地源热泵空调系统可行性分析及设计软件开发

1、.地源热泵空调系统可行性分析及设计软件开发摘 要 介绍自主开发的地源热泵空调系统可行性分析设计软件的理论基础、主要功能和操作过程，并应用实例验证软件的准确性和实用性。该软件的开发以实际可行性分析过程为参考，采用实际常用的分析模板，可以方便快捷地计算出结果，有效地提高了设计者的工作效率。引 言 地源热泵空调系统每项工程在投标或制定施工方案之前，都要进行可行性报告分析。地源热泵空调系统的可行性分析包括效益分析，或者说是节能预测分析。简单讲就是通过计算对比分析而得出采用地源热泵是否可行，并通过实际数字来说明地源热泵的节能效益。 一般情况下，传统的热水系统有燃油锅炉热水系统、电热锅炉热水系统、空气源热

2、泵热水系统、太阳能+电热锅炉热水系统等，经济可行性分析就是将这几种方案的初投资、年运行费用、单位用水费用等与地源热泵热水系统逐项进行比较分析。其中有大量的计算内容，如单纯地应用计算器来计算，非常浪费时间。所以为了解决以上问题，广西大学绿色能源与建筑节能研究开发中心基于Visual StudioNet平台用C#语言开发了地源热泵可行性分析设计软件。1 可行性分析方法 本文选用的是工程当中经常采用的概算法。 11初投资的计算 表2 地源热泵系统投资预算书 各种热水系统的初投资按照多年来由多项实际工程经验总结得到的造价数据计算(见表1) 地源热泵热水系统的初投资具体参考预算书，如表2所示。 项目价格

3、/万元地源热泵热水设备(5台)3055=1525水泵70250口土壤深井打井费375热水表(每个90元)82热水管网及配件30空调末端设备等附件42不锈钢热水保温水箱425水管阀门48合计3245表1 各种热水系统的造价表方案燃油锅炉热水系统电热锅炉热水系统空气源热泵热水系统太阳能电热锅炉热水系统造价5700元/t热水7500元/t热水9000元/t热水其中太阳能平均投资500元/人 12年运行费用的计算 (1)燃油锅炉热水系统年运行费用。 燃油锅炉主要消耗柴油，所以年运行费用的计算关键是耗油量和费用的计算，即： 式中：Q日耗油量，kg；M日制热水量，kg；T温升，；c水的比热容，取lkcal

4、/(kg)；q柴油的热值，取1104kcal/kg；燃油锅炉热效率，取80%。 E=00001QPt 式中：E全年费用，万元；P燃油市场价格，元/kg；t全年运行时间，d。 (2)电热锅炉热水系统年运行费用。 电热锅炉主要消耗电，所以年运行费用的计算关键是用电量的计算。用电量和全年耗电费用的计算方法与燃油锅炉的相应计算方法相同，只要将计算公式中柴油的参数换成电的参数即可。其中，电热值为862kcalkg，电锅炉的热效率为95。 (3)空气源热泵热水系统年运行费用。 空气源热泵热水系统的运行消耗电能，所以计算年运行费用的计算公式为：E=0.O001Mqpt 式中：q平均每吨热水耗电，kWh；p市

5、场电价，元/kWh。 (4)太阳能+电热锅炉热水系统耗电情况。 太阳能+电热锅炉热水系统，只有在单独使用电热锅炉的时候耗电。计算年运行费用的方法与电热锅炉热水系统相同，只是运行时间不一样，按照实际使用电热锅炉的时间来计算。 (5)地源热泵热水系统年运行费用。 地源热泵热水系统的运行同样消耗电能，计算年运行费用的方法与空气源热泵热水系统相同。2 可行性分析可视化应用程序 该设计的可行性分析模块主要包括负荷估算、设备选型和节能分析三大功能，三者之间相互影响，相互制约。根据负荷估算的结果来选择热泵设备，选择好热泵设备就可以列出地源热泵计算书，从而为节能分析做好准备，环环相扣，紧密相连。 负荷估算根据

6、所采用的地源热泵的工作方式来进行。地源热泵的工作方式总的来讲有4种需求搭配：制生活热水，制冷+制生活热水，供暖+制生活热水，制冷+供暖+制生活热水。每种方式对应相应的计算界面。在相应的模式下，进行各种负荷估算，并选择热泵进行节能分析，从而得出各种模式的可行性分析结果。 热泵设备可以从热泵库中选择，根据每种热泵的性能参数，结合负荷估算的计算结果来选择合适的热泵型号。如果热泵库中的热泵没有满足要求的，可以自行添加。 地源热泵的计算书根据所选择的热泵以及实际工程来填写，作为地源热泵的初投资参数。各种热水系统方案的相应参数输入完毕就可以进行节能效益分析了。通过“节能分析”按钮直接将计算分析的结果输出到

7、分析结果页面。初投资、年运行费用、平均每人的热水费用以及对比分析的结果等可以一目了然地呈现在表格中。并且该结果可以以EXCEL的格式输出保存。3 工程实例分析 以广西民族大学相思湖学院学生公寓热水/食堂空调地源热泵系统为例进行分析验证。广西民族大学相思湖学院有6栋学生公寓楼，共906个房间，计划每间住5人，6栋学生公寓总共可以住4530人；学生食堂空调面积为：一层2180m2，二层2244m2，两层空调面积共4424m2。 按每人每天使用热水50 来设计，制冷标准为80W/m2。应用该实例对文中设计的可行性分析软件的分析验证过程如下。 (1)负荷估算。 输入参数：总人数4530人，每人每天使用

8、热水50kg，空调面积共4424m2，制冷标准为80W/m2，点击“计算”按钮计算冷负荷和热水负荷。计算结果为：冷负荷353.92kw，生活热水负荷226.5t。 (2)选择热泵型号。 在热泵库中选择满足要求的热泵，根据计算的结果，这里选择JHLRDQD200型的地源热泵空调热水设备。配置5台JHLRDQD200型地源热泵空调热水设备，5台设备制热水总量：夏天(25)855=425t，若产250t，设备工作14.29h；冬天(7C)58.55=293t，若产250t，设备每天工作20.57h。能最大限度满足新学生公寓热水使用要求。 5台JHLRDQD200型地源热泵空调热水设备总制冷量：72

9、5=360kW，对比计算结果353.92kw，选择的设备足以满足一、二层学生食堂空调制冷要求，每平方米制冷量为：360000/4424=81.4W，大于选择的制冷标准80W。 (3)根据选择的设备和实际工程情况填写地源热泵预算书。 (4)节能分析。 各种制热水方案参数为：燃油市场价格为5元/kg；市场电价为0.6元/kWh；根据南宁市气候条件，采用太阳能热水器，每年至少有5个月需用电加热水；社会调查表明，空气源热泵制热水平均每吨热水耗电约15kWh；计算可知地源热泵制热水平均每吨热水耗电约9.5kwh。将确定的各个参数输入软件。 另外，因为该工程的可行性分析报告中，按250t进行了节能分析，以

10、最大限度满足新学生公寓热水使用要求，所以本文也将实际计算的热水量226.5t改为250t进行节能计算分析，以方便对比计算的结果。 该实例工程的可行性分析报告中的分析结果如表3所示。表3 各种热水系统运行费用比较方案投资成本/万元每年运行费用/万元十年运行费用/万元投资成本+十年运行费用/万元平均每人每天热水费用/元采用地源热泵制热水每年节约费用比较 燃油锅炉143140.631406.301549.301.03 方案比方案节约97.88万元，69.6% 比方案节约122.11万元，74.1% 比方案节约39.68万元，48.1% 比方案节约24.75万元，36.7% 电热锅炉190164.86

11、1648.601838.601.21 太阳能+电热锅炉37082.42824.301194.300.61 空气源热泵29867.50675.00973.000.50 地源热泵324.542.75427.50752.000.31 逐项对比软件的计算分析结果，只有初投资有点误差，那是因为在人工手算的时候，扩大地将实际计算结果“四舍五入”了；其他各项计算结果的差异就是计算精度的不同。所以，可以说采用该软件计算分析的结果与可行性报告的计算结果是一致的。这就充分证明了该软件采用的计算方法是正确的，那么该软件也是可以被实际工程使用的。 从计算的结果可以看到，地源热泵热水系统与其他热水系统比较初投资较高，但是其运行费用却非常低，而正是因为这个特点使得整个成本回收期大大缩短，从而较好地弥补了高成本的缺憾。所以采用地源热泵热水系统是经济节能的，这就是可行性分析的目的，而该软件无疑又为设计者提供了便利条件。4 结 语 该软件的设计综合考虑了