摘  要：本文針對西藏地區(qū)使用地下水源，水源熱泵為制熱裝置時，末端裝置的合理選擇問題進行了分析研究，給出了不同方式的優(yōu)缺點及其初投資和運行費用的技術(shù)經(jīng)濟分析。

關(guān)鍵詞：水源熱泵散熱器風(fēng)機盤管初投資運行費用經(jīng)濟分析

　?。埃?/span>前言

　　水源熱泵進行供暖的工作原理為：冬季從水源中提取能量，也就是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，采用熱泵原理，通過空氣和水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。由于西藏地區(qū)缺煤少油，常規(guī)能源非常缺乏，一直困擾著西藏的經(jīng)濟發(fā)展，嚴重的電力不足制約著拉薩及周圍地區(qū)的工農(nóng)業(yè)發(fā)展。但西藏卻有豐富的水力、地熱、太陽能和風(fēng)能等資源，其地下水比較豐富，它與河湖等地表徑流的關(guān)系十分密切，全區(qū)地表徑流約有30%系由地下水補給，因此，文中選用水源熱泵的水源為地下水，并進行回灌。普通供熱末端裝置一般為風(fēng)機盤管和散熱器兩種形式，本文將對這兩種裝置的優(yōu)缺點進行分析并對這兩種系統(tǒng)進行經(jīng)濟性分析，從而得出哪一種方式更適合西藏地區(qū)的供暖需要。

　　1．末端裝置的類型及其特點

　　1．1 風(fēng)機盤管

　　1．1．1 風(fēng)機盤管的優(yōu)點

　?、亠L(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)由于布置靈活，節(jié)省建筑空間，對于不同建筑平面的布置形式都可以適應(yīng)。

　?、谠跍囟瓤刂品矫?，分散分布的風(fēng)機盤管有利于不同朝向的房間就地控制，從而使不同負荷房間的溫度基本平衡，各空調(diào)房間可獨立地通過風(fēng)量、水量（或水溫）的調(diào)節(jié)，改變室內(nèi)溫濕度，當房間無人時可關(guān)閉風(fēng)機盤管機組而不會影響其它房間，節(jié)省運行費用。

　?、埏L(fēng)機盤管出風(fēng)有一定風(fēng)速，所以室內(nèi)氣流分布均勻，流動較快，熱交換充分，可以使房間在短時間內(nèi)完成預(yù)熱。

　　1．1．2 風(fēng)機盤管的缺點：

　　①風(fēng)機盤管送回風(fēng)口必須裝空氣過濾器，否則用了一二年以后表冷器就積滿灰塵，影響表冷器的傳熱效果，而且過濾器要定期清理，否則室內(nèi)空氣品質(zhì)要下降。

　?、谖鞑氐貐^(qū)由于其特有的地理環(huán)境及技術(shù)經(jīng)濟的相對落后，將給與風(fēng)機盤管產(chǎn)品相配套的售后產(chǎn)品維護和維修帶來較大的困難。

　　1．2 散熱器

　　1．2．1 散熱器的優(yōu)點

　　①散熱器作為供熱末端裝置，其運行費用很低，因為風(fēng)機盤管運行時風(fēng)機要消耗電能來使風(fēng)機轉(zhuǎn)動，而散熱器不需要，節(jié)省了很多運行費用。

　　②散熱器相對價格比較低廉，且安裝簡單，維修方便。

　　1．2．2 散熱器的缺點：

　　①散熱器供暖靠輻射對流，室內(nèi)氣流分布不太均勻，熱交換不是很充分，所以相對風(fēng)機盤管來說，其預(yù)熱時間較長，如果房間為間斷供暖，由于其預(yù)熱時間長，所以一般散熱器為全天供暖，造成能量的浪費。

　?、谟捎谒礋岜锰峁崴?，所以供水溫度不太高，散熱器的供回水溫差不能取太大，這樣使散熱器傳熱效果下降。

　　2．末端裝置的選型

　　2．1 風(fēng)機盤管的選型

　　2．1．1 選型方法

　　風(fēng)機盤管有兩個主要的性能指標，即風(fēng)量和熱交換量。風(fēng)量由風(fēng)機選型確定；熱交換量則與盤管的傳熱面積、冷（熱）媒的溫度和流量以及經(jīng)過盤管的空氣溫度和流速等因素有關(guān)。一般廠家樣本上都會給出風(fēng)機在高中低三檔下的在標況下的名義風(fēng)量和名義制冷、制熱量。我國行業(yè)標準JB/T4283－91《風(fēng)機盤管機組》中規(guī)定：名義風(fēng)量須在盤管不通水，空氣進口靜壓差為零的條件下進行測定。但是風(fēng)機盤管的使用條件顯然不同于測試條件：實際情況往往是風(fēng)機盤管需加裝進、出口短管，回風(fēng)格柵需加裝過濾器，使實際應(yīng)用系統(tǒng)風(fēng)的阻力增大，導(dǎo)致名義風(fēng)量下降，從而造成供冷供熱不足。所以，風(fēng)機盤管實際風(fēng)量和冷量熱量是低于名義值的。對于僅供熱使用的風(fēng)機盤管，一般進水溫度為50℃～60℃，盡管整個系統(tǒng)為軟水，仍有一定的積垢、積塵影響，還需要進行污垢修正。為了保證實際風(fēng)量，在選用風(fēng)機盤管機組時，必須具備一定的機外靜壓，用來克服空調(diào)系統(tǒng)的阻力，一般取機外靜壓大于20Pa。

　　這樣根據(jù)風(fēng)量修正、污垢修正，一般取總的修正系數(shù)為1．3，求得盤管實際工況下的冷（熱）量。當其大于等于計算冷（熱）負荷時，則滿足要求；當其小于計算冷（熱）負荷時需增大盤管繼續(xù)復(fù)核。

　　當提供三檔速度控制開關(guān)或可調(diào)速電機時，一些設(shè)計師根據(jù)中檔轉(zhuǎn)速的額定冷量來選擇風(fēng)機盤管。這種方法既保證機組在室內(nèi)運行起來較安靜，而且在速度提高時能增大機組容量。但同時應(yīng)該看到，由于大機小用，不僅加大了系統(tǒng)容量，提高了工程造價，而且使冷水機組長期處于大流量小溫差的不良狀態(tài)下運行，這會導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下，能耗加大，所以按中速檔參數(shù)選用風(fēng)機盤管，并非合理作法，僅能作為目前的權(quán)宜之計。

　　2．1．2 選型參數(shù)

　　根據(jù)上述的選型方法，本文進行風(fēng)機盤管選型時，取機外靜壓大于20Pa，總制熱量的修正系數(shù)為1．3。

　　2．2 散熱器的選型

　　2．2．1 選型方法

　　現(xiàn)在使用的散熱器主要有鑄鐵散熱器，鋼制散熱器，鋁制散熱器?；诣T鐵散熱器雖然價格低廉，耐腐蝕，使用壽命長，但是生鐵消耗太大，能源消耗太大，在供暖熱量相同時，灰鑄鐵散熱器的重量要比鋼制散熱器的重量約高出兩倍?，F(xiàn)今，已經(jīng)向新型鑄鐵散熱器發(fā)展，采用新技術(shù)向輕型化，美觀化發(fā)展。鋼制散熱器是發(fā)展方向。因為鋼制散熱器具有很多特點：重量輕、承壓高，熱工性能好，節(jié)材節(jié)能；裝飾性強；安裝和維護方便，生產(chǎn)條件好，易機械化、自動化，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，不污染環(huán)境。鋼制散熱器已列為國家重點推廣計劃，到2010年時，將達到“以鋼為主”。鋁制及復(fù)合陶瓷板式散熱器，此類散熱器適應(yīng)潮流，價雖高，但K值也高，金屬耗量低，耐腐蝕性強，美觀壽命長，一般只使用裝修標準高的房間。

　　2．2．2 選型結(jié)果

　　由《西藏地區(qū)供暖用水源熱泵和散熱器的初投資經(jīng)濟性分析》可知，對不同類型的散熱器，在滿足水阻力損失的要求下，應(yīng)優(yōu)先選用閉式鋼串片和高頻焊翅片管，而且工業(yè)企業(yè)及民用適應(yīng)性極強，尤其適應(yīng)高濕、腐蝕及惡劣條件下的化工企業(yè)，其K值雖不高，但金屬熱強度高，經(jīng)結(jié)合比較，其價格性能比最佳，且工程造價也較低。經(jīng)計算選用閉式鋼串片GCB120－1型。

　　3．系統(tǒng)形式

　　3．1 熱泵

　　水源熱泵機組的制熱系數(shù)隨著出水溫度的升高而降低，出水溫度每升高1℃，制熱系數(shù)降低1．5%。因此，水源熱泵機組出水溫度越高，要獲取相同的熱量，機組的功率就會增加，容量增大，熱泵的初投資就會提高；而且，隨著出水溫度的增加，獲取相同的熱量，熱泵的耗電量將會相應(yīng)增加，因此，運行費用也要增多。

　　3．2 風(fēng)機盤管

　　供暖末端為風(fēng)機盤管時，結(jié)合熱泵和風(fēng)機盤管的初投資，一般取熱泵的出水溫度為４5℃。這樣熱泵的初投資較省，運行費用降低。而風(fēng)機盤管的價格會高一些，不過相比水源熱泵，風(fēng)機盤管容易生產(chǎn)，價格較低。所以，綜合考慮熱泵與風(fēng)機盤管的價格因數(shù)，取熱泵的出水溫度為４5℃。

　　3．3 散熱器

　　根據(jù)《西藏地區(qū)供暖用水源熱泵和散熱器的初投資經(jīng)濟性分析》，可知供暖末端為散熱器時，選用低溫熱泵和中高溫熱泵，其初投資均在出水溫度為55℃時為最低。所以，末端為散熱器時，取熱泵的出水溫度為55℃。

　　3．4 系統(tǒng)形式分析

　　熱泵的制熱系數(shù)εh可表示為：εh＝Qh/P。水源熱泵出水溫度為４５℃時的制熱系數(shù)εh為3．9，而出水溫度為５５℃時的制熱系數(shù)εh為3．3369，可見使用風(fēng)機盤管時水源熱泵的制熱系數(shù)比使用散熱器時的高１５％。且由《西藏地區(qū)供暖用水源熱泵和散熱器的初投資經(jīng)濟性分析》可知：水源熱泵隨著出水溫度每升高/降低1℃，熱泵單位熱量價格升高/降低1．5%，可見使用風(fēng)機盤管時水源熱泵單位熱量價格上比使用散熱器時的低15%，即水源熱泵的初投資上使用風(fēng)機盤管時比使用散熱器節(jié)省15%。熱泵制熱系數(shù)與其初投資成反比關(guān)系。

　　對于低溫熱泵，當Tc＝45℃時，熱泵的單位價格為0．56元/大卡；對于中高溫熱泵，當Tc＝75℃時，熱泵的單位價格為1．242元/大卡?？芍?/span>

　　使用低溫熱泵時 r＝0．482[1＋（Tc－45）×1．5%] 元／W

　　使用高溫熱泵時 r＝1．068[1－（75－Tc）×1．5%] 元／W

　　使用低溫熱泵時，４５℃出水時熱泵的單位熱量價格為0．482元/W，55℃出水時為0．554元/W。使用高溫熱泵時，４５℃出水時熱泵的單位熱量價格為0．587元/W， 55℃出水時為0．748元/W。

　　散熱器選型為閉式鋼串片GCB120－1型，其一片價格為160元，有效散熱面積為5．72m2，K＝1．29⊿T0．15W/ m2．℃。取散熱器的修正系數(shù)為1．2，則其單位熱量價格為：

　　R＝160×1．2/[5．72×1．29（Tc－20．5） 1．15]元/W

　　可算得散熱器供水溫度為55℃，供回水溫差為５℃時，閉式鋼串片GCB120－1型散熱器的單位制熱量價格為０．4434元/W。

　　風(fēng)機盤管的選型，假設(shè)每個房間的熱負荷均為1500W，根據(jù)上述風(fēng)機盤管的選型步驟，選擇型號為MCW200C的臥式暗裝風(fēng)機盤管。機外靜壓為30Pa，水流量為0．24m³/h， 45℃進水溫度下的制熱量為1970W（大于計算熱負荷1500 W×1．3＝1950W），風(fēng)機功率為42W，價格為850元，即風(fēng)機盤管的單位制熱量為0．5667元/W。

　　根據(jù)水源熱泵的兩種形式（低溫與中高溫熱泵），將系統(tǒng)形式分為：低溫水源熱泵加風(fēng)機盤管、低溫水源熱泵加散熱器、中高溫熱泵加風(fēng)機盤管和中高溫水源熱泵加散熱器四種系統(tǒng)形式，要分別給予計算。

　　由以上分析可知，低溫水源熱泵加風(fēng)機盤管的初投資為1．0388元/W，低溫水源熱泵加散熱器為0．9974元/W，中高溫熱泵加風(fēng)機盤管為1．1154元/W，中高溫水源熱泵加散熱器為1．1191元/W。可見在初投資上使用散熱器的系統(tǒng)稍微節(jié)省，大致價格相當。

　　運行費用上主要由熱泵即風(fēng)機盤管的電費和維修費用組成，假設(shè)每個房間的熱負荷均為1500W，熱泵45℃出水時其功率為385W，而55℃出水時其功率為449W，而風(fēng)機盤管的功率僅為４２W，可見風(fēng)機盤管的功率遠遠小于水源熱泵的功率，所以可知使用風(fēng)機盤管的系統(tǒng)時功率為４２７Ｗ小于使用散熱器的系統(tǒng)功率為４４９W，這樣其運行費用應(yīng)較節(jié)?。唧w計算可由下面實例給出。

　　4．經(jīng)濟性分析

　　4．1 初投資

　　西藏拉薩地區(qū)的冬季計算用采暖期室外平均溫度為0．5℃，室內(nèi)計算溫度取18℃。例如，取某工程的總熱負荷為1000KW，假設(shè)每個房間的熱負荷均為1500W。

　　4．2 運行費用

　　由于該工程中使用的地下水為自采自用，因此運行費用中的水費不予計算；另外，本文主要對供暖末端不同的系統(tǒng)進行分析，為了簡化起見，運行費用中的人工費用不予計算，維修費按初投資的２．５％計算。

　　西藏拉薩地區(qū)冬季計算用采暖期為142天，進行12小時供暖，取拉薩地區(qū)電費為0．5元/千瓦時。

　　計算結(jié)果見下表。

　　4．3 年度總費用

　　年度費用，考慮現(xiàn)金流量的年度等值為年度費用，以A表示。計算公式為：

　　A＝k*[i0（1＋i0） j]/[ （1＋i0） j –1]＋c

　　其中：k—初投資；

　　c—運行費用；

　　i—基準貼現(xiàn)率，i＝12%；

　　j—回收年限，15年；

　　A—年度費用。

　　由以上數(shù)據(jù)可以看出：

　　1．使用中高溫熱泵時，由于其價格高于低溫熱泵，所以年度費用上均高于低溫熱泵。

　　2．在運行費用上，熱泵的耗電量占很大一部分，所以在保證系統(tǒng)初投資最低，滿足熱負荷需求的情況下，盡量使熱泵的出水溫度為最低限．

　　3．選用風(fēng)機盤管作為供暖末端時，雖然其系統(tǒng)初投資要稍高于使用散熱器的系統(tǒng)，而其運行費用要比使用散熱器高出不少，所以年度總費用上低與使用散熱器的系統(tǒng)，既使用風(fēng)機盤管的系統(tǒng)節(jié)能，但沒有明顯高于使用散熱器的系統(tǒng)．

　　4．使用高溫熱泵比低溫熱泵系統(tǒng)年度總費用要高，主要由于其初投資要比低溫熱泵高很多．

　　5．結(jié)論

　　通過上述計算可知，使用低溫熱泵加風(fēng)機盤管的系統(tǒng)在經(jīng)濟性上最佳，但是其經(jīng)濟性沒有明顯高于使用散熱器的系統(tǒng)，而我們的計算是考慮維修費用均為初投資的２．５％，而考慮西藏地區(qū)的實際情況，散熱器的維修費用要明顯低于風(fēng)機盤管的維修費用，而且方便維修，配件方便，所以在西藏地區(qū)大型供暖工程建議使用熱泵加散熱器的形式．

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