地源热泵、冰蓄冷综合应用的经济性分析方案

浅析地源热泵、冰蓄冷综合应用的经济性

摘要:建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋向,也是当代建筑科学技术的一个新的生长点。由于建筑能源的消耗占总能源消耗的60％以上，因此，在建筑节能中，冰蓄冷、地源热泵等节能技术的应用有着重要的影响力，同时有利于优化传统的空调冷热源型式，促进节能减排。本文以江西省图书馆项目为例,浅析地源热泵与冰蓄冷技术综合运用的可行性方案和经济性分析。

关键字：公共建筑节能冰蓄冷地源热泵经济效益

目前国内建筑能耗占能源消耗总量的比重很大，而大型公共建筑中空调能耗约占整个建筑总能耗的40~60％；在空调系统中，能耗最大的部分集中在冷热源系统，因此，采取节能的冷热源技术对于降低大型公共建筑的总能耗具有显著效果。冰蓄冷、地源热泵作为目前较为先进的节能技术，已经得到了广泛的应用，本文以某项目为例对其采用冰蓄冷和地源热泵空调系统方案与采用常规空调系统方案进行比较，分析综合采用冰蓄冷和地源热泵技术的经济性。

1、可再生能源利用技术——地源热泵

土壤源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。

地表浅层土壤的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是热泵很好的供热热源和供冷冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高，供热时比燃油锅炉节省70％以上的能源；制冷时比普通空调节能40％～50％。

2、移峰填谷——冰蓄冷系统

冰蓄冷空调系统即在夜间用电低谷期采用电制冷机制冷，将制得冷量以冰的形式储存起来；在白天电价高峰期将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足供冷需求。蓄冰系统具有巨大的社会效益：蓄冰系统能够转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差，缓解供电压力，同时,也具有良好的经济效益，节省运行费用。

一、工程概况

本项目位于江西省,建筑主体为图书馆,总建筑面积约10万㎡。冬夏季冷负荷指标为130W/㎡，夏季空调冷负荷为13000KW，冬季热负荷指标为90W/㎡，冬季空调热负荷为5200KW。

二、空调系统方案概述

本项目既有夏季供冷需求又有冬季供暖需求，因此采用地源热泵系统，能够同时满足冬季供暖和夏季供冷的要求。而南昌地区夏季负荷较大，且供冷时间长，冬季负荷较小且供暖时间较短，因此考虑到地源侧热平衡问题，按照冬季供暖需求配置地源热泵系统。

地源热泵系统承担部分夏季负荷，不足部分考虑采用冰蓄冷系统方案，具有显著的节能优势。

三、土壤热泵系统方案设计

1、土壤热泵机组

根据本项目冬季空调热负荷为5200KW,由地源热泵系统承担冬季全部供热需求，选择2台土壤热泵机组，夏季制冷量2900kw，冬季制热量为2853kW；本项目用户侧空调冷热水供回水系统冬季供暖的供、回水温度为45/40℃，夏季供冷的供回水温度为7/12℃；地源热泵系统地源侧冬季设计供回水温度为5/10℃，夏季设计供回水温度为35/30℃。

2、地下换热器的初步估计

铺设地下换热器的范围：周围建筑物空地及建筑物下；

地下换热器数量：1100个；

地下换热器形式：dn25，双U型；

地下换热器管材：高密度聚乙烯PE100管；

地下换热器有效深度：100米；

地下换热器间距：5米；

3、冬夏热平衡措施

本项目地源热泵系统冬夏季运行全部采用地下换热器换热，鉴于南方地区冬夏季负荷差异较大，为了有利于本系统运行稳定，保证地下热平衡，夏季冰蓄冷系统调峰，通过调整冰蓄冷系统主机和地源热泵主机运行时间，保证地下热平衡。

四、冰蓄冷系统方案设计

根据上文地源热泵方案所述，冬季由地源热泵系统承担热负荷，夏季同时由地源热泵承担部分冷负荷，其余不足部分采用冰蓄冷系统承担。

冰蓄冷系统设计按照除地源热泵承担冷负荷之外的供冷量考虑，设置两台制

冷量为2142kw的双工况冷水机组,蓄冰工况制冷量为1440KW,总蓄冷量为4914RTH。

五、冷热源设备配置

本项目建议采用采用地源热泵+冰蓄冷的冷热源系统方案，本方案冷热源主要设备选型如下表：

六、系统经济性分析

1、本方案冷热源系统经济分析

1）经过初步估算，能源系统初投资约为3189.6万元。其中

①地源热泵机房投资约为：905万元，②地埋孔投资约为：1100万元，③冰

蓄冷系统投资约为：1184.6万元

2）冷热源系统运行费用：

2.1）运行时间：冬季79天，每天运行14小时；夏季180天，每天运行14小时。

2.2）国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部下发的文件指出:利用地热能供暖制热的的项目运行电价参照居民电价格执行，本项目冬季运行地源热泵系统供暖，地源热泵电价按0.5653元/度计算。

冬季运行费用：

夏季运行费用：（夏季冰蓄冷系统与地源热泵系统联合供冷，电价按南昌市峰谷电价计算）

南昌市峰谷电价：

通过对南昌地区全年逐时冷负荷的模拟分析计算，南昌地区供冷时间按照6个月考虑，供冷总天数180天计算，其负荷分布如下：

通过对负荷分布的计算分析，该计算结果可用于指导制冷机组的启停以及运行费用的计算。

3）冷热源系统运行费用汇总

经计算得全年运行费用：368.3万元

其中冬季运行费用：112万元

其中夏季运行费用：256.3万元

2、常规冷热源系统经济性分析

依据估算的冷热负荷：夏季总冷负荷为13000KW，冬季总热负荷5200KW；若本项目采用常规系统，夏季选用3台离心式冷水机组和两天螺杆式冷水机组，向末端提供7/12℃供回水；冬季采用2台供热量为2.8MW的燃气锅炉供热。

主要设备表如下：

1）经过初步估算，常规空调系统初投资约为2303.7万元。此费用不包括燃气接口费。

2）常规空调系统运行费用：