延邊地區(qū)采用地下水源熱泵與地板供暖系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟分析

1、延邊地區(qū)采用地下水源熱泵與地板供暖系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟分析摘要介紹了地下水源熱泵機組與地板供暖結(jié)合的供暖系統(tǒng)，分析了兩 者結(jié)合應用的優(yōu)點。對該系統(tǒng)和城市集中供熱和散熱器系統(tǒng)、城市集 中供熱和地板供暖系統(tǒng)、電加熱地板供暖系統(tǒng)從一次能源消耗、初投 資、運行費用等各方面進行了比擬。技術(shù)經(jīng)濟分析說明，類似延邊地 區(qū)這種冬季采暖期長、地下水資源較豐富的地區(qū)，采用地下水源熱泵 與地板供暖系統(tǒng)相結(jié)合有很大的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞水源熱泵地板供暖技術(shù)經(jīng)濟分析一引言 延邊地區(qū)為朝鮮族自治區(qū)， 該地區(qū)臨近日本海， 地下水資源比擬豐富， 地下水溫常年在12 14C,地下水位一般在1520米左右。氣候上屬 于海洋性氣候，夏季涼爽，不

2、需要空調(diào)；冬季十分嚴寒，所以搞好供 暖工作十分重要。當?shù)厝藗冇胁捎凶詿乜蛔鳛槎竟┡绞降膫鹘y(tǒng)習慣，但隨著人們 居住環(huán)境由平房搬進樓房 ，人們對生活質(zhì)量和環(huán)境要求的提高，這 種方式已經(jīng)在城市住宅中淘汰。大局部采用城市集中供熱作為熱源， 室內(nèi)系統(tǒng)采用散熱器系統(tǒng)和地板供暖系統(tǒng)，并且由于人們習慣于傳統(tǒng) 地炕，采用地板供暖系統(tǒng)更受歡送。近幾年隨著供暖技術(shù)的開展，供 暖熱源又有了很多新的選擇， 包括有地源熱泵 包括以土壤、 地下水、 地表水為熱源的不同形式和直接電加熱。本文將對一些典型供暖方 案作技術(shù)經(jīng)濟分析，供設計人和業(yè)主參考。二地下水源熱泵與地板供暖結(jié)合的供暖系統(tǒng)1 地下水源熱泵本文只考慮供暖情況

3、，所涉及地下水源熱泵是指利用地下水作為低位 熱源，通過電驅(qū)動制冷系統(tǒng)做逆制冷循環(huán)，吸收地下水的熱量向房間 供暖的單熱泵，它的主要優(yōu)點是：1節(jié)能，冬季地下水溫度比環(huán)境空氣溫度高，并且地下水溫較為穩(wěn)定，使得熱泵工作效率高，熱泵機組 COP可以到達3.5以上，加上水 泵等系統(tǒng)的COP在 3.0左右，而空氣熱泵系統(tǒng)的 COP一般在1.82.2 左右，在寒冷地區(qū)那么更低，且由于結(jié)霜和排氣溫度太高而無法正常使 用。2污染小，由于熱效率高，其一次能源消耗量很小，由此造成的溫 室氣體排放較其他幾熱源都要低。運行沒有任何直接污染，可以建造 在居民區(qū)內(nèi)。沒有排放及廢棄物，不需要堆放燃料和廢物的場地，以 及不用遠距

4、離輸送熱量。沒有空氣源熱泵的熱污染和較大的噪聲污染 等。3運行穩(wěn)定可靠，自動控制程度高，運行維護費用低，壽命長。 但是地下水源熱泵受地下水源的限制，只有在有充足良好的地下水源 情況下才可以使用，且一定要做好井水回灌工作，做到在使用地下水 源的時候盡量保護地上水源。2 地板輻射供暖地板供暖供暖是通過在地下敷設熱水散熱盤管或直接敷設電熱絲，利 用地面自身的蓄熱輻射而將熱量向地面上的空間散發(fā)，維持該空間具有較穩(wěn)定適宜溫度狀態(tài)的一種供暖技術(shù)，它的主要優(yōu)點是：(1) 提高了室內(nèi)環(huán)境的舒適度，低溫地板供暖采暖給人以腳暖頭涼的 舒適感，符合人體的生理學調(diào)節(jié)特點。熱容量大，熱穩(wěn)定性好。(2) 節(jié)約能源，低溫地

5、板供暖采暖可以在比室內(nèi)正常設計溫度低 23C 情況下到達對流散熱供暖相同的舒適度，比傳統(tǒng)的采暖方式要節(jié)約能 源。熱量集中在房間下部的工作區(qū)間內(nèi)，不會出現(xiàn)上熱下冷的現(xiàn)象， 另外，低溫地板輻射采暖可方便地實現(xiàn)分戶熱計量控制。(3) 擴大了房間的有效使用面積，采用暖氣片采暖，一般 100 平方米 占有效使用面積達 2 平方米左右，而且上下立橫管諸多，給用戶裝修 和使用帶來不便。(4) 使用壽命長，低溫地板采暖可靠性高，使用壽命在50 年以上， 不腐蝕、不結(jié)垢，節(jié)約維修和更換費用。( 5)對熱能溫度要求不高，大熱能溫度低于 50 度時，有較強的適應 性。另外，地板供暖方式從室內(nèi)供暖方式上來講，與延邊地

6、區(qū)傳統(tǒng)的地炕 相同，所以在該地區(qū)很受歡送。地板輻射供暖的缺點是增加了地板的厚度，使房間凈高減小。另外； 家具特別是厚地毯等對散熱效果有較大的影響。3 地下水源熱泵與地板供暖結(jié)合的供暖系統(tǒng) 由于地板供暖供水溫度不能太高，混凝土地板輻射供暖的供水溫度宜 采用4560C,供回水溫差宜采用 510C。城市集中供熱設計供回 水溫度為95C /70 C,要應用地板供暖系統(tǒng)，用戶需自己加設換熱器。 而采用地下水源熱泵為熱源時，較低的供水溫度正好使得熱泵機組的 冷凝溫度較低，這樣可以使得機組的性能系數(shù) COP較高，在同樣的供 暖量情況下減少了電耗。對于地下水源熱泵供熱系統(tǒng)，由于供水溫度 較低，采和傳統(tǒng)的散熱器

7、作為末端散熱設備的話勢必需要增加散熱器 的散熱面積。所以地下水源熱泵結(jié)合地板供暖是利用了雙方的優(yōu)點而 防止了雙方的缺點，是一種經(jīng)濟、高效的供暖系統(tǒng)形式。三技術(shù)經(jīng)濟分析 本文以住宅樓為例，對地下水源熱泵結(jié)合地板供暖系統(tǒng)、現(xiàn)有的城市 集中供熱和散熱器系統(tǒng)、城市集中供熱和地板供暖系統(tǒng)、直接電加熱 地板供暖系統(tǒng)從一次能源消耗量、能源利用率、初投資和運行費用、 投資經(jīng)濟性等方面進行了比擬。四個方案編號如下：A 地下水源熱泵 +地板供暖B 電加熱 +地板供暖C 城市集中供熱 +地板供暖D城市集中供熱+散熱器供暖1一次能源消耗量與能源利用率比擬 比擬能源消耗量需要有共同的標準， 一般采用一次能源消耗量為基準

8、。 一次能源是指在自然界現(xiàn)成存在，可以直接取得而不用改變其根本形 態(tài)的能源，如煤、天然氣、石油等。能源利用率在這里指用戶需要的 熱量與消耗的一次能源的比值。能耗計算原那么如下： 散熱器供暖時設計供熱量 60W/m2 ，地板供暖設計供熱量為 50W/m2 ， 全年供暖期為 150 天，按每天供暖 20 小時計算，共 3000 小時，整個供暖季單位面積平均供熱量按設計供熱量的60%計算。地下水供回水溫度為12C /5 C,用戶側(cè)供回水溫度為45C /38 C,根據(jù) 實測數(shù)據(jù)和產(chǎn)品樣本，熱泵機組 COP為3.8。水泵與電機綜合效率為 50%,地下水位實測為1520m,地下水泵揚 程取為25m，用戶側(cè)

9、水泵揚程為20m。水泵按定流量運行，流量按設 計供熱量計算。電加熱效率取為 100%,發(fā)電輸電配電系統(tǒng)總效率為 30%。 集中供熱能量轉(zhuǎn)換與輸配綜合效率為80%,板式換熱器,設其效率為95%。四個方案一次能源消耗量及能源效率比擬見表 1。 一次能源消耗量及能源效率比擬表 1ABCD所需熱量 MJ/m2 a324324324389消耗電能 MJ/m2 297.8324.07.20 消耗熱能 MJ/m2a00341389 次能源消耗量 MJ/m2a326108450486能 源利用率 99.4%30.0%71.9%80.0%2 初投資比擬地下水水井費用每口井 20000元，出水量2030t/h，這

10、樣的井2 口可 供6000m2建筑面積使用，折合為6.67元/m2。熱泵系統(tǒng)初投資為60 元 /m2 。電加熱變電設備等投資為20元/m2。延邊地區(qū)不收電力增容費。集中供熱入網(wǎng)費為50元/m2，視離供熱站距離遠近而定的入網(wǎng)管道費為1030元/m2 ,這里取為20元/m2。方案C的換熱器系統(tǒng)投資為10元 /m2 。低溫輻射地板和散熱器系統(tǒng)的初投資相同，都是50元/m2。四個方案初投資比擬見表 2。初投資比擬表 2ABCD地下水井Y /m26.67000設備和入網(wǎng)費Y /m260208070地板或散熱器 Y /m250505050 總計初投資 Y 3 運行費用比擬計入變壓器線路損失費用后電價為 0

11、.4元/kWh。集中供熱收費對住宅樓收費為20元/m2。采暖地板供暖的方案ABC維修費用按照設備投資的2%計算，散熱器系統(tǒng)的維修費用按照散熱器設備投資的 3%計算。四個方案年運行費用比擬見表 3年運行費用比擬表 3ABCD 電纜 Y /m210.8736.000.800 供熱收費 Y /m20020.0020.00 維修費Y/m22.331.401.001.50 合計年費用 Y 4 壽命周期費用 LifeCycleCost,LCC壽命周期費用LCC是指在設備壽命周期內(nèi)投入的設置費用初投資 和維持費用運行費的總和，壽命周期費用是設備投資方案的重要 依據(jù)。由于初投資和運行費在時間概念上是不一樣的，

12、應該把它們折 算到同一時間點上進行比擬。本文按資金年利率為10%都折算為現(xiàn)值進行比擬。水井、地板供暖末端設備、散熱器末端壽命為 30 年，其余設備為 15 年，計算總費用周期為 30 年。四個方案壽命周期費用現(xiàn)值比擬見表 4。壽命周期費用現(xiàn)值比擬表 4ABCD 初投資 Y /m2131.0374.79132.39120.00 運行費 ¥/m2124.46352.57280.96278.09LCC現(xiàn)值Y5 各方案技術(shù)經(jīng)濟分析從能源利用角度來年，方案 A 最好，其一次能源消耗量最少，能源利 用率最高；方案 B 最差，其一次能源消耗量最多，能源利用率最低； 方案 C 的一次能源消耗量比方案

13、 D 少，但是由于需要換熱器和運行水 泵等設備，其能源利用率比方案 D 要低。初投資最少的是方案B,主要是電加熱設備價格低廉，而且不收取電力 增容費。倘假設民取電力增容費800元/kW，方案B的初投資將接近其它 方案。方案A的初投資方案C的初投資最高，同由于集中供熱入網(wǎng)費 用較高，并且為適應地板供暖還需加設換熱器等設備。方案 D 初投資 一般，與方案 B 相差很小。運行費用最低的是方案A，這一方面是由于熱泵的運行效率高，另一方 面也是由于地下水位高，使得泵耗等也小。方案B的運行費用最高，是由于全年供暖時間較長，消耗電能較多，而電是屬于高品質(zhì)能源， 價格自然較主。在供暖期較短，室外溫度較高的地區(qū)，采用電熱直接 供暖其費用才比擬有競爭力，在寒冷的東北地區(qū)那么不太適宜。集中供 熱按面積收費使得地板供暖的節(jié)能優(yōu)勢沒有方法得到應有的回報，總 費用方案C還比方案D略高。對各方案的壽命周期費用分析說明，方案 A 的壽命周期費用最低，是 最優(yōu)的方案。方案 B 的壽命周期費用最高，但其初投