1、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4060；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
2、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4050 。2、移峰填谷
3、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
4、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
5、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
6、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：主要设备选型设备名称设备参数数量备注1双工况冷水机组空调工况制冷量2142kW，输入功率609kw；蓄冰工况制冷量1440kw输入功率410kw空调工况下冷冻水进出水温度11/6；蓄冰工况下冷冻水进出水温度-5.6/-2.2。22地源热泵机组制冷量2900KW，输入功率430kw，冷冻水进出水温度12/7，地源侧进出水温度25/30；制热量2853kw，输入功率600
7、kw冷热水进出水温度40/45，地源侧进出水温度10/5。23乙二醇泵流量430m3/h，扬程32m32用1备4乙二醇板换二次侧冷冻水泵流量750m3/h，扬程38m32用1备5双工况主机冷却水泵流量480m3/h，扬程30m32用1备6双工况主机冷却塔流量520m3/h，进出水温度37/3227板式换热器（乙二醇-水）换热量3960kw28蓄冰装置总蓄冷量4914RTH9地源热泵机组冷冻水泵流量550m3/h，扬程38m32用1备10地源热泵机组地源侧循环泵流量628m3/h，扬程30m32用1备六、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
8、万元。其中地源热泵机房投资约为： 905 万元，地埋孔投资约为：1100万元， 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：设备冬季运行时间运行天数功率电价数量负荷系数总运行费用（万元）地源热泵机组14794300.56533 0.8112冷冻水泵（热泵机组）1479753地源侧水泵1479
9、903冷却塔夏季运行费用：（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：类别谷段（蓄冷）平峰峰段时段23:00-次日5:005:00-17:0017:00-23:00电度电价电价（元/千瓦时）0.366040.732081.317740.8014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：负荷比例100%负荷75%负荷50%负荷25%负荷负荷天数2768121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地源热泵+冰蓄冷系统年运
10、行费用天数（天）日运行电费（万元）电费（万元）100%负荷运行22.454.9 75%负荷运行761.69128.950%负荷运行811.34 108.9 25%负荷运行210.64 13.57 总计180256.3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： 设备名称主要参数数量备
11、注离心式冷水机组制冷量3516kw，功率575kw,冷冻水供回水温度7/12;冷却水供回水温度32/373-螺杆式冷水机组制冷量1246kw，功率224.1kw冷冻水供回水温度7/12;冷却水供回水温度32/372冷冻泵流量665m3/h，扬程32m,功率90kw43用1备离心机冷冻泵流量236m3/h，扬程32m,功率45kw32用1备螺杆机冷却泵流量775m3/h，扬程28m,功率90kw43用1备离心机冷却泵流量278m3/h，扬程28m,功率45kw32用1备螺杆机冷却塔845m3/h，功率：45KW3离心机冷却塔300m3/h，功率：30KW2螺杆机燃气锅炉2.8MW天然气耗量297
12、Nm/h2热水泵流量220m3/h,扬程32m32用1备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：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）南昌市商业电价基准电价为0.8014元/度。2.3）天然气价格：4.1元/m3；按商业用电电价0.8014元/度计算：全年运行费用：594.9万元；其中冬季运行费用：220.7万元，其中夏季运行费用：374.2万元冬季运行费用：设备冬季运行时间运行天数功率/燃气耗量电价/燃气价数量负荷系数总运行费用（万元）冷却塔0.80140.8220.7冷
13、水机组冷冻泵冷却泵热水泵1479372燃气锅炉14792974.12夏季运行费用：设备夏季运行时间运行天数功率电价数量负荷系数总运行费用（万元）冷却塔14180450.801430.6374.2冷却塔14180302冷水机组141805753冷水机组141802242冷冻泵14180903冷冻泵14180452冷却泵14180903冷却泵14180452热水泵燃气锅炉3、两种（冷热源）方案经济性比较初投资/万元单位面积初投资/元/m2运行费用/万元单位面积运行费用/元/m2复合地源热泵多投资部分的投资回收期/年复合地源热泵系统3189.6298.9368.336.83.9（冬）11211.2（
14、夏）256.325.6常规系统2303.7205.8594.959.49（冬）220.722（夏）374.237.4从冷热源初投资和运行费用经济分析可以看出虽然冰蓄冷+地源热泵系统初投资高于常规系统的初投资，但是冰蓄冷+地源热泵系统的运行费用每年要比常规系统节约226万元，预计约3.9年可以收回地源热泵初投资多出的费用。因此，在收回初投资增加的费用后，每年本系统将节省较多运行费用，对于大型公共建筑的节能具有重大意义，地源热泵作为一项可再生清洁能源，可缓解冬季燃煤供热造成的污染问题，因此对于具有条件采用冰蓄冷、地源热泵技术的大型公共建筑，在冷热源方案设计阶段时应优先考虑。参考文献：1马最良,吕悦,等地源热泵系统设计与应用M.北京:机械工业出版社,20072赵庆珠等，蓄冷技术与系统设计中国建筑工业出版社，20123郭温芳，钱兴华，郝荣，冰蓄冷空调的经济性分析，北京交通大学7
