水源热泵和溴化锂直燃机对比20120613.doc

水源热泵空调系统与直燃溴化锂系统的比较分析水源热泵空调系统与直燃溴化锂系统经济分析摘要 介绍了水源热泵和直燃溴化锂系统的工作原理，结合一工程实例，对这两种机组的中央空调系统的运营费用和投资费用进行对比分析。关键词 水源热泵 溴化锂直燃机 节能 初投资 运行费用 一、前言随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。随着能源和环境问题的日益突出，如何高效地使用能源、回收各种余热和减小对环境的污染成为人们关注的焦点。水源热泵就是一种用来解决能源和环境方面问题的极为有效的技术，因而近年来国内外发展极为迅速。本文通过对一工程实例进行分析，根据实际数据对水源热泵空调系统与直燃式溴化锂机组进行了比较，并由此对水源热泵系统的几点结论。二、两种空调系统介绍1. 水源热泵空调系统1.1 水源热泵空调系统工作原理作为自然现象, 能量总是从高温端流向低温端。但如同水泵把水从低处提升到高处那样, 人们可以用热泵技术把热量从低温端抽吸到高温端。所以热泵实质上是一种热量提升装置, 它本身消耗一部分能量, 把环境介质中储存的能量加以挖掘, 提高温位进行利用, 而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的 1 / 3或更低, 这就使热泵节能的关键所在。水源热泵机组的工作原理就是利用地球表面浅层地热能如地下水或地表水 (江、河、海、湖或浅水池 )中吸收的太阳能和地热能而形成的地位热能资源, 采用热泵原理, 通过少量的高位电能输入, 在夏季利用制冷剂蒸发将热量取走, 放热给环流的水, 由于水的温度低, 所以可以高效地带走热量; 而冬季,利用制冷剂吸收环流水的热量, 通过空气或水作为载冷剂提升温度后载冷凝器中放热给室内。1.2 水源热泵的技术特点（1）高效、节能、运行费用低：我们在评价热泵机组和制冷机组的性能时常用到 功效比一词, 用 COP表示, 它的定义是系统输出的功率 与所消耗的功率之比。风冷热泵其COP值一般在 2. 0 3. 0之间, 而水源热泵, 国内产品在供热时 COP值可达 3. 5 4. 0, 供冷时活塞式机组为 5. 0 5. 2, 螺杆式 机组可达 6. 0, 从这 一点上看, 水源热泵可以被称作高效节能的供冷供热设备。水源热泵在制热时所需的地下水即相当于锅炉燃烧的煤或油, 而且地下水占热泵所 供热 量的 70% 75% , 这些热量所消耗的代价仅为廉价的地下水,其成本要大大低于燃油和燃煤。以水源热泵运行状况来看, 冬季每m2的供暖运行费为17元左右, 而热网供暖每m2为30元, 燃油供暖每m2为50元左右,因此运行费用低是水源热泵的一个显著特点。（2） 投资少：水源热泵冬季可向建筑物供暖, 夏季向建筑物供冷, 真正做到了一机两用, 提高了设备的利用率。从初始投资上看, 现在国内主要热泵生产厂家的热泵机组价格大致为每瓦热量 0. 9 1. 0元之间,而同样具备一机两用的溴化锂直燃机的价格为每瓦热量 1. 4 1. 5元, 而且水源热泵机组无需设置冷却塔及烟气排放系统, 省去了高成本的自来水, 避免了向大气排放烟尘及有害气体, 因此水源热泵可称其为低成本的绿色空调产品。（3）占地面积小、可靠性高、适应性强：由于热泵机组兼有供冷供热的功能, 机组本身体积较小, 因而使机房面积大大减少。机组可灵活地安装在任何地方, 没有储煤、储油罐等卫生及安全隐患。机组采用智能化微电脑控制系统, 并有备用手动操作系统, 无需专业人员操控, 完善的电脑控制和多重保护, 使整机运行完全可靠。水源热泵机组从严寒地区至热带地区均适用, 机组适用的水源温度从 8到 35均可, 既可以提供 7或 50的空调用水, 也可以提供同样温度的生活热水, 既可以作为城市区域供热 的热源使用, 也可以为办公楼、宾馆、别墅、居民小区等提供中央空调系统。随着居民生活水平的普遍提高, 设有中央空调系统的住宅小区逐渐增多, 而对于这样的小区而言, 地下水水源热泵无疑是较为理想的冷热源, 与采用集中供热的住宅小区相比, 初始投资虽然偏高, 但能耗费用低, 设有空调系统小区内的住户冬暖夏凉, 生活品质得到改善, 住户可以接受, 而且其初始投资高出的部分不出数年已为能耗费用的节省所抵消。（4）计费便利：随着住宅分户供暖方 式在全国的推广, 一些热泵生产厂又推出了用于每户使用户式水源热泵机组, 具体应用方式为水源热泵分户设置, 地下水统一供给, 电费按每户的电表计量收取, 水费接每户的水表计量收取, 给物业管理部门的收费工作提供了方便。（5） 环保：水源热泵机组，是以地下80100米的恒温水（1215）为载体，通过输入少量电能，实现低温位热能向高温位转移。地下水通过机组内隔离性循环进行能量转换，不与空气接触，对地下水无任何污染。只是利用地下水的能量，无任何消耗地回灌到地下，整个能量转换过程没有燃烧、没有排烟、没有废气物，也不需要堆放燃料废物的场所。对大气、环境无任何污染，符合国家环保和可持续发展战略要求。（6）寿命长、维护少：水源热泵机组由于工况稳定, 所以可以设计简单的系统。机组运行简单可靠, 维护费用低, 自动控制程度高, 因此使用寿命可达 15年以上。1.3 水源热泵的应用条件（1）可靠的水源。对 于水源热泵而言, 其水源可为地表水、江河水、湖水、海水及地下水, 但目前应用较多的水源热泵均采用地下水, 地下水作为国家的重要资源之一, 政府对开采与使用有各种限制和法规, 要获取地下水, 须通过有关政府主管部门的批准方可, 并拥有可靠的技术确保地下水回灌。（2）充足的水源水量。水源水量是影响水源热泵系统的重要因素, 其水量的多少与建筑物负荷大小及空调设计方案等有关, 在确定方案之前, 应根据水文地质资料合理确定水量, 必要时可先打井做抽水实验, 看看在规定的连续抽水时间内地下水的水位下降是否符合要求, 并根据确定的水量来选定取水井与回灌井的数量。（3）合适的水源水温。水源的温度也是影响水源热泵的重要因素。同样的机组, 不同的水温其提供的冷量和热量也不同。一般来讲, 水源热泵对水源温度要求的范围是: 制冷工况下, 进蒸发器水温为10 22 , 制 热工 况 下, 进冷 凝 器的 水温 为 18 40 。另外取水井与回灌井之间应有一定的距离, 以保证地下水经过水源热泵机组产生的温度变化经回灌后, 在含水层中流动到达取水井时温度得以恢复, 避免地下水产生冷量或热量的积累, 从前实际应用运行良好的工程中, 取水井与回灌井之间的间距均在 40m 以上。（4）良好的水质。水源热泵机组对水源的水质有一定的要求, 如果水质达不到要求, 会对阀门、主机及其附件构成危害, 尤其对多数热泵厂家采用的板式换热器产生的危害更为严重, 从而影响系统的运行, 但通常可以采取一些处理手段如设置除污器,电子除垢仪, 或在取水井内多设几层过滤装置以减小井水中所含沙尘颗粒直径, 从而满足机组对水质的要求。一般来说, 水源水质不是影响水源热泵机组应用的主要因素。2. 溴化锂直燃机系统2.1溴化锂直燃机系统工作原理溴化锂机组是采用吸收式制冷（热）原理，靠消耗热能使热量从低温物体向高温物体转移。吸收式制冷（热）机组使用的工质是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，其中沸点低的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂，对于溴化锂机组而言，是以溴化锂-水溶液作为工质对，利用溴化锂沸点高及强吸水性的特点，把水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂，再利用吸收式制冷热）原理，从而达到制冷（热）的目的。直燃型溴化锂吸收式冷水机组由高发生器、低发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液泵、溶剂泵等组成。2.2 直燃式溴化锂空调系统技术特点（1）耗电非常小，其耗电设备仅有几台小型泵和直燃机的燃烧器，耗电量一般为蒸汽压缩式制冷机的3%4%，对解除电力紧张有好处；但要消耗大量的燃油或燃气，是该机组运行成本的主要部分。（2）不应用氟利昂类制冷剂，制冷剂采用水，溶液无毒，对臭氧层无破坏作用，对环境无影响，有利于环境保护。（3）加工简单、操作方便，制冷量调节范围大，可无级调节，运行平稳，无噪声，无振动。（4）不同类型的运行费用与使用的能源关系极大。蒸汽型的蒸汽来源如果是燃煤锅炉或者是余热、废热时则制冷成本非常低，是一种价格低廉的冷源。但燃煤锅炉受到环境保护法规的限制，目前在城市中基本不允许使用；一般都采用油或气体燃料，费用取决于燃料的市场价格，运行成本高。与蒸汽压缩式制冷机组比较，一般体积较大，冷却水系统设备费和水泵电费比较高。2.3 直燃式溴化锂空调系统应用条件限制（1）存在安全隐患：燃油型机组：由于燃油机组一般使用的为轻质柴油，需要配置机房的日用油箱（一般为1m3），及室外储油罐（最大可做15 m3），两者之间由齿轮油泵及输油管连接，由于柴油的侵润性强，易渗漏，所以管路施工要求高，且要在使用中要加强管理，勤检修，负责会有安全隐患；储油罐依据消防的要求，必须安装于离周围建筑物15米以外的空地上，否则消防验收通不过；储油罐需作好防雷及防静电工作，罐上要安装防爆呼吸阀及作好静电接地工作，并定期检查，确保安全。使用单位需配备专门的油罐每星期定期运油。燃气型机组：一般使用天然气、管道煤气或液化石油气（燃烧器一般不通用），其中天然气的燃烧值最高，安装时需按照当地气网的压力设置相应的配套设备（减压阀或增压阀），运行费用较燃油机组低。就机组本身而言，在项目中使用后，直燃机必须报请消防部门，经过严格的审批和验收手续后，才能使用。（2）能源利用率较低：由于考虑到燃烧段排烟侧的低温酸腐蚀因素（由于燃烧产物中有S、N的氧化气体，在温度降低后与烟气中的水蒸气结合，产生酸性液体，对设备的后烟箱等处造成腐蚀），排烟温度一般在200左右，造成能源的浪费，而且废气加大大气的温室效应；同样的原因，即使在200的排烟温度情况下，设备制造时要在后烟箱等处涂抹特制的防腐蚀涂料，同时在设备运行中，还需定期检修、保养排烟箱等。（3）维护费用高；溴化锂水溶液对钢铁的腐蚀性强，所以在机组中都加了缓蚀剂，尽管如此，还是需要定期维护；同时作为提供热源的燃烧器，一般都采用原装进口的外国燃烧器，国内目前还没有生产，配件价格高。需配专人定期检修燃烧器的增压油泵、光电管、点火棒和点火电磁阀等（对燃油燃烧器），或电磁阀组、点火棒、电离子棒等（对燃气燃烧器），每年的维修费用较高。（4）使用寿命短：溴化锂吸收式机组随着使用年限的增加，制冷效率衰减很快，制冷量下降明显。燃烧器配件：光电管、增压油泵、点火电磁阀、电离子棒等配件属易损件，需经常更换。整机的使用寿命较低（5）运行费用高：直燃型溴化锂吸收式机组由于运行费用、维修费用总体高于蒸汽压缩式机组，所以从2000年以后市场需求量已在逐年萎缩。（6）政策及国际环境的影响：油价和燃气受国家政策及国际环境的变化（如伊朗核危机等）的影响较大，溴化锂吸收式机组的运行费用也因此会受到影响。三、水源热泵中央空调系统和直燃溴化锂系统的经济分析3.1 工程项目概况合肥市某小区，住宅共计1478户、建筑面积194896.9 m2平方米；老年活动中心1436.86 m2；社区和物业1427.36 m2；会所1276.14 m2；幼儿园2024.32 m2。小区住宅由高层和小高层组成。拟综合利用地下水水为水源热泵的冷、热源提供整个园区的供暖热负荷和空调冷负荷。（冬季采暖运行时间4个月：从11月15日至次年3月15日；夏季制冷运行时间4个月：从5月15日至9月15日）3.2 空调运行费用计算依据表一 空调运行参数空调冷负荷（kw）9684.0电价0. 56元/度空调供暖热负荷（kw）8659.0机房辅助设备耗电量630kw水源热泵空调机组制冷cop4.25输送水泵设备耗电量500kw水源热泵空调机组制热cop3.63水泵功率系数0.8夏季空调运行月数4个月自来水水价2.15元/吨冬季空调运行月数4个月水量2220空调负荷季节调节系数0.6平均每小时补充自来水量9 m每天运行时间24小时3.3 运行经济计算(1) 水源热泵系统运行费用空调运行电费=负荷值运行时间负荷调整系数/cop值电价+（辅助设备耗电量+输送水泵设备耗电量）负荷调整系数运行时间电价自来水水费=平均每小时补充自来水量运行时间自来水水价+提取井水水量提取时间表二 水源热泵系统运行费用项目名称费用（万元）项目名称费用（万元）夏季制冷运行电费308冬季采暖运行电费318自来水水费31.75自来水水费31.75夏季运行总费用339.75冬季运行总费用349.75维护费用（人工）30维护费用（机房设备）60维护费用（水源侧）10(2)直燃溴化锂机组系统运行费用燃气价：2.4元/Nm，空调系统夏季补水约26 m/h。夏季每1000kw冷量需耗天然气：72 Nm，耗电量18kw，冬季燃气（2-8t）机组的最低额定热效率88%，本次取燃气机组的额定热效率为90%，标准工况下天然气的发热值：36000KJ/NM3。空调费用=燃气费用+电费=天燃气耗量负荷调整系数运行时间燃气价+耗电量负荷调整系数运行时间电价自来水水费=平均每小时补充自来水量运行时间自来水水价表三 直燃溴化锂系统运行费用项目名称费用（万元）项目名称费用（万元）夏季制冷运行电费339.68冬季采暖运行电费426.85自来水水费22自来水水费5.5夏季运行总费用361.68冬季运行总费用432.35维护费用（人工）30维护费用（设备维护）80天然气系统维护16(3)年运行费用比较表四 年运行费用比较制冷、供暖形式直燃溴化锂机组（万元）水源热泵（万元）冬季432.35339.75夏季361.68349.75维护费用126100合计920.03789.50折合建筑平米46元/ m2年39.4元/ m2年3.4 工程投资概算比较表五 投资概算比较水源热泵中央空调系统直燃溴化锂中央空调系统项目项目内容概算价（万元）项目项目内容概算价（万元）水源系统安装工程20燃气一次网系统燃气管主材150设备、主材60土建25打井及埋管800流量计组26小计880小计201冷暖机站系统水源热泵主机700机房及冷却塔系统直燃溴化锂机