燃气-水源热泵系统方案的经济性研究

徐 龙 中石化泉州石化有限公司 俞增盛 上海市能效中心

目前城市常见的供热空调能源为煤、电、油、气，其中天然气是有发展前景的城市能源。在供热空调领域，以天然气为能源，用燃气机驱动压缩机并充分利用发动机废热、工业余热以及低品位环境热量的采暖、空调装置为低污染的环保装置。此外国家目前出台了鼓励发展燃气热泵（GHP）的政策，如上海市规定：对于燃气空调补贴100元/kW制冷量；北京市规定：对于燃气空调的补贴为300元/kW制冷量，提供优惠气价，加大气价季节差。现将燃气机热泵与电驱动的空气源热泵机组，电驱动的水源热泵机组，燃气驱动的空气源热泵机组，溴化锂直燃吸收式冷温水机组以及冷水机组加锅炉（燃油、燃气）的形式进行比较，以了解其技术经济性能。

1 不同供热方式的一次能源利用率比较

以燃气压缩式热泵、燃煤锅炉、燃气锅炉、电热锅炉、电动热泵等冷热源设备为例，分析不同供热方式运行的能量利用情况。以下以供热为例，首先以一次能源利用率PER（Primary Energy Ratio）进行评价：

假设按标准工况进行比较，根据编制的程序计算，燃气－水源热泵的制热COP为3.56，燃气－空气源热泵和电动热泵的制热COP为3.28。

以上涉及的不同热源设备的PER的比较见表1。由表1可见，一次能源利用率从高到低的排列顺序依次为：燃气水源热泵、燃气空气源热泵、电驱动水源热泵、电驱动空气源热泵、燃气锅炉、燃煤锅炉和电锅炉。

2 不同供热方式的年单位面积初投资、运行能耗费用比较

考虑的冷热源方式主要有：冷水机组＋燃气锅炉、冷水机组＋燃油锅炉、溴化锂直燃式冷温水机组、电动风冷热泵冷热水机组、电动风冷热泵机组、水源热泵冷热水机组、燃气机驱动空气源热泵冷热水机组、燃气机驱动空气源热泵机组、燃气机驱动水源冷热水机组。此外，对于锅炉的选用，主要考虑燃气锅炉和燃油锅炉两种。

表1 不同热源设备的PER比较

2.1 工程概况

上海某办公楼采用的冷热源形式是燃气空气源热泵机组，建筑基本情况如下：

建筑类型：办公室（运行时间8：00～18：00）

建筑面积：约4 000㎡

空调面积：约3 000㎡

总设计冷负荷：450 kW

总设计热负荷：300 kW

2.2 设计参数

上海市室外气象参数，室内设计参数及上海市能源价格见表2、表3及表4。

表2 上海市室外气象参数

表3 室内设计参数

表4 上海市能源价格

2.3 初投资与运行费用的比较

系统的初投资主要包括主机和辅机的设备购置费、设备安装费、电力增容费和土建施工费等。此处电力增容费略去不计；设备安装费按设备购置费的25%计算；机房面积按照设计要求进行计算，制冷机房面积约占总建筑面积的4.6%～7.5%。

（1） 各冷热源方案的初投资费用比较

上述各冷热源方式的初投资费用见表5。

由表5可知：第一，初投资从高到低依次为：①溴化锂直燃式冷温水机组、②燃气机直接蒸发式空气源热泵机组、③冷水机组＋燃气锅炉、④冷水机组＋燃油锅炉、⑤燃气机空气源热泵冷热水机组、⑥燃气机水源热泵冷热水机组、⑦电动风冷热泵机组、⑧电动水源热泵冷热水机组、⑨电动风冷热泵冷热水机组。第二，同一能量方式的机组初投资都很接近。冷水机组＋燃气锅炉、冷水机组＋燃油锅炉初投资接近，电动风冷热泵机组、电动水源热泵冷热水机组、电动风冷热泵冷热水机组初投资接近，燃气机空气源热泵冷热水机组、燃气机水源热泵冷热水机组初投资接近。第三，溴化锂直燃式冷温水机组、燃气机直接蒸发式空气源热泵机组的初投资较高。

（2）各冷热源方式的年运行费用比较

上述各冷热源方式的年运行费用见表6。

表6 各冷热源方式的年运行费用比较

由表6可知：年运行费用从高到低依次为：①电动风冷热泵冷热水机组、②电动风冷热泵机组、③冷水机组＋燃油锅炉、④冷水机组＋燃气锅炉、⑤溴化锂直燃式冷温水机组、⑥电动水源热泵冷热水机组、⑦燃气机空气源热泵冷热水机组、⑧燃气机直接蒸发式空气源热泵机组、⑨燃气机水源热泵冷热水机组。

（3） 各冷热源方式的综合经济性比较

为了将系统的初投资和运行费用综合起来考虑系统的经济性，通常有两种方法：1）计算系统的投资回收年限，2）计算系统在其寿命周期内的总费用。考虑到回收年限不容易确定，特别对于一些新型的机组，还没有一个统一的结论，因此笔者选取了5年、10年、15年这三个年限来计算各冷热源方式的费用情况，从而可以对机组的短、中、长期费用情况作一分析和对比，详见表7、表8。

3 结论

（1）与其他冷热源方式比较，随着使用年限的增加，溴化锂吸收式冷温水机组的总费用在不断地下降，考虑到目前市场上主流的该类机组的使用寿命大约为15年，因此，在这类面积和用途的建筑中，溴化锂吸收式冷温水机组并不十分经济。

（2）虽然目前冷水机组加锅炉的形式由于其较好的稳定性仍然是冷热源选型时的首选，但是，我们通过比较发现，无论是5年，10年还是15年，此类冷热源方式对于这类建筑都很不经济。

（3）与其他形式的冷热源比较，电动风冷热泵机组的费用并没有太多的改变，都处在第4、第5位。

（4）由于选用的建筑面积比较小，热泵机组的经济性突出。

最后，上述分析结果还表明：燃气水源热泵冷热水机组的经济性在整个研究设定的时间内都处于最节能的地位，因此可以总结为：对于这类面积和用途的建筑，燃气水源热泵冷热水机组具有很好的经济性，非常适合在对燃气有优惠政策，冬季气温不是很低的长江三角洲地区应用。

表7 各冷热源方式的5、10、15年总费用 元

表8 各冷热源方式的5、10、15年总费用比较

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