济南某地源热泵项目可行性分析_李政

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计算可得 Pt′=5。 5 风险分析 5.1 经济风险 地源热泵地埋管系统与传统的制冷采暖 系统形式相比,项目初投资较高。 地源热泵系统以消耗电能为代价有效利 用自然环境中的可再生能源, 降低建筑总能 耗,进而降低运行费用获得节能收益。 同时随 着能源结构调整,尤其是电价的变化,对项目 的运行费用将产生一定影响, 需要国家在政 策方面给予补助,并提供电价优惠。 5.2 技术风险 地埋管管道施工都为隐蔽工程, 难以维 修。 因此,保质保量的完成地埋管的施工尤为 重要。 6 结论 (1)通 过 对 冷 热 负 荷 平 衡 、地 埋 管 面 积 、 地源热泵系统的效益以及风险等 4 个方面进 行分析,该项目可以考虑利用地源热泵。 (2) 通 过 分 析 可 得 , 此 工 程 完 全 可 以 采 用 地源热泵系统,其节能率 17.2%,PER 值也大 于燃气锅炉房+冷水机组系统,动态回收期只 有 5 年。 (3) 采 用 地 源 热 泵 系 统 , 总 初 投 资 较 燃 气 锅炉房+冷水机组系统增加 16.7%。 年运行费 用减少 46.9%。 (4) 随 着 近 几 年 钻 井 费 用 的 降 低 , 地 源 热 泵系统的初投资进一步减少, 动态回收期进 一步缩短。
进行大气污染排放量化的目的是将减排
的气体货币化,这样看起来会更直接[9]。 由文
献 [10]知 :社 会 对 环 境 影 响 因 子 的 支 付 意 愿
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区域供热 2016.5 期
分 别 为 :CO2:0.047 元/kg;SO2:0.58 元/kg; 粉尘:0.28 元/kg。
减排效益 WTP 计算公式:
(4.19)
表 9 WTP 值计算表
污染物种类
CO2
SO2+NOx
烟尘
WTP ( 元 / 年 )
4507
725
103.6
4.3 地源热泵经济效益分析 4.3.1 初投资 将地源热泵系统的初投资与燃气锅炉+ 冷水机组系统相比较, 来分析地源热泵系统 的经济效益。 见表 10。
表 10 两种冷热源方式的初投资表
3) 减 少 烟 尘 污 染 , 我 们 主 要 的 计 算 量 为
粉尘的排放量。
大 气 污 染 物 排 放 系 数 [8]:
C 排放系数(t/tce)0.67(国家发改委能源
研究所)
表 7 大气污染物排放系数表
污染物种类
CO2
SO2+NOx
烟尘
标准煤燃烧(t/tce) 2.46
0.0321
0.0096
表 2 地源热泵系统年运行费用表
项目
地源热泵
供冷期年运行费用(元)
117929
供暖期年运行ຫໍສະໝຸດ Baidu用(元)
233377
年运行总费用(元)
351306
单 位 面 积 年 运 行 费 用 (元/m2)
17.8
计算公式如下:
Eh=
∑Qh COPsys
(4.1)
Ec=
∑Qc EERsys
(4.2)
Eh—地源热泵系统制热年耗电量,kW·h;
4 地源热泵系统效益分析 4.1 地源热泵节能效益分析
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区域供热 2016.5 期
4.1.1 地源热泵系统年运行费用的计算 为准确计算运行费用,参数按下列取值: 1)供暖期天数取为 88 天(周六周日未计 算在内)。 供冷期天数的计算,室外温度高于 26℃时开始供冷。 由济南日平均温度可得:6 月份取 15 天,7 月份取 18 天,8 月份取 8 天, 9 月份取 2 天,共计 43 天。 2)运行时间为 7:30-17:30,每天 10 个小 时。 3)电费按照山东省电网销售价格表的一 般 工 商 业 用 电 0.7988 元/(kW·h)计 , 地 源 热 泵年运行费用全部用电费进行表示。 计算结果如表 2 所示:
参考文献
[1]苏 斌 ,赵 凯 ,赵 本 坤.区 域 供 冷 系 统 能 源 站 冷 负 荷 预 测 及 同 时 使 用 系 数 的 确 定 [J]. 重 庆 建 筑 , 2014,13(9):12-14.
WTP=∑ΔMi×γi
(4.16)
ΔMi—i 种气体的减排量;
γi— 社 会 对 环 境 影 响 因 子 的 支 付 意 愿 。
计算公式如下:
WTPCO2 =∑ΔMCO2 ×γCO2
(4.17)
WTPCO2 =∑ΔMSO2 +NO2 ×γSO2 +NO2
(4.18)
WTP 烟尘=∑ΔM 烟尘×γ 烟尘 计算结果如表 9 所示:
表 4 两种冷热源方式的年运行费用
项目
冷热源形式
地源热泵
燃气锅炉 +冷水机组
年运行费用(万元)
35.1
65.9
单位面积年运行费用(元/m2) 17.8
33.5
比例
53.1%
100%
4.1.4 节能量和节能率的计算 为了便于分析, 将地源热泵系统和燃气 锅炉+冷水机组系统的年耗能量转换为一次 能 源 ( 标 准 煤 ), 计 算 地 源 系 统 的 节 能 量 和 节 能率。 电能与一次能源的转换率取为 0.31[6]。 具体数值见表 5。
项目
燃气锅炉+冷水机组
燃气锅炉年运行费用(元)
501857
冷水机组年运行费用(元)
157321
年运行总费用(元)
659178
单 位 面 积 年 运 行 费 用 (元/m2)
33.5
4.1.3 运行费用对比 由以上计算可得: 地源热泵系统年运行 费用较燃气锅炉+冷水机组系统年运行费用 节省比例为 39.4%,具体见表 4。
区域供热 2016.5 期
济南某地源热泵项目可行性分析
山东建筑大学热能工程学院 李 政 梁雁昊
【摘 要】本论文针对具体案例,从冷热负荷平衡、地埋管面积、地源热泵系统的 效益以及风险分析等 4 个方面进行分析,来确定该项目应用地源热泵系统的可行性。 结果表明:该项目冬夏季节冷热负荷不平衡率为 11.1%,埋管面积能够满足要求,与燃 气锅炉+冷水机组的冷热源相比,系统节能效益、环保效益、经济效益均明显。 该系统 风险能够控制。
Mg=
V×9310 7000
(4.5)
Mh—燃 气 锅 炉 换 算 供 暖 年 耗 标 煤 当 量 ,
tce/a;
Mg=Mh+Mc
(4.6)
Mg— 燃 气 锅 炉+ 冷 水 机 组 年 耗 标 煤 当 量 ,
tce/a;
ΔM=Mg-Md ΔM—节能量,tce/a;
(4.7)
x= ΔM ×100% Mg
源,而电能作为高品味能源,不宜直接比较。
因此,为更好地比较对能源的转化情况,热泵
理论提出了一次能源利用率 PER 的概念。 它
将热泵消耗的电量按发电效率折合为一次能
源(标煤)后,再进行比较。
表 6 PER 值计算表
冷热源形式 项目
地源热泵系统
燃气锅炉 +冷水机组系统
PERh
1.1
0.828
PERc
1.21
表 5 节能计算表
项目
冷热源形式
地源热泵 系统
燃气锅炉 +冷水机组
年 耗 标 煤 当 量 (tce/α)
174.3
210.5
节 能 量 (tce/α )
36.2
比 例 (%)
82.8
100
计算公式如下:
Md=
Eh+Ec×3.6×103 29307×ηe
(4.4)
Md—地源热泵系统年耗标煤当量,tce/a;
率。 它有效地利用了绿色无污染的地热能进
行供暖和制冷,同时减少了能源的利用。
4.2.1 减排量的计算
为了便于计算,我们转换为一次能源,即
标煤的减少量来进行计算。 下面针对三个方
面进行分析:
1)减缓温室效应,即 CO2 的排放量; 2) 缓 解 酸 化 现 象 , 造 成 酸 化 的 污 染 物 主
要为 SO2 和 NOx;
Qq—天 然 气 热 值 ;由 文 献 [5]知 :天 然 气
的热值为 9310kcal/m3,标煤为 7000kcal/kg。
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4.1.2.2 冷水机组供冷 方 式 年 耗 电 量 的 计算
系统能效比和地源热泵相同, 取为 EERsys=3.9。
表 3 燃气锅炉+冷水机组系统年运行费用表
冷热源形式 项目
燃气锅炉+冷 地源热泵系统
水机组系统
总投资(万元)
551
459
单 位 面 积 投 资 (元/m2)
280
233
4.3.2 动态回收期
动态追加投资回收期指当考虑资金的时
间因素时, 用年运行费节约来补偿追加投资
所需要的时间, 对于地源热泵项目的立项更
有意义 。 [11]
Pt′
∑(CO-CI)t(1+i0)-t
Ec—地源热泵系统制冷年耗电量,kW·h;
由参考文献[3]得:
COPsys=3.5
EERsys=3.9 4.1.2 燃 气 锅 炉+冷 水 机 组 年 运 行 费 用
的计算
4.1.2.1 燃气锅炉供暖年耗气量的计算
燃气锅炉效率取为 82.8%[4]。
V= ∑Qh×3600 Qq×η×4.1868
(4.3)
【关键词】热平衡 地源热泵 效益 风险控制 可行性分析 DOI 编码:10.16641/j.cnki.cn 11—3241/tk.2016.05.013
0 引言 随着地源热泵技术的应用规模和普及范 围的不断扩大, 对地源热泵盲目的追求造成 了一部分失败的案例, 许多项目不考虑自身 属性、经济环境条件就盲目采用地源热泵。 虽 然现在有关地源热泵表现评价的研究越来越 多,但是往往只偏重于某一方面,比如技术经 济层面或者环保节能层面, 对地源热泵项目 的可行性分析研究不多。 本论文针对具体案 例,从冷热负荷平衡、地埋管面积、地源热泵 系统的效益以及风险等 4 个方面进行分析, 来确定该项目应用地源热泵系统的可行性。 1 项目概况 本工程为济南某办公建筑, 空调面积 19696m2,夏季逐时最大冷负荷 1339kW,夏季 最大总冷负荷 1653kW,计算可得同时使用系 数为 0.81[1]。 热负荷为 1162kW。 2 冷热负荷平衡计算 耗 冷 量 = 冷 负 荷 × 时 间 =1339 ×43 ×10 = 575767(kW·h) 耗 热 量 = 热 负 荷 × 时 间 =1162 ×88 ×10 =
用地源热泵系统。 3 地下埋管面积 根据地质及环境条件, 确定采用竖埋管
形 式 , 钻 孔 孔 径 150mm, 钻 孔 间 距 5m, 双 U 型管,管径 De32mm。根据热物性测试结果:双 U32 型地埋管, 冬季每米孔深从地下提取热 量按 41W/m 计,夏季每米孔深向地下释放热 量按 65W/m 计。 由参考文献[2]得:管内设计 流速 0.4m/s。 地埋管深度 120m。 可计算得:钻 孔数为 236 个,具体排列方式是 15×16。 钻孔 总 用 地 面 积 为 :5250m2。 该 办 公 楼 周 围 绿 化 带、停车场可以满足要求。
t=0
(4.20)
Pt′—动态投资回收期;
(CO-CI)t—第 t 年 静 现 金 流 量 ,t=0 时 , CO 为地源热泵系统多出常规供热 (空调)系
统的初投资,CI=0;t=01,2,3…时,CI 为第 t 年
- 70 -
地源热泵系统相比常规供热(空调)系统节省 的运行费用,CO=0;
(1 +i0) -t—一 次 支 付 现 值 系 数 ,i0 取 为 8%。
1.21
计算公式如下:
PERh=
Qh W/ηe
=COP·ηe
(4.11)
区域供热 2016.5 期
PERc=
Qc W/ηe
=EERc·ηe
(4.12)
由计算可得:地源热泵系统的 PER 值均
大于 1,说明热泵系统是节约能源的,比燃气
锅炉+冷水机组系统效率要高。
4.2 地源热泵环境效益分析
地源热泵的环境效益主要是基于节能
1022560(kW·h) 地埋管夏天需要往地下排热量:耗冷量×
(1+ERRsys)=575756×1.26=723386(kW·h) 冬 天 需 要 从 地 下 取 热 : 耗 热 量 ×(1 -
COPsys)=730400(kW·h) 不平衡率=(730400-723386)/730400=1% 地下吸放热的不平衡程度不大, 可以采
x—节能率,%。
(4.8)
4.1.5 一次能源利用率的计算
评价热泵技术性能的参数有两个, 供热
系数 COP 和供冷系数 EER 以及一次能 源 利
用率 PER[7]。
计算公式为:
COP= Qh W
(4.9)
EER= Qc W
(4.10)
可以看出, 这个值体现的是能量的量的
比较,而忽略了质的不同。 热能是低品位的能
具体减排量如表 8 所示:
表 8 减排量计算表
污染物种类
CO2
减 排 量 (t/α )
95.9
SO2+NOx 1.25
烟尘 0.37
计算公式如下:
ΔMCO2 =2.46×ΔM ΔMSO2 +NO2 =0.0321×ΔM ΔM 烟尘=0.0096×ΔM 4.2.2 减排效益的计算:
(4.13) (4.14) (4.15)
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