浅析设施农业地源热泵负荷比

　　一般来说,热泵供热较锅炉节约原料,但其初投资也相对较高,因此对于具体工程方案应综合考虑节能和经济性,可采用两种热源同时供热,如地源热泵+燃气锅炉。在这种混合式供热方式中,热泵承担绝大部分负荷,锅炉起调峰作用,充分发挥热泵的节能特性和锅炉较低的初投资,做到节能和经济的最佳组合。

　　1供暖期的负荷计算

　　设计热负荷通常采用最不利时的负荷条件进行计算。室外气象条件逐时变化,相应的负荷也发生变化,因此为了模拟供热期总的燃料耗量,必须知道供热期各时刻的动态负荷。针对1万m2的温室大棚,利用DeST软件进行模拟。对于温室大棚来说,20%~65%设计负荷出现的时间最长,占总采暖时间的58%,而最大负荷出现的时间仅1.2h,其平均负荷仅为设计负荷的41.35%。因此,计算供暖方案燃料耗量时应该采用逐时负荷,而不是设计负荷,否则会出现不真实的结果。

　　2燃料消耗量

　　2.1计算方法

　　现设供热系统(热泵+锅炉)每年需要向热用户提供热量Q1(kJ/a),分别计算燃煤锅炉、燃气锅炉和地源热泵全年的燃料消耗量。

　　2.2供热方案

　　对一典型的1m2米的温室大棚,采用燃煤锅炉、燃气锅炉、地源热泵供热的燃料耗量进行计算。若以燃煤锅炉的标煤耗量为100%,那么燃气锅炉、地源热泵供暖系统的标煤耗量分别为8.7%和49.4%。其节能特性为:地源热泵>燃气锅炉>燃煤锅炉。

　　2.3带辅助热源方案

　　在这种供热方式中,热泵为主要的供热热源,锅炉称为辅助热源或者调峰热源。仍然以1万m2温室大棚为例,就热泵承担设计负荷比为40%,45%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%,90%,95%,100%等13种条件进行计算。可以看出,随着热泵承担设计负荷比的增加,地源热泵+燃气锅炉混合供暖方式的天然气耗量逐渐减小,耗电量逐渐增加,而标煤耗量逐渐减小,且减小的速度逐渐放缓。对于办公建筑,地源热泵承担设计负荷比从60%增加到100%时,其标煤耗量仅仅降低了4.48%(以热泵承担100%设计负荷为基准)。

　　3经济性分析

　　地源热泵系统价格差别取决于使用的地区、建筑围护结构和建筑功能差异。根据现有实际工程测算,地下水源热泵系统初投资约为250~420元/m2。其中,冷热源部分投资约为150~220元/m2;土壤源热泵系统初投资约为300~480元/m2,其中冷热源部分投资约为200~270元/m2;燃煤锅炉房供暖系统投资约为150~200元/m2;燃气分散锅炉房供暖系统投资约为100~150元/m2;热电联产集中供热系统投资约为200元/m2(包括增容费)[10];采暖末端设备的初投资约为40~50元/m2。仍以1万m2的温室大棚为例,对不同辅助热源配置情况下初投资、运行费用及费用现值进行计算。

　　计算费用现值时取折现率8%,寿命期20a,结果如表3所示。由表3可知,随着热泵承担设计负荷比的增加,热源部分的初投资增加,而年运行费用逐渐降低。当热泵承担设计负荷比从40%增加到100%时,初投资从120万元增加到155万元,而运行费用从13.9万元/年降到11.3万元/年。这导致费用现值先逐渐缓慢降低,而后又逐渐升高。最小费用现值出现在热泵承担60%的设计负荷时,为249万元。也就是说,热泵承担60%的设计负荷时,该带辅助热源的地源热泵供热系统可以获得最佳的经济性。

　　4结论

　　针对新疆某地的气象条件和价格体系,分析了地源热泵、燃气锅炉和燃煤锅炉供热能耗情况,尤其是以燃气锅炉为辅助热源的地源热泵供热系统的能耗情况及经济性。研究表明:

　　1)对于温室大棚来说,20%~65%设计负荷出现的时间最长,占到总采暖时间的58%,而最大负荷出现的时间仅有1.2h,其平均负荷仅为设计负荷的41.35%。因此,在计算供暖方案燃料耗量时应该采用逐时负荷,而不是设计负荷,否则就会出现不真实的结果。

　　2)节能特性为地源热泵>燃气锅炉>燃煤锅炉。若燃煤锅炉的标煤耗量为100%,那么燃气锅炉、地源热泵供暖系统的标煤耗量分别为78.7%和49.4%。

　　3)对于地源热泵+燃气锅炉供热方式,热泵承担的设计负荷比从40%增加到60%时,热泵供热量从70.13%增加到90.02%,燃气锅炉的运行时间从62.5%减小到33.5%;而当热泵承担的设计负荷从60%增加到100%时,其标煤耗量仅仅降低了4.48%(以热泵承担100%设计负荷为基准)。从燃料耗量的来看,对于温室大棚,地源热泵+燃气锅炉承担设计负荷的比例采用60%+40%,不会显着增加燃料耗量,可以接受。

　　4)地源热泵承担60%的设计负荷时,可以获得最小的费用现值(249万元)、最大的增量净现值(47.8万元)。可见,地源热泵+燃气锅炉供热系统设计负荷按60%+40%分配时,可以获得最佳的经济效益。

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