卡/*)效率单价(元/*)
燃料(*)
煤(公斤)5000 0.70 0.25
油(千克)10300 0.85 2.65
天然气(m3) 8500 0.90 1.80
3.经济参数包括:地下水资源费(0.04元/吨)、电价(0.5元/度)、各种燃料的热值和价格(见右表)、软化水费、排污费、工人工资、利率、设备使用寿命等。
4.供暖和空调收费标准。中国北方有供暖收费标准,如天津18.5元/平方米,但没有空调收费标准。今后,供暖和空调将改为“计量收费”,以热(冷)量为收费单位。例如,南方的某个地方将引入0.28元/千瓦小时的冷费标准。
分析和比较
1.与初始投资相比,初始投资包括从冷热源到管网再到室内终端的所有投资项目。热泵的初始投资高于锅炉,但从总的初始投资来看,地源热泵的初始投资低于锅炉加空调系统,因为地源热泵可以供热和供冷,一机两用,一年四季都可以投资使用,节省了冬季供暖的投资。
与供热成本相比,燃煤锅炉供热成本最低,其次是地源热泵、天然气锅炉和燃油锅炉。基于地源热泵,对比各种方案的供热成本,燃煤锅炉比地源热泵低约30%,天然气锅炉高约40%,燃油锅炉高约70%。
3.与空调成本相比,地源热泵空调的运行成本比单冷空调低30%左右。
4.从净现值来看,当收费标准为0.28元/kwh时,各采暖空调方案的净现值小于0。只有当燃煤锅炉的供热面积大于一定值时,净现值才大于0,这表明按照0.28元/kwh的收费标准,只有燃煤锅炉才有一定的经济效益。如果提高收费标准,如0.4元/kw.h,重新计算各方案的净现值、收益率和回收期,燃煤锅炉和地源热泵供暖的净现值均大于0,内部收益率大于基准收益率的8%,投资回收期小于10年,则燃煤锅炉和地源热泵供暖在经济上是可行的。相比之下,由于单冷空调的经济性明显低于地源热泵空调,燃煤锅炉供暖和单冷空调方案的经济性低于地源热泵供暖和空调,体现了地源热泵供暖和空调一体机的经济优势。
将地源热泵方案的综合经济性(净现值、收益率、回收期)与燃煤、燃油、燃气锅炉加单冷空调方案进行了比较。地源热泵是最佳方案,其次是燃煤、天然气和燃油锅炉加单冷空调系统。
以上是“单位热(冷)费标准”的计算结果。对经营者来说,供热(冷)越多,收费越多,供暖和空调的成本相对较低,因此其经济效益会更高。这类似于供电。发电厂提供的电力越多,效益就越高。因此,不同的建筑和不同的采暖(制冷)量会给操作人员带来不同的经济效益,因此本文的计算结果不能照搬。应就特定建筑类型、用途、当地气象数据、当地能源价格以及供暖和空调收费标准进行可行性研究,以确定哪种供暖和空调模式是最经济的方案。
对于传统的“单位面积收费标准”,由于要供应的建筑面积是固定的,向用户收取的供暖和空调费用也是固定的,供应的热(冷)越少,对运营商的好处就越大。这与“计量收费”的效果相反,但采用“计量收费”有利于用户和节能。
工作介质的替代
作为空调和热泵的主要工作介质,氟氯烃22即将被淘汰。由于很难找到性能相当的单一替代品来替代氟氯烃22,因此采用混合工作介质替代品已成为共识。目前世界上提出的氯氟烃22的替代品主要是R410A和R407C,两者的耗氧潜能值都为零,并已在许多场合得到应用。然而,它们不仅在热性能上与氟氯烃22有很大不同,而且由于其巨大的GWP温室效应潜力,还受到《京都议定书》的限制。
从温室效应的角度来看,人们越来越关注来自自然并能回归自然的自然工质。天然工作流体包括碳氢化合物、氨、二氧化碳、空气等。他们的耗氧潜能值为零,GWP与二氧化碳处于同一水平。一些研究认为,氨和碳氢化合物是最有希望替代氟氯化碳、氟氯烃和氢氟碳化合物的物质。然而,也有观点认为,由于不稳定和爆炸的风险,所谓的天然制冷剂被限制在空调行业中使用。此外,国内外开始了新一轮的CO2跨临界循环研究。
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