热源塔热泵与单冷机 燃气锅炉经济分析

引言   空调系统冷(热)源来源是否经济，直接关系到大型建筑物冷暖空调、生活热水的能耗及经营管理成本。由于我国的空气源热泵技术来源于国外，这种延用于国外的空气源热泵构造存在缺陷，不适宜在中国南方特定的夏“高温酷暑”冬“低温高湿”的气候条件下运行。目前南方比较普遍应用的建筑物空调冷(热)源方案，仍是以单冷机+矿物燃料锅炉为主的设计，但是随着全球矿物燃料经济性能的不断下降给企业增加了运行成本。本方案以长沙地区金帝大厦为例，采用传统单冷机加燃气炉冷(热)源与热源塔热泵冷(热)源进行经济比较，认为“热源塔热泵冷(热)源”来源比较经济。

关键词  空气源热泵、单冷机+燃气锅炉、热源塔热泵

1 、传统建筑物空调冷(热)源 方案  

     1 . 1 空气源热泵 冷(热)源方案   夏季，风冷式制冷机的冷凝温度取决于室外干球温度，而水冷式制冷机的冷凝温度则取决于室外湿球温度。南方空气温度多在35℃以上，湿球温度多在28℃左右，所以依靠干空气进行冷却制冷能耗要高于水蒸发冷却制冷。冬季，受南北冷暖气流团对峙的影响，低温高湿阴雨连绵，平均湿度达85% 以上，0～5℃“低温高湿”气候期持续时间长，是现有窄带空气源热泵结霜最为严重时期，热泵处于无霜至结满霜与半结霜状态下运行，供热性能下降35～40%；平均每小时化一次霜，按现代技术不停机旁通换向化霜程序，一次化霜的时间不少于8分钟左右，化霜减少的供热量达15～20%左右。因此，在最恶劣工况条件下现有窄带空气源热泵机组的实际供热输出量，只有标准工况供热量的50%左右，供热性能系数COP平均只有1.5左右。

    1 . 2 单冷机 + 锅炉 冷(热)源 方案   由于空气源热泵构造存在缺陷性能不稳定能耗高，在传统大型中央空调比较普遍应用的是：① 单冷机+燃煤锅炉；② 单冷机+燃油锅炉；③ 单冷机+燃汽锅炉；三种单冷机+锅炉空调冷(热)源方案可以看出，夏季都可以应用比较经济的水蒸发冷却冷源，唯一不同的是冬季所采用的热源燃料经济性有很大的差别，不同程度上存在致命的缺陷。燃煤热源燃料价格比较便宜，因严重污染环境在环保城市已被禁止使用；燃油热源受国际燃料价格影响不断攀升时而短缺，企业不堪重负；燃气热源实际燃烧值效率比理论燃值低25—30%，行业界人士至今未能解释清楚。

2 、南方冬季 建筑物 供热成了难题  

     由于锅炉热源方案因污染环境及燃料价格上涨等因素影响，行业界人士再一次把建筑物空调冷(热)源方案设计转向空气源热泵冷(热)源方案，《热泵市场》杂志报道“2008年50年一遇的冰冻期，郭鹏学暖通空气源热泵基本瘫痪”。行业界的学者又把目光投向混合源地源热泵冷(热)源方案，在南方丘陵山区不惜重金将地源换热器埋入地下，年节约能源的代价尚不能底支付银行年贷款利息的40%，使用户负债累累。

3 、热源塔热泵现身热泵空调行业

   《地源热泵》杂志报道“热源塔热泵现身热泵空调行业”。在空调行业，空气源热泵、地源、水源热泵空调作为空调家族最重要的三大代表，一直占据着市场的不少份额，如今，热泵空调家族又出来一种新产品加入这一行列，这就是热源塔热泵。热源塔热泵是一种能从“低温高温”空气中高效吸收提升低温位热源的装置，这一产品和技术由热源塔热泵技术研究所刘秋克工程师研发。热源塔热泵由冷热源吸收设备闭式塔和低温位热能提升设备低热源热泵组成。除了具有其它热泵空调具有的采暖、制冷、提供生活热水功能外，该产品尤其解决了打井、埋管式水源/地源热泵因地质构造复杂或可利用空间太小而导致的初投资过高或无法使用的难题。“热源塔热泵是一项实用性非常广泛的节能专利技术，将取代环保城市单机制冷+燃油锅炉的制冷供暖方式，技术完美的将冬季高湿地区的空气源可再生能源利用技术与水冷蒸发制冷技术有机的结合融为一体，实现冷暖空调热水三联供”。

4 、地质气候条件蕴藏了 无限能量

     冬季在中国长江流域以南地区，北方冷空气南下，分别受到云南高原、川西高原、武夷山脉和南岭山脉的阻挡滞留，而来自赤道的海洋蒸发暖湿气流又不断从较低的南岭山脉越过与北部冷空气汇合，使南方的广大地区成为冷暖气流团对峙区，“低温高湿”成为该区域冬季特定的气候条件。 冬季，－3～2℃的空气温度有近200—250小时(约10天左右)，2～5℃的空气温度有近900—1000小时(约40天左右)。寻找廉价的适合于中国南方“低温高湿”气候条件的低品位热源作为热泵热源，成为行业节能减排关注的焦点。在美国北部地区地源——土壤源热泵，冬季地下土壤源温度一般都在0℃以下。在中国南方2℃以下的“低温高湿”气候期占供暖期的15%左右，持续时间短；2℃以上的“低温高湿”气候期占供暖期85%以上，持续时间长。以环境空气源作为低品位热源具有无限能量，从“低温高湿”空气中吸收提升低品位能量的条件要优于美国北部地区地源——土壤源热泵的条件。所以，需要根据中国南方特定的气候条件，开发一种能从“低温高湿”空气中高效吸收提升低品位热源的装置即“热源塔热泵”。 

5 、 热源塔热泵 冷(热)源 与单冷机 + 锅炉 冷(热)源经济对比

     本经济对比方案以长沙金帝大厦为例，主要功能区域分为商场部分和酒店部分。

     商场部分空调面积约17000M2，采用单冷离心机空调2800 KW已经是比较经济型设计，维持原方案。

     酒店部分空调面积约14000M2，设计采用单冷螺杆机空调1400 KW加900KW燃气锅炉方案，变更设计采用热源塔热泵1400 KW冷暖空调生活热水三联供方案，要求对不同配置部分作出经济比较。

   

     5.1   按商业电价1.01元/KWH、营业性用气2.65元/M3、燃油5.9元/kg、冬季按50年一遇-4～1℃冰冻期为计算依据，设计方案采用热源塔热泵冷(热)源与单冷机+燃气锅炉冷(热)源进行经济对比。

        结语： 热源塔热泵冷(热)源对比单冷机+燃气锅炉冷(热)源方案。减少初投资31.00万元，年减少银行贷款利息3.60万元。按商业电价计算，减少32.90万元左右综合运行费用。

     5.2 按非商业电价0.85元/KWH、营业性气2.65元/M3、燃油5.9元/kg、冬季按50年一遇-4～1℃冰冻期为计算依据，设计方案采用热源塔热泵冷(热)源与单冷机+燃气锅炉冷(热)源进行经济对比。

      结语： 热源塔热泵冷(热)源对比单冷机+燃气锅炉冷(热)源方案。减少初投资31.00万元，年减少银行贷款利息3.60万元。按非商业电价计算，减少41.80万元左右综合运行费用。

      5.3 按民用电价0.65元/KWH、营业性用气2.65元/M3、燃油5.9元/kg、冬季按50年一遇-4～1℃冰冻期为计算依据，设计方案采用热源塔热泵冷(热)源与单冷机+燃气锅炉冷(热)源进行经济对比。

       

      结语： 热源塔热泵冷(热)源对比单冷机+燃气锅炉冷(热)源方案。减少初投资31.00万元，年减少银行贷款利息3.60万元。按民用电价计算，减少55.04万元左右综合运行费用。

附件1：燃料价格参考

信息来源：三湘都市报  发布时间2006年6月1日

1 、长沙电费：

    （1）居民生活用电电价 0.573元人民币/千瓦时（1-10kv电压等级电价标准）

    （2）非居民照明电价 0.85元人民币/千瓦时（1-10kv电压等级电价标准）

    （3）商业电价 1.01元人民币/千瓦时（1-10kv电压等级电价标准）

    （4）非工业、普通工业电价 0.666元人民币/千瓦时（1-10kv电压等级电价标准）

    （5）大工业电价1-10kv电压等级电价标准电度电价 0.561元人民币/千瓦时、220kv电压等级电价标准0.49元人民币/千瓦时基本电价20元人民币/千伏安/月(按变压器容量计费)30元/千瓦/月（按最大容量计费），另在丰水期用电或低谷时段用电，实际电价水平低于上述电价水平

  （6） 对新投产的用电大户，经批准，可直接与发电企业签订购电合同，由双方协商供电价格。

2 、长沙水费：

    工业用水2.20元人民币/吨(约0.286美元/吨)，包括0.8元污水处理费。

    生活用水1.88元人民币/吨(约0.244美元/吨)，包括0.65元污水处理费。

3 、长沙燃气费：

     从6月1日零时起，长沙气价今起上调 居民用气每立方提价0.09元，长沙市天然气到户销售价格每立方米平均提高0.12元(含税)，但居民用气价格的提价额不得高于每立方米0.12元。调整后的具体价格标准为：居民用气由2.27元/m3 调整为2.36元/ m3；工业用气由2.16元/ m3 调整为2.28元/ m3；非营业用气由2.4元/ m3 调整为2.55元/ m3；营业性用气由2.50元/ m3 调整为2.65元/ m3。