管理
38中国建筑金属结构
电缆接头闵彬管业
技术经济分析
张耀中1 姜中卿2
【摘要】受国家节能减排政策驱动，传统供热方式正在经历一场革命，探索低碳、高效、绿、经济的供热方式是行业及学术界面临的重要课题。本文通过对两种不同形式的空气源热泵技术进行技术经济分析，旨在为缺乏市政集中供热的项目比选最佳的新能源供热方案。 【关键词】分布式；燃气空气源热泵；电压缩式空气源热泵；技术经济分析
传统供热方式虽技术可靠，但工艺落后，污染严重。市场对锅炉进行强制脱硫工艺的可行性存在普遍质疑，认为传统燃煤锅炉的整治缺乏财政补贴，企业缺乏积极性和主动性，归根结底是脱硫成本高等原因。
1.政策背景
国务院大气污染治理“十条政策”于2013年6月提出。紧接着，2015年推出《中华人民共和国大气污染防治法（修订草案）》，其中第二十五条明确指出，国务院有关部门和地方各级人民政府应当采取措施，改进能源结构，推广清洁能源的生产和使用。随后，地方政府相继出台了关于燃煤锅炉清洁能源替代的相关政策及相应补贴措施。至此，以电直接驱动的蒸汽压缩式空气源热泵及以燃气为一次能源的吸收式空气源热泵供热系统逐渐引起人们的关注。
2.空气源热泵供热与传统市政供热的比较
传统市政供热是基于热电联产的方式，利用汽轮机冷凝放热后形成的110℃~130℃左右的热水作为供热系统的一次侧热源。热水通过市政供热管网输送到用热项目，通过换热站输送至末端用户。因涉及管网及换热站建设，项目开发商需要缴纳大量的配套费用[1]。
电驱动蒸汽压缩式空气源热泵是最
常见的热泵形式，技术可靠，供应链比较
成熟。其基本原理是通过消耗电力这种
高品位能源驱动压缩机做功，通过制冷
剂的相变换热使热量从低温热源流向高
温热源。目前提高蒸汽压缩式热泵能效
的方法主要有多级压缩和喷气增焓技术，
同时采取提高热泵热力学完善度的方法，
圈套器减小压缩机和换热器的不可逆损失，绝
大部分产品的性能可提升20%左右。
燃气空气源热泵是一种燃气型氨-水
吸收式空气源热泵机组，以氨为制冷剂，
水为吸收剂。依靠天然气燃烧产生的热能
驱动水对氨的吸收、释放，从而产生吸热
和放热过程，进而可以制取热水作为生活
热水或者应用于采暖。吸收式热泵机组工
作过程中包括两个循环：制冷剂循环及吸
收剂循环[2]。
燃气吸收式热泵机组的COP可以达
到1.8左右，气候适应性较强。机组可
在-20℃到43℃的环境下稳定运行，目
前技术较先进的厂家已可实现针对机组
系统特点设计水路系统的控制程序，开
机即可快速满功率运行，智能化霜时可
同步供热，水温控制可做到自动控制，
无级调节。燃气热泵目前在市场上有热
减温减压
水机组和采暖机组之分，可以根据需求
选择不同形式的热泵机组。
燃气吸收式热泵的能效比单从数值
上不如蒸汽压缩式热泵，但是可直接消耗
一次能源来完成热量从低位热源到高位
热源的转移。蒸汽压缩式热泵机组消耗的
是电能，而电能属于高品位能源，其获
取也需要靠燃烧生物质能这种一次能源
作为代价，这一过程的效率目前最高只能
达到约40%左右，如果统一换算成基于
一次能源消耗率下的能效比，电蒸汽压缩
式热泵的COP不一定比燃气吸收式热泵
高，结果要根据具体项目进行数据测算[3]。
3.技术经济分析及优化
本次研究以10万m2住宅组团为例，
分别分析市政供热、电压缩空气源热泵
及燃气热泵的初投资及运行费用。
居住建筑节能设计标准中，目前对
于建筑耗热量指标的规定为25W/m2。则
10万m2项目的总热负荷为2500kW，管
网损失附加率按1.1考虑，则设备负荷
为2750kW。因空气源热泵在极寒天气
下的衰减比较严重，衰减附加值应再增
悬浮机器人加50%，则衰减修正后的设备负荷约为
4125kW。
若按常规集中供热来算，根据济南市
目前的市政配套缴费标准，需缴纳费用数额
为红线外大配套费78元/m2，红线内小配
套费48元/m2，共计126元/m2，收费指标
为独立公建外的地上面积，则10万m2供
暖配套费需缴纳总额约为1260万元。综合
运行费用为26.7元/m2。
如采用电压缩式空气源热泵供热方
案，设计拟采用单机制热能力40匹的空
气源热泵，单机制热能力为132kW，输
入功率33.4kW，制热COP平均值约为
管理39
十字滑台2021年第1期
3.95。根据上述热负荷估算值，实际需要的装机台数为31.9台，取整数32台。电力增容量指标：根据优化后的设备配置方案，平摊到总建筑面积后，实际估算值为0.012kW/m2。
方案选用的热泵机组单机造价为2300元一匹，40匹机单台造价为9.2万元，那么热泵设备的初投资约为294.4万元。循环泵造价约为4万元，缓冲水箱约为15万元，一次侧管道管件及安装费合计10万元左右，二次侧管网（含能源站及热力入口装置）仍按260万元计，则设备总初投资为583.4万元（不含电力增容费）；电力增容费按259万元预估，则总投资额约为842.4万元。运行费用方面，电压缩式热泵的主要能源是电力，因此运行费主要是电费。经测算，37℃供水条件下约为16元/m2供暖面积，42℃供水条件下约为22元/m2供暖面积，综合运行费用约20元/m2，这里所指的供暖面积均默认为套内面积。
如采用燃气空气源热泵，初投资主要由设备费、安装费、辅材费、单元入口装置费及分户热计量装置
费组成。设备部分总投资主要包含设备费、安装费（不含运输和现场吊装费）和辅材费。本研究项目拟选用单台制热量53kW（45℃稳定供水工况下）的燃气热泵机组，输入功率1.25kW。根据前述负荷参数，该项目需配置77.8台燃气热泵机组，取整数78台，热泵机组总投资约468万元。热力系统二次侧与前述电压缩式空气源热泵供暖系统基本一致，但因吸收式热泵的输入功率要小得多，故电力增容费要明显减小，按1500元/kW估算，则总费用为146.25万元。估算下来，总投资额约为903.3万元。
运行费用方面，燃气热泵的主要能源是燃气，附加一部分电力，因此由燃气费和电费两部分组成。研究项目所处城市商用气价为3.65元/Nm3，商用电价为0.8元/kWH。为提高数据的准确性，计算模型按照热泵负荷率分别在100%、75%、50%和25%四种工况下的加权数值来计，对应的实际使用时间比率，根据统计数据分别为3.9%、23.8%、42.2%和30.2%，统计时间自每年11月15日至次年的3月15日，每天24h共
计2904h，最终测算的综合运行单价为
16.34元/m2采暖面积，采暖面积均按套
内面积取。
以上测算结果基于现有能源市场价
格，如果能源价格变化，结果也会出现
差异，但这也给运营商提供了一个思路，
如果有条件争取较低的燃料价，那么热
泵采暖的优势将更加明显。由于空气源
热泵能效比随室外温度下降而衰减的先
天不足，其供热可靠性也相对较低。同
样热负荷的情况下需要配置大量的室外
机组，占地面积大，对能源站结构荷载
要求高，运行噪声大，设备更新及维护
保养成本也比较高。
利用空气能的同时，应尽量采用组
尾气吸收塔
合能源供暖的方式，根据项目周边市政
配套情况，采用部分燃气锅炉调峰补偿，
如果有峰谷电价政策的话，也可以考虑
采用谷电蓄热进行补偿的方式。电蓄热
虽然不是直接的节能措施，但利用谷电
可有效降低运营费用，还可以减少初投
资。电蓄热带来的电力增容规模比较大，
需认真权衡谷电蓄热运营经济性与电力
增容附加成本之间的关系，只有在谷电
蓄热带来的经济效益，可以短时间回收
电力附加增容的成本时，考虑采用该模
式供暖。
有条件的话，可利用分布式能源系
统达到能源梯级利用的目的，有效提高
一次能源的利用率。比如采用燃气轮机
发电驱动电压缩式热泵及循环水系统，
然后利用发电后产生的余热再驱动吸收
式热泵。以资源、环境效益最大化确定
系统方式和装机容量，根据终端能源利
用效率最优化的原则确定规模。
4.空气源热泵应用可能存在的问题
或风险
极寒天气条件下因蒸发温度过低，
导致热泵蒸发器侧结霜严重，除霜导致
的机组COP下降，会使采暖供水温度出
现波动，工况不稳定，需额外考虑因热
衰减带来的设备装机容量增加。
设备系统复杂，对运营单位的要求
较高，一般热泵使用寿命在10~15年左
右，独立运营需考虑设备更新和维修带
来的附加成本，尤其是设备更新成本较
高，一次设备更新后会导致设备运行寿
命周期内的总投资远大于市政供热。
空气源热泵只能制取较低温度的采
暖用水（最高不超过65℃），适合末端
为辐射采暖的系统，对于末端采用暖气
片的系统不适合，在末端适应上具有一
定的局限性。
5.结论
对市政供热不具备或者不完全具备
的寒冷地区，基于分布式清洁能源供热技
术的空气源热泵系统可作为供暖替代的首
选项。在不考虑设备折旧的基础上，相比
市政集中供热，电压缩式热泵供热系统初
投资相比市政供热减小约33%，综合运
行费用降低约25%；燃气吸收式热泵系
统初投资相比市政供热减小约28%，综
合运行费用降低约39%；如果有条件申
请到能源补贴或较低的能源单价，综合运
行费用还有更大的下降空间，经济优势明
显。单一空气源热泵供暖系统的工况稳定
性较差，宜与其他供热方式耦合工作，以
提高能源综合利用效率和系统稳定性。
参考文献
[1] 司学双.分布式能源供热系统在
乡镇供热应用中的探讨[J].环球市场信息
导报，2017（30）.
[2] 刘红梅，马晓军，夏惊涛，张学
军.空气源热泵分布式能源站在寒冷地区
的应用[J].建筑节能，2019（12）.
[3] 张建兴，张丽，王振海，张宁.燃
气吸收式空气源热泵技术[J].热电技术，
2020（2）.
（作者单位：1.济南信泰华城房地
产开发有限公司；2.济南信泰置业有限
公司）
【中图分类号】TU883
【文献标识码】B
【文章编号】1671-3362（2021）01-0038-02
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议