一、水源热泵系统的节能性

以采暖运行为例，目前采暖方式有集中锅炉房供热方式、热电厂供热方式、分户燃气采暖方式，水源热泵方式有利用井水、江、河、湖泊水及工业余热的形式；也有利用自来水的冬季要辅助加热的方式。它们的耗能量见表1。

耗能量的比较 表1

采暖方式
现有住宅建筑
节能建筑

耗能量
折算至标准煤
耗能量
折算至标准煤

集中锅炉房
25.08Kg/m2.年
25.08Kg/m2.年
12.41Kg/m2.年
12.41Kg/m 2.年

热电厂
13.96Kg/m2.年
13.96Kg/m2.年
9.03Kg/m2.年
9.03Kg/m 2.年

分户燃气采暖
10.6Nm3/m2.年
13.02Km3/m2.年
6.86Nm3/m2 .年
8.43Kg/m2.年

水源热泵(井水、河、湖水)
22.46kwh/m2.年
9.16Kg/m2 .年
14.54kwh/m2.年
5.93Kg/m2.年

水源热泵(加辅助热源)
22.46kwh/m2.年4.34Kg/m2.年
13.5Kg/m2 .年
14.54kwh/m2.年2.81Kg/m2.年
8.74Kg/m2.年

表1的计算依据：

① 住宅建筑为北京市多层住宅，现有建筑耗热量指标qH为31.82W/m2，设计热负荷指标为q为43.82W/m2，节能建筑qH为20.6W/m2，q为28.37W/m2。采暖全年需热量：现有 建筑为95.46kwh/m2年，节能建筑为61.80kwh/m2年。

② 集中锅炉房：现有供热系统热网输配效率η1为0.85，锅炉效率η2为0.55，节能供 热系统η1为0.9，η2为0.68，

③ 热电厂供电标准煤耗为0.408Kg/kwh，供热标准煤耗为40.7Kg/GJ。

④ 水源热泵采暖COP=4.25。

从表1可知，水源热泵采暖方式全年耗能量均低于集中锅炉房和热电厂，节能效益比较明显。

利用井水、江、河水或工业余热为热源的水源热泵的节能性十分明显，当水源热泵的能效系 数4.0时，与热电联产供热方式比，采暖的节能性率约为40%。 当采用辅助加热热源时，水源热泵的节能性是有条件的，主要的影响因素是：水源热泵的能效系数；辅助热源的加热容量。

① 水源热泵能效系数的影响(见表2)

制热容量为4KW时的能耗* 表2

/
COP=4
COP=4.5
节能率
(%)

辅助加热量
耗能(kg标煤)
3×860/7000×0.9=0.409
3×860/7000×0.9=0.409
/

压缩机耗能
(kg标煤)
1×0.408=0.408
0.88×0.408=0.363
/

合计
0.817
0.771
5.6


*辅助加热容量为总供热量的75%。

从表2可知，COP从4提高到4.5后，节能率约为5.6%，相当于减少加热容量0.3296KW，即约相 当于减少热负荷10%。

② 辅助加热器加热容量的影响(见表3)

制热容量为4KW时的能耗* 表3

/
辅助加热容量/总供热量0.75
辅助加热容量/总供热量0.5
节能率(%)

辅助加热量耗能(kg标煤)
0.409
2×860/7000×0.9=0.273
/

压缩机耗能(kg标煤)
0.408
1×0.408=0.408
/

合计
0.817
0.681
16.6


*COP=4

从表3可知，当辅助加热容量为总供热量的比从0.75降到0.5时，节能率约为16.6%。

③ 节能的条件

制热容量为4KW的热电联产的能耗为：

(4×860)/( 7000×0.83×0.85) =0.697kg/4kwh

由此可知：

当COP=4.0，辅助加热容量为总供热量的0.5时，与热电联产供热方式比，它的节能率 约为2%。

当COP=4.5，辅助加热容量为总供热量的0.5时，与热电联产供热方式比，水源热泵的节能率约为8%。

但当COP=4.0，辅助加热容量为0.75总供热量时，热电联产将比水源热泵节能，节能效率约 为15%。当COP=4.5时，其节能率约为10%。

节能的主要因素如下：

① 水源热泵机组直接安放在户内，热网输配损失可忽略不计。

② 水源热泵机组采暖能效系数COP大于4，部分负荷时，COP值仍很稳定。

③ 以井水，江、河、湖水及工业余热的低温热作为热泵热源的水源热泵系统，采暖耗热量仅 为全年需热量的1/4。

④ 以自来水为热源的冬季需加辅助热源的水源热泵系统，由于考虑压缩机发热量，住宅同 时使用系数及夜间调节温度等措施后辅助加热容量约为热负荷的1/2～1/3，加热量约为全年 需热量的1/2～1/3。

二、水源热泵系统的经济性

经济性指的是各种空调采暖方式的初投资、运行费和热价。

目前国内外已采用的采暖空调联供方案有：

① 热电冷三联供： 夏季，热电厂抽汽+蒸汽吸收式制冷

冬季，热电厂抽汽+汽水换热器供热

② 热电冷三联供： 夏季，热电厂热水+热水吸收式制冷

冬季，热电厂热水+汽水换热器供热

③ 直燃式冷热水机组：夏季、冬季，直燃式冷热水机组制冷、供热

④ 燃气-蒸汽联合循不

⑤ 电制冷+燃气(油)锅炉采暖

⑥ 电动水源热泵。这类机组运行性能稳定，性能系数COP值较高，理论计算可达7，实际运 行时约为5，且由于可充分利用江河、湖、海水等自然能源，冬季供暖耗能少，是一种节能性好的冷热源设备。

⑦ 空气源热泵。冷热源兼用，整体性好，安装方便，可露天安装，采用风冷，省却了冷却 塔及冷却水系统，缺点是当室外温度较低时，需增加辅助热源。各种方案的投资和成本(不 包括户内系统)见表4。

各方案的投资和成本比较* 表4

项目
热电冷
(蒸汽)
热电冷(热水)
直燃式
电制冷锅炉供热
集中式电动水源热泵
分体式空气源热泵
燃气-蒸汽联合循环

投资(万元/KW)
0.197
/0.223
(含源网)
0.275
/0.302
(含源网)
0.207
0.206
0.335
0.199
0.436

成本(元/KWH)
0.139
0.151
0.214
0.207
0.167
0.220
0.081


*为《住宅区三联供系统的研究》中提供的数据，成本为年运行成本。

下面以兴降矿十八层单身职工宿舍为例，说明水源热泵采暖空调联供方案的经济性。

十八层单身宿舍建筑形状为Y形，总采暖空调建筑面积为9564m2，2～18层为标准层，标准层面积为562.6m2，设计冷热负荷为573.84KW。表5为采暖空调联供方案，表6为各方案初 投资的比，表7为各方案运行费的比较，表8为各方案的综合比较。

采暖空调方案 表5

序号
方案
采暖空调方式
备 注

方案1
以地下水为冷热源水源热 泵(水-空气)
冬天：热泵产生热风送至户内夏天：热泵产生冷风送至户内
每户设 热泵一台将风送至各房间

方案2
以地下水为冷热源水源热泵(水-水)
冬天：热泵产生热水送至风机盘管 夏天：热泵产生冷水送至风机盘管
热(冷)源集中、每户设风机盘管

方案3
电制冷+热电厂采暖
冬天：热电厂蒸气+汽水换热器夏天：中央空调 机送冷水至风机盘管
热(冷)源集中、每户设风机盘管

对比方案
分体空调+锅炉房采暖
冬天：锅炉房(热电厂)供热，户内 散热器 夏天：每户安装分体空调机
热源集中、冷源分散空调品质较差

各方案初投资的比较 表6

　


方案1(进口)
方案2
方案3
对比方案

进口
国产


初投资*(万元)
237.4
305.8
238.2
236.6
267.15

单位建筑面积投资(元/m2)
248
319.7
249.1
247.4
279


*计算时包括安装费15%，运行调试费5%，税及管理5%，设计费2%和利润10%。

各方案运行费的比较(元/m2) 表7

　


方案1
方案2
方案3
对比方案

采暖
空调
采暖
空调
采暖
空调
采暖
空调

不考虑同时使用系数，热回收系数
19.25
19.25
9.5
6.2
9.5
7.2

合计
19.25
19.25
15.7
16.7

考虑修正系数
10.78
10.78
9.5
4.34
9.5
7.2

合计
10.78
10.78
13.84
16.7



〖BG)F〗 兴隆矿地处兖州市，根据兖州市气象资料，该地区冬季采暖期天数106天，延时小时数2 544小时，最大负荷小时数2544*(20-0.4)/［20-(17)］=1847小时。夏季空调期天数90天， 延时小时数2160小时，根据济南、淄博三联供实际测试资料，取夏季最大负荷小时数为720 小时。则单位建筑面积，采暖期需供热量60W/m2*1847=110.5kwh,空调期需冷量60W/m2* 720=43.2kwh。