地源热泵经济分析.docx

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地源热泵经济分析

地源热泵中央空调与各种空调投资比较

元／m2

地能冷暖系统

燃煤锅炉＋暖气片＋分体空调

燃气炉＋直燃式中央空调

电热锅炉＋电冷中央空调

风冷热泵

冷水机组＋燃油（燃气）锅炉

120-200

183

264

235

182

247

　地源热泵中央空调与各种空调运行费用比较

工程名称

地能空调

风冷热泵

电锅炉＋水冷单冷

燃气锅炉＋溴冷机

燃煤锅炉＋溴冷机

集中供热

燃油锅炉

运行费用元／天、m2

冬

0.15

0.53

0.34

0.26

0.2

0.16

0.35

夏

0.12

0.23

0.16

0.28

0.28

--

只供热

备注

--

--

--

--

--

只供热

只供热

科莱智星地温空调与其几种不同空调方式的比较分析

一、初期投资比较：

     办公楼、住宅楼需冬季供暖、夏季供冷，室内设计温度：

冬季20±2℃、夏季26±2℃；家属区根据需要，可以24小时供应热水，此时不增加主机费用，只需在管路及循环系统中增加投资约10元/m2即可。

现就满足上述条件的不同空调方式初期投资费用比较如下（元/m2）:

地温冷暖系统

燃煤锅炉＋暖气片＋分体空调＋电热水器

燃气炉＋直燃式中央空调

电热锅炉＋电冷中央空调

风冷热泵

冷水机组＋燃油

（燃气）锅炉

179.8

183

264

235

320

247

     说明：

     1、上述数据从大量工程实例统计而来；

     2、上述造价为工程承建方总承包价，如果甲方指定产品品牌、厂家，则造价会有所变化，最终造价以甲方认定价并按定额决算为准。

     3、燃煤锅炉＋暖气片＋分体空调＋电热水器系统，投资费用计算办法如下：

a、燃煤锅炉房63元／m2；b、暖气片及管网系统25元／m2；c、室内分体空调（三室一厅130m2,一台柜机：

5000元／台；三台分体：

2000元／台。

总计11000元／台）85元／m2;d、电热水器1300元／台,平均10元／m2。

则综合造价为：

a＋b＋c＋d＝183元／m2。

     4、上表所列造价在房屋建筑面积的使用空间内，均达到舒适温度为标准，并非只在建筑物内个别房间安装单个空调的造价。

由上述可知，在所有空调（暖气）系统中，地温空调系统的造价最低。

从节省初期投资角度，中央空调系统最好选择地温空调系统。

     二、运行费用比较

     在制冷、制热期，空调主机每天24h运行供暖，主机根据设定温度自动启停。

在秋（春）天与夏、冬一样24h供应卫生热水。

主机、潜水泵、循环泵、热水供应泵由PLC协同变频装置自动控制，实现节能运行。

根据郑州地区多个工程实例总结不同供暖、供冷方式的运行费用比较如下：

工程名称

地温空调

风冷热泵

电锅炉+水冷单冷

燃气锅炉+溴

冷机

燃煤锅炉+溴

冷机

集中供热

燃油锅炉

运行费用元/天.m2

冬

0.08

0.53

0.34

0.26

0.13

0.13

0.35

夏

0.08

0.23

0.16

0.28

0.12

0.12

0.12

备注

可供应热水

可供应热水

可供应热水

可供应热水

可供应热水

可供应热水

可供应热水

     说明：

     1、上述数据由郑州大学设计院设计人员采集。

数据来源：

由使用单位管理人员提供。

     2、燃煤锅炉＋暖气片＋分体空调＋电热水器系统的费用未列出，是因为该系统现行还未有满负荷运行案例。

由上表可知，科莱智星地温空调的运行费用只是其它空调方式的几分之一，具有显著的节能效果，且具有一机三用的特点（供洗浴热水时系统主机容量不用增加）。

从节省运行费用角度，中央空调系统应选择地温空调系统。

     三、科莱智星地温空调系统低运行费用原因浅析

     科莱智星地温中央空调系统具有较高的综合能源利用率，是其运行费用低廉的主要原因之一。

其能量综合利用率高的主要原因如下：

     1、科莱智星地温空调采用水作为热量传递介质，其热容量、密度等均大于空气介质，传热系数高。

     2、科莱智星地温空调水源系统的平均温差推动力比冷却塔式高10℃以上；比风源式高出20℃，故传热效果好。

     3、地下水水温恒定，机组运行工况稳定，机组效率高。

     4、冬季取暖采用低温恒定循环，热量损失小，利用率高。

     5、科莱智星空调系统经过其技术推广中心的优化设计，使初期投资节省10%以上，运行费用节省17%以上，高品质的工程质量成为运行费用低廉的另一主要原因。

优化设计要包括以下几个方面：

    a.严格计算系统冷暖负荷、流动阻力，确定主机功率、循环泵扬程；主机功率恰当取值，泵的流量要将末端设备所需循环量、主机所需要循环量综合考虑后取恰当值。

    b.优化管路设计，降低系统阻力，简化工艺流程。

    c.适当加大风盘型号、增加管路流量，利于优化主机运行工况，降低运行成本。

    d.在保证主机运行工况的前提下，利用PLC及变频装置综合控制循环泵、潜水泵并与主机联动，提高井水的利用率，减少常规循环系统动力消耗。

    e.合理设定系统运行参数，采用制冷与热水联动、废热回收利用等方式降低运行成本。

     6、主机设备技术先进、科技含量高、设计合理、质量稳定、能效比高，是低成本运行另一主要因素。

     四、结论

     科莱地温空调系统的初期投资只是其它方式的70～80%，运行费用却是其它空调方式的几分之一；是一种节能、高效的空调方式，而且具有一机三用特点（供洗浴用水时系统主机容量不用增加）；同时具有环保（大的方面不污染大气，小的方面没有煤灰、煤渣飞扬等对居住环境的直接污染）、节省投资、减少占地面积等优点，是一种先进的值得推广的中央空调系统。

别墅空调

为一种高档的住宅形式，别墅的拥有者不仅仅是追求生活的舒适，同时在追求生活的方式和生活的品质。

这时，人体的舒适感和对空气品质的要求就突显出来。

在此需求下，中央空调技术在别墅方面被大范围推广和应用，服务于这种技术的空调系统被称为家用中央空调。

家用中央空调主要是指制冷量在8～60kW左右（适用于居住面积100～600m2使用）的空调系统而言，它与传统的分散式家用空调器（房间空调器）相比，具有节能、舒适、容量调节方便、噪声低、振动小，不破坏建筑外观和由于空调系统“按户集中”，因此具有安装方便，使用比较灵活，计量简单容易等优点，因此受到了市场的青睐和生产厂家的重视。

国外在这方面开展较早，美国、日本于二十世纪七、八十年代即已大量地应用家用中央空调系统。

从九十年代中期开始，国外产品在国内开始销售，国内厂家也开始了这方面的研究和开发生产，现已有许多的应用实例。

舒适的室内环境空气调节的要求包括：

适宜的室内温度（冬季16~24℃，夏季22~28℃），人体感觉舒适的相对湿度（40~60%），没有被吹的感觉的空气流速（0.2~0.3m/s），良好的通风和足够的新风量（30m3/（h·人）），室内的噪音控制在要求值以下（30~50dB（A））。

一、系统简介：

目前，家用中央空调系统有三种方式，即小型集中式中央空调系统，热泵型中央空调系统，户式中央空调系统（冷媒系统），现简单介绍如下：

1、小型集中式中央空调系统

夏季采用小型风冷冷水机组制冷，冬季采用壁挂炉或小型落地炉集中供暖，设置独立新风系统，空调末端采用风机盘管。

小型中央空调系统属空气—水系统，其机组室外侧是靠空气进行热交换，室内侧产生出空调冷/热水，由管路系统输送到空调房间的末端装置，在末端装置处冷/热水与房间内空气进行热量交换，产生冷/热风，从而实现空调房间的夏季供冷和冬季供暖效果。

它属于一种集中生产冷热水，但分散处理各房间负荷的空调系统型式。

优点是空气质量得到保证，尤其是在近年来，光触媒在空调上的应用，使得别墅内空气品质在净化方面上了一个台阶；各房间气流组织好，可以保证一定的正压。

在高档高品质别墅中，运用比较广泛。

这个方案几个地方值得考虑，建筑投资，设备投资，管路敷设，系统维护。

对于开发商来讲，土地的利用率越高越好，用于设施和设备的投资希望控制在合理的低价。

采用这种空调方案，系统初投资比较大，系统的维修和保养相对简单，主要是依赖施工质量。

2、热泵加辅助电加热方案：

风冷热泵方案：

风冷热泵采用空气循环散热方式（风冷），室外机结构紧凑合理，可直接安装于阳台、屋顶或地面，适合不同类型的房间，采用自动化控制（电脑控制或变频控制），可独立控制各房间的温度，也可全面调节运行，运转宁静，消声减震。

由于北京地区冬季室外温度为－10℃左右，风冷热泵在此种工况下，工作效率较低，需要增加辅助加热装置，通常的做法采用室外机增加电加热措施，或增设锅炉、壁挂炉等热源设备，提高冬季的供水温度。

水源热泵方案：

水源热泵（WaterSourceHeatPump）是以水为冷热源的可实现制冷/制热循环的一种热泵型空调装置。

广义的水源热泵空调系统可分为以下几种类型：

以地下水或地表水为加热源和排热源的热泵系统（简称水源热泵WSHP）；以土壤为加热源和排热源的热泵系统（简称地源热泵GSHP）；以一个循环水系统为加热源和排热源的热泵系统（简称水环热泵WLHP）。

可供水源热泵（WSHP）作为加热源和排热源的水源包括：

地下水（深井水、泉水、地下热水等）和地表水（河水、湖水、海水等）。

其优点为：

水的比热容大，传热性能好，使换热设备较为紧凑；水温较为稳定，使热泵运行性能良好。

其缺点为：

必须靠近水源；对水质有一定要求，输送管路和换热器的选择必须经过水质分析，才能防止可能出现的腐蚀。

在采用水源热泵技术时，前期的水文分析尤为重要，必须根据地下水源实际情况，进行可行性的研究分析。

适用的原则：

水量充足、水温适当、水质良好、供水稳定、回灌可靠。

因此，前期的认真、科学的水文地质勘探工作是非常必要的。

水源热泵中央空调主机，是冷热源的核心，它的质量好坏直接影响整个系统的可靠性和使用效果。

建议选用国内外有良好信誉的厂家，尤其是技术质量优、生产历史久、售后服务好的知名品牌。

需要说明的是采用水源热泵方案也需要增设电加热装置或锅炉、壁挂炉等热源，提高冬季供水温度。

水源热泵空调系统是由水源热泵机组与水环路组成。

根据室内侧换热介质不同，有直接加热或冷却空气的水—空气热泵系统；机组室内侧产生冷热水，然后送到空调房间的末端装置，对室内空气进行处理的水—水热泵系统。

水—空气热泵系统根据机组的形式又有整体式和分离式水源热泵机组，整体式是所有制冷、风和水系统的部件均装在一个箱体内，现场连接水管、风管及电路即可实现冷热供应。

分离式是把压缩机、水侧换热器及制冷附件等装在室外机组内，然后用两根制冷剂管路与室内机组连接，室内机组由直接蒸发式表冷器和风机等组成，和VRV系统一样，有多种型式供选择。

美国特灵、天龙、怡风、麦克维尔，国内的捷丰、清华同方等有多种型号的整体式水源热泵机组（有的产品样本称为水气一体化风管空调器），在家用中央空调8～33kW的应用范围内，名义工况下的制冷系数为3.4～3.8，制热性能系数为4.1～4.6，室内空气侧余压为50～200Pa，卧式机组高度在500mm左右。

日本大金水冷变频“K”系列RWX（T型）分离式水源热泵机组，制冷量23～8kW；广州中宇公司有多种型号的分离式水源热泵产品。

为扩展水源热泵的应用范围，中宇公司还开发了室外机与蒸发式水冷却装置为一体的分离式热泵机组。

近年来随着地热源的发展，国外的水—水热泵机组也纷纷进入国内市场，如特灵的CGWA/CGHA型水冷冷水机组和水冷热回收机组，制冷量由10.5～632kW，供热量由180～750kW，约克的YEWM/YCWM（A）型水冷冷水机组和水—水热泵机组，冷量由61～147kW，热量由76～183kW;怡风WE型水—水热泵机组，冷量从7.4～28kW，热量从8.6～24kW，名义工况下的制冷系数为4.0～4.3，制热性能系数系数为4.2～4.5。

国内上海富田公司开发的FTW型水—水热泵冷热水机组，冷量从106～845kW，热量从123～973kW;山东富尔达LSQR型水—水热泵机组（厂家称为地温中央空调机组），制冷量16.38～120.6kW，供热量12.244～86.5kW;威海济高的LSR型水—水热泵机组（厂家称为户式土壤能量中央空调系统），制冷量为20～35kW，制热量为22.4～38.1kW;秦皇岛松普公司开发了地源热泵智能型水—水热泵机组，按功能分类有标准系列、太阳能辅助加热系列和蓄冰蓄热系列，该产品可用一般水源，也可用海水。

其户用产品系列，制冷量由10～60kW，制热量11～70kW；大型集中空调用系列，制冷量84～1038kW，制热量91～1137W。

以上产品在国内均有应用工程实例。

3、风管式户式中央空调方案：

风管式户式中央空调实际上是风冷热泵空调的又一种应用，此种方式是通过风管将冷风或热风送入室内，而室内机组不是风机盘管，而是一种管道空调机，通过各个风口，送入室内。

风冷热泵管道式分体空调全空气系统该系统是用风冷热泵分体空调机组为主机，它包括室外机和室内机，室内机连接风管，属空气—空气热泵。

该系统是以空气为输送介质，其原理与大型全空气中央空调系统的原理基本相同。

室外机产生的冷热量，通过室内机组将室内回风（或回风与新风的混合空气）进行冷却或加热处理后，通过风管送入空调房间消除室内的空调冷热负荷。

这种机组有两种型式，一种是室内机组为卧式，可以吊装在房间的楼板或吊顶上，通常称为管道机；另一种室内机为立式（柜机），可安装在辅助房间或房间的走道或阳台上，这种型式通常称为风冷热泵单元式空调机。

其特点是可以相对确保室内空气品质的净化，可以对温度、湿度、空气及清洁度、压力、噪声等进行调节。

由于室内机、室外机均为风冷式结构，避免了机组运行中漏水及恶劣水质对机组的损害使机组的维护工作变得简单、容易。

4、VRV变频空调系统：

变制冷剂流量（VariedRefrigerantVolume，简称VRV）空调系统，是一种制冷剂式空调系统，它以制冷剂为输送介质，属空气—空气热泵。

该系统由制冷剂管路连接的室外机和室内机组成，室外机由室外侧换热器、压缩机和其它制冷附件组成；室内机由风机和直接蒸发器等组成。

一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各个换热器的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷热负荷要求。

日本VRV系统技术最先进，大金、三菱、日立等公司均有产品。

国内海尔、美的近几年也开发出了类似VRV的MRV和MDV空调系统。

日本VRV技术以大金公司为代表，其系列产品有：

1）VRV多联系统家用空调机，可连接7台室内机；

2）VRV变频“K”系列（可连接16台室内机），其产品按功能分有单冷和热泵系列；按其使用制冷剂不同有R22和R407C系列；

3）VRV系统热回收“K”系列；

4）VRV水冷式变频“K”系列；

5）超级VRV（VRVPlus）系列（可连接30台室内机）；

6）VRV系统冰蓄冷系列等。

其室内机有风管连接型（机外余压40～100Pa，13kW的室内机高度350mm）、天花板嵌入式、挂壁式、落地式、落地内藏和天花板悬吊式等多种型式50多个不同规格型号供选用。

大金RMX-14型VRV家用多联分体空调系统，制冷剂为R22，制冷量14.5kW，制热量16.5kW，压缩机输出功率3.5kW，根据室内机的不同型式，室内噪声为32～39dB，其系统中设有BP装置（冷媒分配器），作用是改变制冷剂流量，满足房间的制冷或供热要求。

其特点为系统可以根据室内负荷大小自动调节其容量，减少了压缩机的启停损失，具有较好的节能效果；室温得到了精细调节，改善了室内空气品质；由于放宽了室内外机的高差限制，故扩大了设备安装的自由；空调系统的操作更为简便，可靠性得到了进一步提高。

其冷媒为制冷剂，省去了水系统的麻烦，不需要备用装置，控制装置为LCD遥控装置和多功能集中控制板，便于运行管理。

其最大的危害是由高次谐波引起的问题。

5、家用燃气中央空调：

日本亚马哈、三洋及国内远大等均有此类产品供应。

该系统由室外机和室内机组成。

室外机用燃气做能源，采用LiBr吸收式制冷原理，夏天制取12/7℃冷冻水；冬季利用机组内的热水器，由热水器燃烧器加热其中盘管，产生40/45℃热水。

室外机产生的冷（热）水由水泵经冷（热）水管路送至室内机（如风机盘管等）冷却或加热室内空气，消除空调房间的冷热负荷。

室外机需要的冷却水，由冷却水泵送至与机组连接一体的蒸发式冷却器，冷却后送至机组的吸收器及冷凝器，完成冷却水的循环使用。

整个机组采用智能变频控制，实现30%～100%的能量调节。

远大BCT系列户用燃气空调产品，其制冷及制热量为12～70kW。

国内在九十年代开始开发此类产品，应用是本世纪初，有实用案例。

该系统的推广受制于燃烧机和动力部分。

因此，在目前情况下，由于进口燃烧机的价格昂贵，导致燃气式空调价格较贵。

二、技术经济分析：

以实际案例来分析几种空调形式的技术经济情况。

项目情况：

总建筑面积：

150000平方米

居住建筑面积：

128765.89平方米，其中地上建筑面积：

93853.63平方米；地下建筑面积24912.26平方米。

配套公建建筑面积：

9331平方米，其中地上面积为2975平方米；地下面积为6356平方米。

建筑形式：

独栋别墅、双拼别墅、联排别墅

空调计算参数：

冬季室内计算参数：

t=18~22℃Ф=40~60%V<=0.2m/s

夏季室内计算参数：

t=24~28℃Ф=40~65%V<=0.3m/s

住宅（别墅）供暖热负荷指标为100~125w/㎡，制冷负荷指标为158w/㎡，其中，新风负荷为54w/㎡

总负荷为16408KW，新风负荷为5608KW

公建空调负荷约为256W/㎡，新风负荷136W/㎡

1、集中式中央空调的初投资

A、机房建设投资

集中式中央空调需要独立的设备房，机房造价按每平米500元计，以300平米计算，为150000元

B、设备投资

小型风冷冷水机组，吊装新风机组、卧式暗装风机盘管、壁挂炉或落地炉、储水罐。

C、管路投资

风系统和水系统，风系统主要为风管及部件的制作安装，水系统为水管及阀门的安装

按空调负荷和建筑面积估算，集中式中央空调的初期投资应在四千万元以上。

2、风冷热泵和水源热泵的初投资

该机组体积较小，可放置在阳台、屋面，或房前、屋后的地坪上等通风良好位置。

由于冷热管较小，占空间小，因此它一般不受层高限制；室内末端装置多为风机盘管，一般风机盘管都有风机调速或通过旁通水阀调节水量的措施，因此该系统可以对每个空调房间进行单独调节，满足各房间不同的空调负荷要求；室内风机盘管噪声较小，能满足室内静音要求。

其主要问题是：

1）性能系数低，调节性能差，部分负荷运行效率低、能耗多、运行费高，机组在名义工况下制冷性能系数COP在2.66～3.0之间，与家用空调相差无几；绝大多数厂家产品均为开停控制，部分负荷性能系数APLV会更低，因而造成能耗高、运行费大，一般用户难于承受；

2）噪声大，一般约在53～65dBA，高于家用空调器的室外机，特别是应用于集合式建筑，家家户户都安装在阳台上，如果同时开启，那噪声的影响可想而知，特别是在夜晚，难于满足居室40dB（A）的要求；

3）很多机组需用户自设膨胀水箱，对于集合式建筑很难找到设置膨胀水箱位置；

4）初投资偏高。

风冷热泵和水源热泵的室外机组的投资相差无几，但风冷热泵机组需要增加辅助电加热设备，水源热泵对水资源要求严格，需要井水（或湖泊等）温度、流量稳定，必要时需要设立换热站。

这样算下来，水源热泵的初投资主要决定于水资源的成本，若有合适的水资源，水源热泵的初投资会低于风冷热泵的投资。

室内部分，二者均采用风机盘管和新风末端，费用相同。

同集中式中央空调相比，不需要机房，没有冷却塔，采暖设备可以考虑电加热。

热泵的投资同样以空调负荷和建筑面积估算的话，应在三千万左右。

水源热泵系统的主要问题是：

1）要有一定的水源和适合的温度范围；

2）对采用循环水的水源热泵系统，一般冬季需有辅助加热设施；

3）地源热泵系统一般造价较高，室外采用垂直U形埋管，DN=25mm，每米孔深造价大约为40～50元（包括管材钻孔费用等），每1kcal/h（1.163W）制冷量，室外埋管费用为0.7～0.8元；而且建筑物周围应有适当空地；要充分掌握当地地质水文资料，用计算机程序模拟计算所需埋管长度及冬夏季吸、排热量的平衡，这是地源热泵的关键技术，掌握起来有一定难度。

3、风管式和VRV户式中央空调的初投资

这种系统最大的优点是可以获得高质量的室内空气品质，同时可利用室外新风实现过渡季的全新风调节；相对于其它几种家用中央空调系统造价较低。

其主要问题是：

1）由于是全空气系统，空调房间的温度难于实现独立控制，如采用变风量末端装置，会使系统的初投资大大增加；2）全空气系统需要用风管连接至各个空调房间，风管需要占据一定的空间，对房间的层高有要求；3）和热泵冷热水机组一样，性能系数低，调节性能差，能耗高，运行费大；4）室内噪声高，多数产品室内机噪声均在50dBA以上，室内风系统需采取消声措施。

二者均为制冷剂冷媒系统，省去了水系统的麻烦，同样面对冬季寒冷的室外温度，需要考虑增加辅助电加热措施或采用辅助的供热设施，因此，二者的室外部分的投资大致相当。

室内部分，风管机是由一台主机带不同数量的风口，由风管进行连接，因此，安装的费用会稍高；VRV室内机造型多样，有多种选择，由于为整体式，设备费用较高，相对安装费用较低。

同样按照空调负荷和建筑面积估算，户式中央空调的初投资在二千万元左右。

VRV适合于独立式住宅，也可用于集合式建筑（需要有一个放置室外机组的挑台或阳台）。

VRV系统室内机有多种型式，可适应各种室内装修；制冷剂管路管径小，便于埋墙敷设或进行伪装；该系统能实现变频微电脑控制，可实现节能运行，部分负荷运行效率高，运行费低。

因此，VRV系统具有节能、舒适、运转平稳、噪声低等优点，而且各房间独立调节，能满足不同房间不同空调负荷的要求。

其主要缺点是初投资高，一般比家用空调器要高2～3倍；房间新风比较难解决，如果再采用带热回收的新风系统，造价会更高；系统的施工要求高，难度大，从管材材质、制造工艺、零配件供应到现场焊接等要求均非常高，否则会对今后的维修管理带来很大麻烦，这方面的教训不是个别现象。

4、家用燃气中央空调

这种空调型式具有常规空调的优点。

采用燃气做能源，省电80%以上。

对于供电紧张，电价高，但燃气供应充足，燃气价较低地区有良好的发展前途和应用前景。

现对燃气空调与风冷热泵冷热水机组的一次能源效率η0进行比较。

其中有关参数取值为：

发电（火力）与输配电效率取目前国内平均值，即η电=0.31。

燃气空调取远大BCT12型户式燃气空调机为样机，其性能指标为：

制冷量12kW，最大耗气量1.1m3/h（燃气热值为10k