区域水源热泵与太阳能耦合系统的经济技术分析

孙宏伟

（江苏河海新能源有限公司，江苏 常州 213100）

区域水源热泵与太阳能耦合系统的经济技术分析

孙宏伟

（江苏河海新能源有限公司，江苏 常州 213100）

介绍了水源热泵与太阳能耦合系统的工作原理和性能特点，对水源热泵与太阳能耦合系统和水源热泵系统进行了经济技术对比分析。结果表明，采用水源热泵与太阳能耦合系统更具有节能环保效益，在建筑节能领域更具有规模化应用前景。

水源热泵；太阳能；耦合系统；经济技术分析

0 引言

国家发改委、住建部联合发布《绿色建筑行动方案》的通知，提出“十二五”期间完成新建绿色建筑10亿m2；到2015年末20%的城镇新建建筑达到绿色建筑标准要求。开发利用各类低品位可再生性清洁能源作为热泵热源为建筑物供冷供暖，对建筑节能与环保具有重要的现实意义。太阳能是一种可再生性清洁能源，太阳能热水系统已被广泛使用。

近年来，水源热泵与太阳能耦合系统的工程应用范围逐步扩大，广州亚运城太阳能水源热泵项目已如期投入使用，为区域集中式供热供冷提供了新的解决方案。鉴于此，笔者从系统造价、运行费用、投资回收期三方面对水源热泵与太阳

能耦合系统作经济技术分析[1-2]。

1. 水源热泵与太阳能耦合系统

1.1 系统结构组成

水源热泵与太阳能系统有多种组合方式，本文以低温水源即水源热泵与太阳能耦合系统为研究对象，该系统由两大部分组成：水源热泵系统，主要由水源热泵、换热设备、冷冻机等组成；太阳能集热系统，主要由平板集热器、集热水箱及循环泵等组成[3-4]。

1.2 系统工作原理

水源热泵与太阳能耦合系统是利用江水源热能与太阳辐射能的复合热源热泵系统。水源热泵与太阳能具有很好的匹配互补性，可根据日照条件、热水负荷和空调负荷变化情况，通过切换阀门采用不同运行模式，系统原理见图1。

1.3 系统性能特点

节能环保效益显著。水源热泵机组运行减少了电力消耗，减轻了电网常年运行负荷。同时降低了一次能源消耗过程中产生的SO2、CO2等污染物排放，减少ODS(消耗臭氧物质)排放缓解温室效应。

水源热泵与太阳能匹配互补。充分利用太阳辐射能资源，可减少电能消耗、减轻电网运营负荷。同时，水源热泵的使用弥补了太阳辐射能集热系统受气候、地理的自然条件影响的劣势[5-6]。

建筑一体化设计。水源热泵与太阳能耦合系统适合用于建筑一体化设计，符合《绿色建筑行动方案》中有关推进可再生能源建筑规模化应用的通知要求。

2. 水源热泵与太阳能耦合系统的经济技术分析

2.1 经济分析方法

1) 财务净现值法：按部门规定的标准收益率，将各年发生的净现金流量，折算到建设期起始年的现金总和，计算公式为：

式中F：项目财务净现值，元；(CI-CO)t：第t年的净现金流量，元；ic：部门标准投资收益

率，%。

图1 水源热泵与太阳能的耦合系统原理

2) 动态费用年值法：对参与比较方案的系统造价按资金的时间价值折算为每年的费用，并与每年的运行费用相加得出费用年值，选取年值最小的作为最佳方案，计算公式为：

式中f：费用年值，元/年；i：利率或采用部门的标准内部收益率，%；m：生产期，年；K：系统造价，元；C：运行成本，元/年。

3) 动态投资回收期：将项目各年的净现金流量按基准收益率折算成现值后推算投资回收期，计算公式为：

式中Pi：动态投资，元；ic：回收期基准收益率，%。

2.2 主要经济指标

1) 系统造价：供暖、空调系统各部分造价总和，包括土建费、设备购置费、安装费及其他费用（设计费、监理费和不可预见费）。

2) 运行费用：系统各部分的运行费用，包括水电费、排污费、管理费、设备折旧费、设备维护费等。

3) 投资回收期：通过资金回流量来回收投资的年限，在能源工程项目中主要应用动态投资回收期分析项目的经济效益[7-8]。

2.3 工程应用对比分析

为了对区域能源解决方案进行经济技术作对比分析，选取两种供暖空调方案即：水源热泵与太阳能耦合系统和水源热泵系统。

以某住宅小区为例，总建筑面积20000m2，综合考虑设备同时使用系数0.75，则建筑总冷、热总负荷分别为1030kW和1100kW。耦合系统采用水源热泵采用2台同方人工SGHP（AII）系列螺杆式水源热泵机组（制冷/热量为518/600kW），太阳能集热板集热面积300m2。水源热泵系统采用2台同方人工SGHP(AII)系列螺杆式水源热泵机组（制冷/热量为518/600kW），系统造价和运行费用对比分析见表1、2。

表1 造价分析

表2 运行费用分析

由表1、2可知，水源热泵与太阳能耦合系统的系统总造价310.5万元，运行费用70.2万元/年；水源热泵系统的系统总造价260.7万元，运行费用87.1万元/年。两者系统造价之差-49.8万元，运行费用之差16.9 万元。取基准投资收益率ic=7%，通货膨胀率取值3%，计算结果见表3。

根据投资回收期的计算公

表3 项目财务现金流量表

式，可得：

3. 结束语

采用水源热泵与太阳能耦合系统的系统造价较高，但投资回收期为3.30年。综合考虑水源热泵对电网运行负荷影响，热泵排水对水体热污染及生态环境构成威胁，且太阳能集热设备价格有降低的趋势，集热效率也将有所提高。

因此，水源热泵与太阳能耦合系统更具有节能环保效益，在建筑节能领域更具有规模化应用前景。

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