導(dǎo)語(yǔ)：水源熱泵供暖研究管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文針對(duì)西藏地區(qū)使用地下水源，水源熱泵為制熱裝置時(shí)，末端裝置的合理選擇問題進(jìn)行了分析研究，給出了不同方式的優(yōu)缺點(diǎn)及其初投資和運(yùn)行費(fèi)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

關(guān)鍵詞：水源熱泵散熱器風(fēng)機(jī)盤管初投資運(yùn)行費(fèi)用經(jīng)濟(jì)分析

0.前言

水源熱泵進(jìn)行供暖的工作原理為：冬季從水源中提取能量,也就是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源,采用熱泵原理,通過空氣和水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。由于西藏地區(qū)缺煤少油，常規(guī)能源非常缺乏，一直困擾著西藏的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，嚴(yán)重的電力不足制約著拉薩及周圍地區(qū)的工農(nóng)業(yè)發(fā)展。但西藏卻有豐富的水力、地?zé)?、太?yáng)能和風(fēng)能等資源，其地下水比較豐富,它與河湖等地表徑流的關(guān)系十分密切,全區(qū)地表徑流約有30%系由地下水補(bǔ)給,因此,文中選用水源熱泵的水源為地下水,并進(jìn)行回灌。普通供熱末端裝置一般為風(fēng)機(jī)盤管和散熱器兩種形式，本文將對(duì)這兩種裝置的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析并對(duì)這兩種系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，從而得出哪一種方式更適合西藏地區(qū)的供暖需要。

1.末端裝置的類型及其特點(diǎn)

1.1風(fēng)機(jī)盤管

1.1.1風(fēng)機(jī)盤管的優(yōu)點(diǎn)

①風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)由于布置靈活,節(jié)省建筑空間,對(duì)于不同建筑平面的布置形式都可以適應(yīng)。

②在溫度控制方面,分散分布的風(fēng)機(jī)盤管有利于不同朝向的房間就地控制,從而使不同負(fù)荷房間的溫度基本平衡，各空調(diào)房間可獨(dú)立地通過風(fēng)量、水量(或水溫)的調(diào)節(jié),改變室內(nèi)溫濕度,當(dāng)房間無(wú)人時(shí)可關(guān)閉風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組而不會(huì)影響其它房間,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

③風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)有一定風(fēng)速，所以室內(nèi)氣流分布均勻，流動(dòng)較快，熱交換充分，可以使房間在短時(shí)間內(nèi)完成預(yù)熱。

1.1.2風(fēng)機(jī)盤管的缺點(diǎn)：

①風(fēng)機(jī)盤管送回風(fēng)口必須裝空氣過濾器，否則用了一二年以后表冷器就積滿灰塵，影響表冷器的傳熱效果，而且過濾器要定期清理，否則室內(nèi)空氣品質(zhì)要下降。

②西藏地區(qū)由于其特有的地理環(huán)境及技術(shù)經(jīng)濟(jì)的相對(duì)落后，將給與風(fēng)機(jī)盤管產(chǎn)品相配套的售后產(chǎn)品維護(hù)和維修帶來(lái)較大的困難。

1.2散熱器

1.2.1散熱器的優(yōu)點(diǎn)

①散熱器作為供熱末端裝置，其運(yùn)行費(fèi)用很低，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)盤管運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)要消耗電能來(lái)使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而散熱器不需要，節(jié)省了很多運(yùn)行費(fèi)用。

②散熱器相對(duì)價(jià)格比較低廉，且安裝簡(jiǎn)單，維修方便。

1.2.2散熱器的缺點(diǎn)：

①散熱器供暖靠輻射對(duì)流，室內(nèi)氣流分布不太均勻，熱交換不是很充分，所以相對(duì)風(fēng)機(jī)盤管來(lái)說(shuō)，其預(yù)熱時(shí)間較長(zhǎng)，如果房間為間斷供暖，由于其預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)，所以一般散熱器為全天供暖，造成能量的浪費(fèi)。

②由于水源熱泵提供熱水，所以供水溫度不太高，散熱器的供回水溫差不能取太大，這樣使散熱器傳熱效果下降。

2.末端裝置的選型

2.1風(fēng)機(jī)盤管的選型

2.1.1選型方法

風(fēng)機(jī)盤管有兩個(gè)主要的性能指標(biāo),即風(fēng)量和熱交換量。風(fēng)量由風(fēng)機(jī)選型確定；熱交換量則與盤管的傳熱面積、冷(熱)媒的溫度和流量以及經(jīng)過盤管的空氣溫度和流速等因素有關(guān)。一般廠家樣本上都會(huì)給出風(fēng)機(jī)在高中低三檔下的在標(biāo)況下的名義風(fēng)量和名義制冷、制熱量。我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4283-91《風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組》中規(guī)定:名義風(fēng)量須在盤管不通水,空氣進(jìn)口靜壓差為零的條件下進(jìn)行測(cè)定。但是風(fēng)機(jī)盤管的使用條件顯然不同于測(cè)試條件:實(shí)際情況往往是風(fēng)機(jī)盤管需加裝進(jìn)、出口短管,回風(fēng)格柵需加裝過濾器,使實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)風(fēng)的阻力增大,導(dǎo)致名義風(fēng)量下降,從而造成供冷供熱不足。所以,風(fēng)機(jī)盤管實(shí)際風(fēng)量和冷量熱量是低于名義值的。對(duì)于僅供熱使用的風(fēng)機(jī)盤管,一般進(jìn)水溫度為50℃～60℃,盡管整個(gè)系統(tǒng)為軟水,仍有一定的積垢、積塵影響,還需要進(jìn)行污垢修正。為了保證實(shí)際風(fēng)量,在選用風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組時(shí),必須具備一定的機(jī)外靜壓,用來(lái)克服空調(diào)系統(tǒng)的阻力，一般取機(jī)外靜壓大于20Pa。

這樣根據(jù)風(fēng)量修正、污垢修正,一般取總的修正系數(shù)為1.3，求得盤管實(shí)際工況下的冷（熱）量。當(dāng)其大于等于計(jì)算冷（熱）負(fù)荷時(shí),則滿足要求;當(dāng)其小于計(jì)算冷（熱）負(fù)荷時(shí)需增大盤管繼續(xù)復(fù)核。

當(dāng)提供三檔速度控制開關(guān)或可調(diào)速電機(jī)時(shí),一些設(shè)計(jì)師根據(jù)中檔轉(zhuǎn)速的額定冷量來(lái)選擇風(fēng)機(jī)盤管。這種方法既保證機(jī)組在室內(nèi)運(yùn)行起來(lái)較安靜,而且在速度提高時(shí)能增大機(jī)組容量。但同時(shí)應(yīng)該看到，由于大機(jī)小用,不僅加大了系統(tǒng)容量,提高了工程造價(jià),而且使冷水機(jī)組長(zhǎng)期處于大流量小溫差的不良狀態(tài)下運(yùn)行,這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下,能耗加大,所以按中速檔參數(shù)選用風(fēng)機(jī)盤管,并非合理作法,僅能作為目前的權(quán)宜之計(jì)。

2.1.2選型參數(shù)

根據(jù)上述的選型方法，本文進(jìn)行風(fēng)機(jī)盤管選型時(shí)，取機(jī)外靜壓大于20Pa，總制熱量的修正系數(shù)為1.3。

2.2散熱器的選型

2.2.1選型方法

現(xiàn)在使用的散熱器主要有鑄鐵散熱器，鋼制散熱器，鋁制散熱器?；诣T鐵散熱器雖然價(jià)格低廉，耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)，但是生鐵消耗太大，能源消耗太大，在供暖熱量相同時(shí)，灰鑄鐵散熱器的重量要比鋼制散熱器的重量約高出兩倍?，F(xiàn)今，已經(jīng)向新型鑄鐵散熱器發(fā)展，采用新技術(shù)向輕型化，美觀化發(fā)展。鋼制散熱器是發(fā)展方向。因?yàn)殇撝粕崞骶哂泻芏嗵攸c(diǎn)：重量輕、承壓高，熱工性能好，節(jié)材節(jié)能；裝飾性強(qiáng)；安裝和維護(hù)方便，生產(chǎn)條件好，易機(jī)械化、自動(dòng)化，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，不污染環(huán)境。鋼制散熱器已列為國(guó)家重點(diǎn)推廣計(jì)劃，到2010年時(shí)，將達(dá)到“以鋼為主”。鋁制及復(fù)合陶瓷板式散熱器，此類散熱器適應(yīng)潮流，價(jià)雖高，但K值也高，金屬耗量低，耐腐蝕性強(qiáng)，美觀壽命長(zhǎng)，一般只使用裝修標(biāo)準(zhǔn)高的房間。

2.2.2選型結(jié)果

由《西藏地區(qū)供暖用水源熱泵和散熱器的初投資經(jīng)濟(jì)性分析》可知，對(duì)不同類型的散熱器，在滿足水阻力損失的要求下，應(yīng)優(yōu)先選用閉式鋼串片和高頻焊翅片管，而且工業(yè)企業(yè)及民用適應(yīng)性極強(qiáng)，尤其適應(yīng)高濕、腐蝕及惡劣條件下的化工企業(yè)，其K值雖不高，但金屬熱強(qiáng)度高，經(jīng)結(jié)合比較，其價(jià)格性能比最佳，且工程造價(jià)也較低。經(jīng)計(jì)算選用閉式鋼串片GCB120-1型。

3.系統(tǒng)形式

3.1熱泵

水源熱泵機(jī)組的制熱系數(shù)隨著出水溫度的升高而降低，出水溫度每升高1℃，制熱系數(shù)降低1.5%。因此，水源熱泵機(jī)組出水溫度越高，要獲取相同的熱量，機(jī)組的功率就會(huì)增加，容量增大，熱泵的初投資就會(huì)提高；而且，隨著出水溫度的增加，獲取相同的熱量，熱泵的耗電量將會(huì)相應(yīng)增加，因此，運(yùn)行費(fèi)用也要增多。

3.2風(fēng)機(jī)盤管

供暖末端為風(fēng)機(jī)盤管時(shí)，結(jié)合熱泵和風(fēng)機(jī)盤管的初投資，一般取熱泵的出水溫度為45℃。這樣熱泵的初投資較省，運(yùn)行費(fèi)用降低。而風(fēng)機(jī)盤管的價(jià)格會(huì)高一些，不過相比水源熱泵，風(fēng)機(jī)盤管容易生產(chǎn)，價(jià)格較低。所以，綜合考慮熱泵與風(fēng)機(jī)盤管的價(jià)格因數(shù)，取熱泵的出水溫度為45℃。

3.3散熱器

根據(jù)《西藏地區(qū)供暖用水源熱泵和散熱器的初投資經(jīng)濟(jì)性分析》，可知供暖末端為散熱器時(shí)，選用低溫?zé)岜煤椭懈邷責(zé)岜?，其初投資均在出水溫度為55℃時(shí)為最低。所以，末端為散熱器時(shí)，取熱泵的出水溫度為55℃。

3.4系統(tǒng)形式分析

熱泵的制熱系數(shù)εh可表示為：εh=Qh/P。水源熱泵出水溫度為45℃時(shí)的制熱系數(shù)εh為3.9，而出水溫度為55℃時(shí)的制熱系數(shù)εh為3.3369，可見使用風(fēng)機(jī)盤管時(shí)水源熱泵的制熱系數(shù)比使用散熱器時(shí)的高15％。且由《西藏地區(qū)供暖用水源熱泵和散熱器的初投資經(jīng)濟(jì)性分析》可知：水源熱泵隨著出水溫度每升高/降低1℃,熱泵單位熱量?jī)r(jià)格升高/降低1.5%，可見使用風(fēng)機(jī)盤管時(shí)水源熱泵單位熱量?jī)r(jià)格上比使用散熱器時(shí)的低15%，即水源熱泵的初投資上使用風(fēng)機(jī)盤管時(shí)比使用散熱器節(jié)省15%。熱泵制熱系數(shù)與其初投資成反比關(guān)系。

對(duì)于低溫?zé)岜?，?dāng)Tc=45℃時(shí),熱泵的單位價(jià)格為0.56元/大卡;對(duì)于中高溫?zé)岜?，?dāng)Tc=75℃時(shí),熱泵的單位價(jià)格為1.242元/大卡?？芍?/p>

使用低溫?zé)岜脮r(shí)r=0.482[1+(Tc-45)×1.5%]元／W

使用高溫?zé)岜脮r(shí)r=1.068[1-(75-Tc)×1.5%]元／W

使用低溫?zé)岜脮r(shí)，45℃出水時(shí)熱泵的單位熱量?jī)r(jià)格為0.482元/W，55℃出水時(shí)為0.554元/W。使用高溫?zé)岜脮r(shí),45℃出水時(shí)熱泵的單位熱量?jī)r(jià)格為0.587元/W,55℃出水時(shí)為0.748元/W。

散熱器選型為閉式鋼串片GCB120-1型，其一片價(jià)格為160元，有效散熱面積為5.72m2，K=1.29⊿T0.15W/m2.℃。取散熱器的修正系數(shù)為1.2，則其單位熱量?jī)r(jià)格為：

R=160×1.2/[5.72×1.29(Tc-20.5)1.15]元/W

可算得散熱器供水溫度為55℃，供回水溫差為5℃時(shí)，閉式鋼串片GCB120-1型散熱器的單位制熱量?jī)r(jià)格為0.4434元/W。

風(fēng)機(jī)盤管的選型，假設(shè)每個(gè)房間的熱負(fù)荷均為1500W，根據(jù)上述風(fēng)機(jī)盤管的選型步驟，選擇型號(hào)為MCW200C的臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤管。機(jī)外靜壓為30Pa，水流量為0.24m³/h,45℃進(jìn)水溫度下的制熱量為1970W（大于計(jì)算熱負(fù)荷1500W×1.3=1950W），風(fēng)機(jī)功率為42W，價(jià)格為850元，即風(fēng)機(jī)盤管的單位制熱量為0.5667元/W。

根據(jù)水源熱泵的兩種形式（低溫與中高溫?zé)岜茫瑢⑾到y(tǒng)形式分為：低溫水源熱泵加風(fēng)機(jī)盤管、低溫水源熱泵加散熱器、中高溫?zé)岜眉语L(fēng)機(jī)盤管和中高溫水源熱泵加散熱器四種系統(tǒng)形式，要分別給予計(jì)算。

由以上分析可知，低溫水源熱泵加風(fēng)機(jī)盤管的初投資為1.0388元/W，低溫水源熱泵加散熱器為0.9974元/W，中高溫?zé)岜眉语L(fēng)機(jī)盤管為1.1154元/W，中高溫水源熱泵加散熱器為1.1191元/W?？梢娫诔跬顿Y上使用散熱器的系統(tǒng)稍微節(jié)省，大致價(jià)格相當(dāng)。

運(yùn)行費(fèi)用上主要由熱泵即風(fēng)機(jī)盤管的電費(fèi)和維修費(fèi)用組成，假設(shè)每個(gè)房間的熱負(fù)荷均為1500W，熱泵45℃出水時(shí)其功率為385W，而55℃出水時(shí)其功率為449W，而風(fēng)機(jī)盤管的功率僅為42W，可見風(fēng)機(jī)盤管的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水源熱泵的功率，所以可知使用風(fēng)機(jī)盤管的系統(tǒng)時(shí)功率為427W小于使用散熱器的系統(tǒng)功率為449W,這樣其運(yùn)行費(fèi)用應(yīng)較節(jié)?。唧w計(jì)算可由下面實(shí)例給出。

4.經(jīng)濟(jì)性分析

4.1初投資

西藏拉薩地區(qū)的冬季計(jì)算用采暖期室外平均溫度為0.5℃，室內(nèi)計(jì)算溫度取18℃。例如，取某工程的總熱負(fù)荷為1000KW，假設(shè)每個(gè)房間的熱負(fù)荷均為1500W。

表1.系統(tǒng)初投資價(jià)格表低溫水源熱泵+

風(fēng)機(jī)盤管

低溫水源熱泵+

散熱器

中高溫?zé)岜?

風(fēng)機(jī)盤管

中高溫水源熱泵+散熱器

熱泵價(jià)格（元）482000

末端價(jià)格（元）566950

總價(jià)格（元）1048950

554000

443400

997400

587000

566950

1153950

748000

443400

1191400

4.2運(yùn)行費(fèi)用

由于該工程中使用的地下水為自采自用，因此運(yùn)行費(fèi)用中的水費(fèi)不予計(jì)算；另外，本文主要對(duì)供暖末端不同的系統(tǒng)進(jìn)行分析，為了簡(jiǎn)化起見，運(yùn)行費(fèi)用中的人工費(fèi)用不予計(jì)算，維修費(fèi)按初投資的2.5％計(jì)算。

西藏拉薩地區(qū)冬季計(jì)算用采暖期為142天，進(jìn)行12小時(shí)供暖，取拉薩地區(qū)電費(fèi)為0.5元/千瓦時(shí)。

計(jì)算結(jié)果見下表。

表2.系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用比較低溫水源熱泵+

風(fēng)機(jī)盤管

低溫水源熱泵+

散熱器

中高溫?zé)岜?

風(fēng)機(jī)盤管

中高溫水源熱泵+散熱器

熱泵電費(fèi)（元）218461

末端電費(fèi)（元）23868

維修費(fèi)（元）26224

運(yùn)行費(fèi)（元）268553

257013

/

24935

281948

218461

23868

28849

271178

257013

/

29785

286798

4.3年度總費(fèi)用

年度費(fèi)用，考慮現(xiàn)金流量的年度等值為年度費(fèi)用，以A表示。計(jì)算公式為：

A=k*[i0(1+i0)j]/[(1+i0)j–1]+c

其中：k—初投資；

c—運(yùn)行費(fèi)用；

i—基準(zhǔn)貼現(xiàn)率，i=12%;

j—回收年限，15年；

A—年度費(fèi)用。

表3.系統(tǒng)的年度總費(fèi)用比較

低溫水源熱泵+

風(fēng)機(jī)盤管

低溫水源熱泵+

散熱器

中高溫?zé)岜?

風(fēng)機(jī)盤管

中高溫水源熱泵+散熱器

年度總費(fèi)用（元）422560

428390

440610

461720

由以上數(shù)據(jù)可以看出：

1.使用中高溫?zé)岜脮r(shí)，由于其價(jià)格高于低溫?zé)岜?，所以年度費(fèi)用上均高于低溫?zé)岜谩?/p>

2.在運(yùn)行費(fèi)用上，熱泵的耗電量占很大一部分，所以在保證系統(tǒng)初投資最低，滿足熱負(fù)荷需求的情況下，盡量使熱泵的出水溫度為最低限．

3.選用風(fēng)機(jī)盤管作為供暖末端時(shí)，雖然其系統(tǒng)初投資要稍高于使用散熱器的系統(tǒng)，而其運(yùn)行費(fèi)用要比使用散熱器高出不少，所以年度總費(fèi)用上低與使用散熱器的系統(tǒng)，既使用風(fēng)機(jī)盤管的系統(tǒng)節(jié)能，但沒有明顯高于使用散熱器的系統(tǒng)．

4．使用高溫?zé)岜帽鹊蜏責(zé)岜孟到y(tǒng)年度總費(fèi)用要高，主要由于其初投資要比低溫?zé)岜酶吆芏啵?/p>

5．結(jié)論

通過上述計(jì)算可知，使用低溫?zé)岜眉语L(fēng)機(jī)盤管的系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性上最佳，但是其經(jīng)濟(jì)性沒有明顯高于使用散熱器的系統(tǒng)，而我們的計(jì)算是考慮維修費(fèi)用均為初投資的2.5％，而考慮西藏地區(qū)的實(shí)際情況，散熱器的維修費(fèi)用要明顯低于風(fēng)機(jī)盤管的維修費(fèi)用，而且方便維修，配件方便，所以在西藏地區(qū)大型供暖工程建議使用熱泵加散熱器的形式．

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