酒店工程之别墅地源热泵经济性案例分析

XX别墅位于延庆，该别墅建筑结构为地面三层，地下一层，每户都有一个40平方花园，这就给安装地源热泵提供了必要条件。对已经施工完成的户型作比较，其结果如下：

一、采用传统的风冷热泵中央空调，其造价：52500元。

二、采用地源热泵中央空调系统，其造价：72500元。

三、采用地源热泵中央空调系统每年可节省的电费和燃气费用：5550元。

四、除去燃气炉的成本约11500元，两年内节省的费用就超过增加的投资。

一、地源热泵系统介绍

随着空调工业的发展，先进的中央空调系统不断的出现，空调在现代建筑中扮演着越来越重要的角色。人们对空调的要求也不断提高，节能、环保、灵活成为今后共同追求的目标。近年来，随着国际经济技术合作的不断深入，地源热泵中央空调系统进入了我国，并通过在工程中的成功运用得到了空调界人士的认可和推崇，成为了我国中央空调发展的趋势，体现了节能、环保、灵活、舒适的新概念。美国环境保护局已经宣布，地源热泵系统是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。

组成

地源热泵空调机组是一种水冷式的供冷/供热机组。机组由封闭式压缩机、同轴套管式水/制冷剂热交换器、热力膨胀阀（或毛细膨胀管）、四通换向阀、空气侧盘管、风机、空气过虑器、安全控制等所组成。机组本身带有一套可逆的制冷/制热装置，是一种可直接用于供冷/供热的热泵空调机组。

原理

地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的中央空调系统。

在冬季，地源热泵系统通过埋在地下的封闭管道（称为环路）从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内。再由装在室内的地源热泵系统驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。

在夏季，此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷。尤如电冰箱那样，从冰箱内部抽出热量并将它排出箱外使箱内保持低温。

系统

系统是由下列部分所组成：模块式地源热泵机组、循环水泵、水管环路、水系统控制箱和室内温控器等。

地源热泵机组采用标准构件,需要时各部件的修配和更换很方便。因为设计简单，并不需要高技术的操作工程人员的服务。唯一需要经常保养的是空气过滤网和凝结水盘的清洁。

系统设计简单，灵活、安装快速。机组己在工厂组装好并自带温度控制装置，现场工作只是少量低压风管、电气连接装置和不需要保温的水管的连接。管道可采用钢管、铜管或塑料管。维修方便快捷，机组结构坚固，寿命长久。热泵机组的功率系数(COP)可达到4以上，即1千瓦电输入，有4千瓦多冷量输出的高效率。

优势

1. 地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循环再生，实现对建筑物的供暖和制冷。因而运行费用较低。

2. 地源热泵比风冷热泵节能40％，比电采暖节能70％。比燃气炉效率提高48％。所需电费制冷季比一般热泵空调减少50％。

3. 地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

4. 地源热泵系统在运行中无需燃烧，因此不会产生有毒气体，也不会发生爆炸。

5. 由于地源热泵系统的供冷、供热更为平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值。这种系统更容易适合供冷、供热负荷的分区。

6. 地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。

7. 一年四季任何时间都可以随时提供空调，可以随意设定室内温度，达到五星级要求。

8. 提供新风，保证室内空气新鲜。

9. 设计简单灵活，安装快速。

应用

地源热泵系统的能量来源于地下能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。

二、地源热泵应用于别墅的经济性分析:

一、运行的环境条件

1.与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能为热量，供用户使用，地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。

2.地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60%[13]。

运行费用分析：

以第一阶梯天然气价1.90元/m3、电0.44元/kWh来比较（中所周知，使用燃气锅炉不可能按照第一阶梯气价算，全国平均天然气第三阶梯几个平均为3.00元/m3。为了保守起见，这里使用最低天然气价格对比）。如果利用天然气来采暖，天然气热值为33500kJ/m3，利用热效率90%计，则燃烧1m3可以获得热量为：Q=33500×0.9=30150kJ。

如果使用地热热泵，取COP=3.5，则获得同样的热量需要耗电量为：

W=Q/COP=30150/35=8614.3(kJ)=2.4(kWh)

费用比较可知：

热泵供暖电费=0.44(元/Kwh)×W=0.44×2.4=1.056(元)

而1m3的天然气费用=1.90(元)

因此，用地热热泵供暖（热）可减少运行费用：

y=(1.9-1.056)/1.9=44.4%

三、工程实例投资及经济性对比分析：

将地源热泵应用于户式中央空调中，有以下一些特点：

(1) 从经济性方面考虑，设备的初投资较大，但是，地源热泵在夏季可以做空调冷源，冬季可以做供热的热源，因此兼用制冷的热泵系统与纯采暖相比的年运行费要明显降低。而且，地源热泵系统能耗少，机组性能系数高，节能效果明显。

(2) 从环保的角度考虑，地源热泵有不对使用地产生大气污染、噪声污染、热污染等优点，并且埋地换热器可布置在别墅区的花园、草坪或是建筑物周围的地下，而不占地上建筑面积，对环境保护有利，是一种“绿色空调”，符合可持续发展的要求。

(3) 从工程技术方面考虑，对于别墅区，建筑物周围空间较大，铺设埋管较容易，所以较适合使用地源热泵系统。

(4) 从操作运行角度来考虑，地源热泵系统操作要比普通制冷机组简单方便。

尽管地源热泵的应用还存在诸如其区域性较强、初投资较高、缺少针对土壤热特物性参数的研究成果、缺少最佳匹配参数、缺少动态特性研究等方面的不足，但是随着科技的进步和工程技术人员的不懈努力这些问题都将得到很好的解决。

四、 前景展望

在我国夏热冬冷地区及寒冷地区利用地源热泵可实现夏冬两季冷暖联供，其中最有利的地区是夏热冬冷地区。这个地区年平均温度高，一般居住建筑均无集中供热系统供暖，而其气候特点是夏季炎热，湿度大；冬季阴冷潮湿，属我国居住热环境质量最差的地区之一。该地区夏季供冷冬季供暖天数相当，同一地区地源热泵系统进行空调可以充分发挥地下蓄能系统的作用。如果在这些地区大力发展地源热泵空调系统技术，必将大大改善当地人民的居住热环境，为国家节约大量的建筑能耗。

如果按空调的制冷或制热面积来计算空调的价格，户式中央空调的价格应远比中央空调的价格便宜，但和普通空调比起来又略高一些，不过其价格又在人们的承受能力之内，而且户式中央空调的性能不逊于中央空调，豪华舒适性也优于普通家用空调，室外机只有一台，可以选择安装在住房楼顶或者其它隐蔽性的地方，丝毫不影响楼房的外观。

总之，将地源热泵技术应用于户式中央空调的技术可以满足于新世纪空调的发展需要，并且具有很强的可行性，是一种需要大力发展的新型能源利用技术。随着地源热泵应用于户式中央空调技术研究的进展，必然会对我国能源的科学利用起到良好的促进作用。