【论文精选】空气源热泵与闭式热源塔热泵经济性对比

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作 者： 李净净，温延军

第一作者单位： 青岛开源热力设计研究院有限公司

摘自《煤气与热力》2023年8月刊

参考文献示例

李净净，温延军 .   空气源热泵与闭式热源塔热泵经济性对比 ［J］.    煤气与热力， 2023，43（8） ：A09-A11.

1    概述

截至 2019 年底，北方地区清洁供暖取得明显进展，改善了城乡居民用能条件和居住环境。北方地区清洁供暖面积达 116 × 10 ⁸   m ² ，比 2016 年增加 51 × 10 ⁸   m ² 。

本文结合工程实例，对空气源热泵与闭式热源塔热泵的经济性进行对比。

2    工程概况

河北石家庄某新建中学，供热建筑面积约 7.8 × 10 ⁴   m ² ，末端采用风机盘管。拟采用闭式热源塔热泵系统、空气源热泵系统为用户供暖。项目设计热负荷为 3.35 MW ，设计供、回水温度为 55 、 45 ℃，设计质量流量为 288.1 t/h 。石家庄供暖室外计算温度为 -8 ℃，供暖室内设计温度为 18 ℃，供暖期延续时间及热负荷见表 1 （ 将室外温度分为 7 个区间，每个室外温度区间用 1 个特征室外温度表征 ）。

表 1    供暖期延续时间及热负荷

3    热源方案

①空气源热泵系统

空气源热泵系统流程见图 1 。由图 1 可知，空气源热泵系统以空气源热泵为热源，为用户直接供应供暖热水。空气源热泵设计供、回水温度为 55 、 45 ℃，设计质量流量为 288.1 t/h 。采用分阶段改变流量的质调节，不同特征室外温度下相对热负荷比、供水温度、相对流量比见表 2 。

图 1    空气源热泵系统流程

表 2    不同特征室外温度下相对热负荷比、供水温度、相对流量比

②闭式热源塔热泵系统

闭式热源塔热泵系统流程见图 2 。由图 2 可知， 闭式热源塔热泵额定供、回水温度为 55 、 50 ℃，用户设计供、回水温度为 55 、 45 ℃。由上述参数可知，热泵、用户的供回水温差不一致，且存在流量不匹配的问题。因此，在闭式热源塔热泵系统中增设 1 台平衡混水罐，将热泵与用户进行流量匹配，以降低系统运行能耗 ^{［ 1 ］} 。设置平衡混水罐时不同特征室外温度下热泵、用户的供回水温度、质量流量见表 3 。

图 2    闭式热源塔热泵系统流程

表 3    设置平衡混水罐时不同特征室外温度下热泵、用户的供回水温度、质量流量

4    设备造价

①空气源热泵系统

空气源热泵系统主要设备额定参数及造价见表 4 。由表 4 可知，空气源热泵系统主要设备造价（含设备购置费和安装费）为 289.8 × 10 ⁴   元。考虑管子、阀门材料费和安装费 30 × 10 ⁴   元，空气源热泵系统设备造价为 319.8 × 10 ⁴   元。

表 4    空气源热泵系统主要设备额定参数及造价

②闭式热源塔热泵系统

闭式热源塔热泵系统主要设备额定参数及造价见表 5 。由表 5 可知，闭式热源塔热泵系统主要设备造价为 450.1 × 10 ⁴   元。考虑管子、阀门材料费和安装费 35 × 10 ⁴   元，闭式热源塔热泵系统设备造价为 485.1 × 10 ⁴   元。

表 5    闭式热源塔热泵系统主要设备额定参数及造价

5    经济性分析

5.1   空气源热泵系统

5.2   闭式热源塔热泵系统

闭式热源塔热泵机组供暖期平均制热性能系数取 4.0 。将已知参数代入式（ 1 ），可计算得到闭式热源塔热泵机组供暖期耗电量为 160.10 × 10 ⁴   kW · h 。

室外温度区间 i 对应的热水质量流量按表 3 数据选取。将已知参数代入式（ 2 ），可计算得到闭式热源塔热泵系统用户循环泵、热源循环泵供暖期总耗电量为 13.23 × 10 ⁴   kW · h 。

由以上计算结果可知，闭式热源塔热泵系统供暖期总耗电量为 173.33 × 10 ⁴ kW · h 。电价按 0.83 元 / （ kW · h ） 计算，可计算得到闭式热源塔热泵系统供暖期电费为 143.86 × 10 ⁴   元。

5.3   经济性分析

两种系统设备造价与供暖期电费见表 6 。由表 6 可知，与空气源热泵系统相比，闭式热源塔热泵系统的设备造价高 165.3 × 10 ⁴   元，供暖期电费低 74.1 × 10 ⁴   元。由计算可知，多出的设备造价可在 2.23 a 后收回。

表 6    两种系统设备造价与供暖期电费

6    结论

与空气源热泵系统相比，闭式热源塔热泵系统设备造价高 165.3 × 10 ⁴   元，供暖期电费低 74.1 × 10 ⁴   元，多出的设备造价可在 2.23 a 后收回。

参考文献：

［ 1 ］温延军，李净净 .  平衡混水罐在供热工程的应用［ J ］ .  煤气与热力， 2022 （ 8 ） ： B01-B03.

（本文责任编辑：贺明健）

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