工程机械行业技术经济性分析

地源热泵既能供暖又能空调，既环保又节能，但地源热泵是否具有经济竞争性仍然是一个非常关键的问题。由于涉及的因素很多，不同地区，不同能源结构及价格等都将直接影响地源热泵的经济性，这里仅通过对地源热泵与传统的供暖空调方式进行比较，探讨其经济性。

地源热泵供暖经济性可以和传统燃煤、燃油和天然气锅炉进行比较，地源热泵空调经济性可以和单冷空调进行比较，及其供暖空调综合经济性的比较。评价的主要指标有：初投资、成本，及现金流量表相关经济参数的评价。

经济参数

1 初投资：指供暖空调系统各部分投资之和，包括有：土建费、设备购置费、安装费及其它费用（包括设计费、监理费和不可预见费）。

2 年总成本：指系统各部分的运行费，如水费、电费、燃料费；排污费；管理人员工资、管理费；设备折旧费和设备维修、大修费等。

3 年经营成本：指年总成本中扣除设备折旧费。

4 单位面积经营成本：用年经营成本除以供暖或空调面积来计算。

5 单位热（冷）量经营成本：用年经营成本除以供暖累积热负荷或空调累积冷负荷来计算。

6 现金流量表：采用现金流量表方法计算投资项目的有关经济性指标，如财务内部收益率，财务净现值（NPV）及投资回收期（Pt）。

对一投资项目，如财务内部收益率大于基准收益率，财务净现值NPV>0，表明项目盈利能力满足了行业最低要求，项目在财务上是可以接受的；如NPV<0，则表示未能达到预定的收益，表示可以不考虑此项目。

投资回收期评价方法：如项目的全部投资回收期小于行业基准投资回收期，表明项目投资能按时收回，投资回收期越小，表明经济性越优。

计算条件

1 选取天津地区住宅楼为计算对象，供暖热指标取50w/m2，空调冷指标取80w/m2。

2 地源热泵冬季供暖制热系数4.00，夏季空调制冷系数4.50，单冷空调制冷系数取3.20。

指标

燃料(*)热值(Kcal/*)效率单价

(元/*)

煤 (kg)50000.700.25

油 (kg)103000.852.65

天然气 (m3)85000.901.80

3

经济参数有：地下水资源费（0.04元/吨），电价（0.5元/度），各种燃料的热值及价格（见右表），软化水费，排污费，工人工资，利率，设备使用年限等。

4

供暖空调收费标准，国内北方地区有供暖收费标准，如天津地区为18.5元/m2，但空调没有收费标准。将来供暖空调要改为“计量收费”，以热（冷）量为收费单位，如南方某地出台以0.28元/kw.h冷量为收费标准。

分析比较

1

初投资比较，初投资中包括了从冷热源到管网到室内终端的所有投资项。见图1，热泵的初投资高于锅炉，但从总初投资看，由于地源热泵可供暖供冷，一机两用，一次投资全年使用，节省了冬季供暖的投资，因此地源热泵的初投资要低于锅炉加空调系统的总投资。

2

供暖成本比较，见图2，煤锅炉供暖成本最低，其次是地源热泵、天然气锅炉，油锅炉最高。以地源热泵为基准比较各方案供暖成本，煤锅炉比地源热泵低30%左右，而天然气锅炉要高40%左右，油锅炉要高70%左右。

3 空调成本比较，地源热泵的空调运行成本要低于单冷空调，低约30%左右。

4

从净现值看，收费标准0.28元/kw.h时（图3），各供暖空调方案的净现值均小于0，只有煤锅炉当供暖面积大于一定值时净现值才大于0，说明按0.28元/kw.h的收费标准，只有燃煤锅炉具有一定经济效益。如果加大收费标准，如定为0.4元/kw.h，重新计算各方案的净现值（图4）、收益率（图5）和投资回收期（图6），可以得到燃煤锅炉和地源热泵供暖的净现值均大于0，内部收益率大于基准收益率8%，以及投资回收期小于10年，此时燃煤锅炉和地源热泵供暖经济上是可行的。相比

之下，由于单冷空调经济性明显低于地源热泵空调，所以燃煤锅炉供暖加单冷空调方案的经济性要低于地源热泵供暖空调，说明了地源热泵一机两用，既供暖又空调的经济优势。

对地源热泵方案与燃煤、燃油和燃气锅炉加单冷空调各方案的综合经济性（净现值均，收益率，投资回收期）进行比较，地源热泵为最优方案，其次依次是燃煤、天然气和油锅炉加单冷空调系统。

以上是“单位热（冷）量收费标准”的计算结果，对经营者来说，供应的热（冷）量越多，所收取的费用将越多，并且供暖空调的成本相对越低，因此其经济效益将越高，这类似于电力的供应，电厂供应的电力越多，效益将越高。因此不同建筑物，不同的供热（冷）量，经营者的经济效益将不同，不能照搬本文的计算结果。应针对具体的建筑物类型、用途，当地的气象资料，当地的各种能源价格及供暖空调的收费标准来进行可行性研究，以确定何种供暖空调方式为最经济方案。

对传统的“单位面积收费标准”，由于供应的建筑物面积是确定的，向用户收取的采暖空调费用是固定的，因此对经营者来说，供应的热（冷）量越少，其效益就越高。这与“计量收费”的效果正相反，但采用“计量收费”是有利于用户和有利于节能的。

七、工质替代

作为空调和热泵的主导工质HCFC22淘汰在即，因难以找到HCFC22

性能相当的单一替代物质，采用混合工质替代方案已成共识。国际上迄今提出的HCFC22替代物主要为R410A和R407C，它们的ODP均为0，已经在不少场合获得应用。然而它们不仅在热力性能上与HCFC22有明显差距而且还因具有较大的温室效应势GWP而受限于京都协议。

从温室效应的角度出发，人们又将研究目光放在了来源于自然又可回归自然的自然工质上。自然工质包括碳氢化合物、氨、CO2、空气等，它们的ODP为零、GWP在与CO2相同量级的水平上。有研究认为，氨及碳氢化合物是最有前途的CFC、HCFC和HFC的替代物。但也有观点认为，那些所谓的天然制冷剂，由于不稳定性和存在爆炸的危

险，使得它们在空调工业中被限制使用。另外，国内外也已经开始对CO2跨（超）临界循环进行新一轮的研究。

ASHRAE给出了一些可长期替代R22的混合工质，见表1。ARI 也推荐了一些替代R22的单工质和混合工质，见表2。

表1 ASHRAE推荐的R22替代工质 ASHRAE命名混合物组成质量浓度

R404AR125/R143a/R134a44/52/4

R407CR32/R125/R134a23/25/52

R410AR32/R12550/50

R410BR32/R12545/55

表2 ARI推荐的R22替代工质替代工质质量浓度

R290---

R134a---

R717---

R32/R134a30/70

R32/R227ea35/65

八、常见问题讨论

1.为什么地源热泵在美国、欧洲以及中国，尤其是近些年来为越来越多的用户所认识，市场日趋活跃呢？

一方面是由于全世界范围内比以往更加关注能源、环境与可持续发展的问题，对于中国由于以燃煤为主的能源结构已经造成了极为严重的大气污染，因此，要实现经济的可持续发展，必须尽可能多地利用清洁的可再生能源，必须加大节能的力度，而既能在冬季供暖、又能在夏季制冷空调的地源热泵系统是很好的一个选择；另一方面是地源热泵系统经过多年的研究，在技术上已经非常成熟，而且经过多年的示范与实践，确认了地源热泵系统的很多优点：节约能源、舒适、安全、性能稳定、清洁、使用灵活等。

2.水环路热泵（WLHP）系统与地源热泵（GSHP）系统有什么异同？适用于什么场合？

两者都可通过水源热泵如水－空气热泵或水－水热泵系统为建筑物提供热量或冷量，区别是WLHP系统通常是指利用冷却水塔和锅炉保持全年冬夏两季节的供水温度稳定的系统，而GSHP系统则通常是指通过利用地下水、地下换热系统、地表水或者地下换热系统与冷却塔、锅炉相结合等形式维持供水温度稳定的系统；此外，WLHP一般为分散式系统，而GSHP既可为分散式系统也可为集中式系统。