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热泵可行性分析报告

关于北方冬季采暖可行性分析报告

一、前言

环保、节能是当今世界各国政府普遍关注的两大问题，我们每个人都有责任减少污染，节约能源，保护好我们子孙后代赖以生存的家园。

推广清洁能源与超低温热泵采暖是一个崭新的理念。

随着集中采暖体制改革的不断深入及建筑节能墙体的推广应用，低温热泵采暖系统已悄悄地进入中国城市的供暖领域。

并逐步形成了除集体供热、燃气供暖之外的又一新的供暖方式，从能源消耗情况来看，煤、气作为不可再生性能源，在未来的使用中将逐步减少使用，并可能提高使用再生能源的价格，或被可再生能源取代。

2009年，国家批准了21座核电站的计划，并在西部地区大力发展水电、风力发展技术，开展太阳能电力的相关应用、各地方火电的报批及建设，从种种迹象表明，中国已经重视能源消耗、并对可再生能源的利用空前重视。

低温热泵取暖做为集中供暖中的佼佼者得到了消费者的逐步重视和认可。

二、常见的采暖方式及特点

1、集中供暖

a、热电厂集中供暖

冬季采暖是中国北方地区必不可少的，主要采用集体供暖。

热源供给主体是热力公司或小区锅炉房。

目前国内供暖系统绝大多数是以燃媒、燃气、燃油、大型电锅炉作为热源，通过外网或内网与室内系统连接。

集体供暖必须建立一个局部或区域供暖系统网络，这包括锅炉、增压系统、供水管线、散热器以及锅炉房。

若供暖是由市政热力公司来提供，热力公司也无法做到分户控制。

所以这种传统的供暖方式已无法适应商品时代的特殊要求。

传统的集中供热系统造成巨大的能源浪费，管路上的热量渗透流失。

b、地源热泵集中供暖

地源热泵中央空调的使用受到场地限制，热交换是在地下进行的，没有足够的场地满足不了能量交换，浅表地层热能也是来源于太阳；

如果使用地下水地源热泵，对地下水和地质有不好的影响，保护不好会污染地下水，回灌不好会影响地基下沉；

1）设计难度大，由于我国对地源热泵的研发还不够深入，目前还没有一个统一、简便的计算方法。

2）地下埋管换热是一种非常复杂的不稳态传热现象，地下埋管的安装几何特性、地下土壤特性、回填材料特性都对地下埋管的热量交换起着重要的影响。

另外设计时必须考虑到土壤热平衡。

3）施工工艺有待完善。

在我国地源热泵技术尚未发展成熟，相关的一系列施工工具、工艺、人员水平都有待发展。

比如在笔者参加监理的苏州中级人民法院的工程中，钻孔所用的机械便是施工单位自制的，施工时效率低下而且时常损坏。

并且由于一口竖井打完，必须马上下管灌浆回填避免塌方，因此如果钻井时角度不够垂直就有可能将已隐蔽的地埋管钻坏，再修复十分困难。

4）维修难度大。

虽然地源热泵理论上后期基本不会出现维修的情况，但由于设计和施工难度较大加上施工人员素质问题，一旦出现问题需要维修，代价十分巨大。

2、分户采暖

分户采暖方式的特点在于用户可以根据自己的喜好随意选择，同时用热也可以单独计量。

随着清洁能源的使用及新技术、新产品的出现，使采暖方式的多元化选择成为可能。

集中供暖的垄断地位受到挑战。

采暖的独立分户采暖方式纷纷出现。

住宅商品化的发展，双卫、多卫等大户型、复式、别墅的出现，进一步提高了对家用采暖设备要求。

家庭独立采暖设施被越来越多的房地产开发商看好。

从消费者对舒适越来越多的需求角度看，集中供暖固定的供暖期和供暖温度，已不能适应现代消费者日益提高的对取暖舒适度的要求。

a、家用空调采暖

家用空调受环境的影响，制热效率下降。

一般室外温度低于零下7℃时需启动辅助电加热。

家用空调取暖的弊端是显而易见：

耗电量大，空气干燥，浮尘增多，舒适度差。

b、燃油、燃气取暖炉

家用燃气壁挂炉，以柴油、天然气、液化石油气、城市煤气为能源,通过供热管道集中供热的采暖方式。

这种采暖炉燃烧产物的排放特性一直是人们较为关心的问题。

由于它采用大气式燃烧器，属于高耗氧的燃具，其燃烧过量空气系数较大。

所以当通风条件不好时，新鲜空气得不到及时补充，维持壁挂炉正常燃烧所需的氧气供给不足时，就会使柴油、燃气发生燃烧不完全现象，从而加剧不完全燃烧产物的排放。

如此恶性循环，对环境造成污染。

柴油、燃气燃烧后生成的污染气体主要有：

一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOX）等，浓度过高时会引起煤气中毒。

c、家用小型电锅炉、电采暖炉

家用小型电锅炉、电采暖炉是以洁净的电力为能源，利用锅炉内的电热元件将水加热，通过供热管道集中供热的采暖方式。

电锅炉系统分贮水式和快热式两种，两者区别主要在于：

贮水式电锅炉系统是利用电锅炉内部的加热器将水加热，再将蓄热水箱中的热水向采暖系统供热；快热式电锅炉没有蓄热水箱，水被加热后直接向采暖系统供热。

缺点是不能避免跑、冒、滴、漏等问题，如漏水引发的争端极大。

三、超低温空气源热泵的特点

a、地热与传统采暖方式比较：

1、高效节能。

采用热泵技术，每消耗1KW的电能，可以获得4-5KW的热能或冷能。

2、节水省地。

以空气为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗资源，不会对其造成污染；省了锅炉房及附属煤场、储油库、冷却塔等设施，机器面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，有利于建筑的美观。

3、环保效益显著。

空气源热泵机组供热无燃烧过程，避免了排烟、排污；供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔的噪声、霉菌污染及水耗。

所以，空气源热泵技术是理想的绿色环保产品。

4、一机多用，应用范围广。

空气源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套空气源热泵系统可以替换原来的城市热网供热加中央空调加热水锅炉的三套装置或系统。

减少了设备的初投资。

空气源热泵可应用于宾馆、酒店、商场、办公楼、学校、住宅小区、工厂、别墅等建筑物的采暖、制冷和供生活热水。

5、运行稳定可靠，维护方便。

水体温度相对稳定，保证了系统运行的高效性和经济性；采用全电脑控制，自动化程度高；系统简单、运行稳定，因此维护费用低，使用寿命长。

6、可获得政策性的资金扶持。

国家十分重视能源开发利用工作，出台了一系列鼓励政策。

如国家建设部规定，凡采用热泵空调技术的建筑物，通过向当地建委申报，可获得政府的政策性扶持；部分地方政府规定采用热泵技术可减免建筑供热配套费用。

b、超低温热泵与常规热泵的区别

1、常规空气源热泵指的是在环境温度-7度以上运行的机组，一般是建议在环境温度-5度以上运行，低于-5度以后根本无法启动，如果强行启动，则完全依靠电加热，耗能极大，所以不建议启动使用。

该机组只适合-5度的环境以上使用；常规空气源热泵通常是使用常规的压缩机和常规的冷媒R22生产的设备，以下是常规空气源热泵在低环境温度运行时存在的问题。

2、吸气比容增大。

机组在低温环境下运行，系统蒸发温度降低，压缩机的吸气比容增大，而压缩机的理论输气量却是不变的，这样进入压缩机制冷剂的体积流量减少，相应的单位制冷剂制热量减少，系统制热性能系数下降，经济性降低。

3、输气系数降低。

由于冷凝温度与所要制取的生活热水温度有

关，与夏季相比，为了取得同一温度的热水，冷凝温度及冷凝压力几乎不变，而系统蒸发温度降低，此时压缩机压比增大，导致输气系数下降，压缩机制冷剂的循环流量减少，压缩机的耗功增大，制热量降低，性能系数降低。

4、排气温度过高。

当环境温度降至0℃以下甚至更低温度时，蒸发温度过低，为生产较高温度热水，压缩机高低压比差继续增大，这必然引起排气温度过高，甚至超出压缩机本身允许的工作温度范围，导致压缩机频繁起停，系统无法正常工作，严重时会烧毁压缩机。

产热量与用热量的矛盾：

由于环境空气温度随地区和季节不同变化较大，而我国幅员辽阔，气候特征多异，空气源热泵热水机的制热量和制热效率，随着环境温度的降低而不断降低，冬季用户仍然需要较高温度的热水，这时候的产热量却远远不及春夏季，造成了产热量与用热量之间的矛盾。

这样对于热泵热水器来说，选型过大则造成初投资太大，选型过小则难以满足低温环境下热水供应要求。

5、回油、回液问题。

低温环境下，蒸发温度过低时，压缩机压缩比增大引起排气温度快速升高，使润滑油黏度急剧下降，影响压缩机润滑，系统还会出现回液、回油不正常，严重时会导致压缩机损坏等问题。

6、综上所述，专业的空气源热泵生产厂家一般在环境温度-5度以下的不建议使用常规空气源热泵机组

7、超低温空气源热泵指的是在环境温度-25度以上的使用的机组，超低温空气源热泵在低温下（-25℃）制热能效比常规空气源热泵机组高50%-80%，在环境温度大幅下降时而制热量衰减很少，充分保证制热效果，现在市场上的超低温空气源热泵存在两种做法：

（1）、目前市场上有利用日立直立压缩机和普通冷媒R22相结合的所谓低温空气源热泵-这样的做法有一些厂家。

（2）、利用专用的低温喷气增焓压缩机（谷轮压缩机），和低温冷媒R404A相结合的超低温空气源热泵，产品的优势体现在极端寒冷（-25℃）环境下正常工作，机组具有极高的热效率，节能75%。

8、喷气增焓机器的工作原理：

主路的制冷剂液体直接进入换热器；辅路的制冷剂液体经膨胀阀降压后进入换热器。

这两部分制冷剂在换热器中产生热交换后，辅路的制冷剂变为气体后被压缩机的辅助吸气口吸入，主路的制冷剂变为过冷液体经膨胀阀降压后进入蒸发器，在蒸发器中汽化后被压缩机吸气口吸入。

主路和辅路的制冷剂在压缩机工作腔内混合，再进一步压缩后排出压缩机外，进入冷凝器，从而构成封闭的循环系统。

本系统的主要受益体现在：

气态制冷剂的喷射可以降低排气比焓,从而降低涡旋压缩机的排气温度，同时把单级压缩变为准二级压缩，这样可以避免机组应用于低温工况下由于压缩比增大而使系统不能正常工作的问题；而且通过换热器利用冷凝器辅助之路节流之后的制冷剂将主路中的制冷剂进一步冷却，增大了膨胀阀前制冷剂的过冷度，膨胀阀前制冷剂温度进一步过冷，这样提高了系统中蒸发器的换热量，从而提高热泵系统总的制热量。

超低温空气源热泵原理图

四、对比分析

低温空气源热泵与水地源热泵运行费用对比分析

（105000M²采暖面积、50W/M²）采暖运行成本对比表

基本情况

方案类别

超低温空气源热泵

水源热泵

地源热泵

采暖面积/（平方米）

105000

每平方米热负荷/W

采暖所需热量/KW

设备选型

超低温热泵机组

　水源热泵机组

地源热泵机组

运行费用分析

制热量KW/小时

5250

消耗能源

电

设备平均能效比

380%

300%

小时耗电量/度

1381

1750

辅助设备

——

水泵（120KW）

地埋管循环泵（110KW）

日平均采暖小时数

设备控制方式

自动

设备运行时间实现自动控制，可根据室内温度需求自动调整开机时间，

日热量消耗/度*（整机开启率）

16572*（75%）

22440*100%

22320*100%

年采暖季能源费用/元

1元/度

运行总费用/天

12429

22440

22320

月运行费用

372870

673200

669600

年燃料消耗费用

1491480

2692800

2678400

维护费用

每年/元

——

20000（机房维护）

年总投入

燃料消耗+人工投入+设备年检

1491480

2712800

2698400

功能对比

采暖

是

制冷

采暖费用对比

采暖费元/平方米

14.2

25.8

25.6

节省金额

——

11.6

11.4

节省比例

——

45%

功能对比

采暖

是

制冷

1年运行费用

1491480

2712800

2698400

3年运行费用

4474440

8138400

8095200

5年运行费用

7457400

13564000

13492000

8年运行费用

11931840

21702400

21587200

10年运行费用

14914800

27128000

26984000

15年运行费用

22372200

40692000

40476000

15年运行费用差额

——　

18319800

18103800

运行费用节约比例

——　

45%

44.7%

备注：

1、表内电价按综合商业用电1元/度计算。

2、建筑参考数据取值，按节能建筑取值计算。

低温空气源热泵与热力管网对比分析

基本情况

热力管网

低温热泵

供暖费

供暖费用高：

在北京地区燃煤热力供暖每平方米约30元，燃油燃气或电热锅炉集中供暖每平方米为35元，由于目前媒价不断上涨，各种环保费用增收，使供暖费用仍有逐年上升的趋势

供暖费用低：

由于设备自行管理，可通过几台机组并联的方式，根据不同的季节或客流量变化情况。

在酒店客房入住率低时，依据热需求量进行供热，

如小供（开一台）、中供（开两台）、大供（开三台）；同样，在夜间供暖需要量大，可充分利用低谷电等优势。

随着电力事业的发展，国家鼓励用热泵采暖，电费仍有下降的趋势。

北京地区酒店每平方米约14元，住宅每平方米约11元。

能源浪费

能源浪费严重：

酒店、别墅、住宅小区等，因季节等原因等存在房屋使用率低的问题，而热力站供暖无法控制供热量大小，使能源消耗也无法节省，浪费严重。

能源浪费极小：

局部管网，有效的利用能源，根据需求自主控制，避免能源浪费。

日常管理及附加费用

日常管理及附加费用繁多。

热力供暖需热力接口费用和换热站费用，每平方米约100元。

元；此外还需有人对换热站进行日常维修和管理等，随之带来一定的额外费用。

首投资费用小：

每平方米机器设备和安装投资约为120-150元，固定资产属于投资者自己所有，机组可任意调配，全部自动化，无人员管理费用，维修费用极少。

自主性

自主性低：

热力供暖的投资者没有自主权，完全由热力公司支配、供暖时间固定，不能根据需要调整。

自主性大：

投资者可按需要调整供应时间及温度，完全自主。

功能化

不具备制冷功能，也无法提供生活热水等。

、即可采暖又可制冷：

制冷时产生的余热还可提供生活热水或为游泳池加热，充分利用能源。

其它

有污染，换热站的占地面积较大。

无任何污染，占地面积小：

设备投资不用报批，国家鼓励使用。

五、我国采暖状况

我国幅员辽阔，人口众多，严寒地区及夏热东冷地区占国土总面积的90％，人口占60％，这些地区人口密集，横跨大江南北，工作、起居规律及生活习惯、居住环境有着明显的差别，引入低温热泵采暖将给人们带来极大的方便，并明显减少供暖支出。

这种灵活随意的供暖方式实现了一人为本，按需分配，量财定出，把供暖当成一种商品的行为，人们完全可以根据自己的需要及经济状况决定如何安排冬季供暖支出，解决了供热收费难的问题。

另外随着我国作息时间的改变，双休日的出现及假日经济的发展，北方居民在元旦、春节期间有15％的人去南方旅游度假，出现了10-20天的空闲时间。

写字楼在空暖期内有20％-30％的时间空闲，大、中、小学有长达2个月的假期，这一系列现象都为低温热泵采暖提供了良好的开发和利用前景。

1、我国的电力发展状况

改革开放以来我国的电力工业达到了飞速的发展，发电量年年增加，到1999年国家电网装机容量以达到20000亿度，实际供电10000亿度，约50％的电能白白浪费掉了，人均装机容量仅为0.237千瓦，只有世界水平的40％，发展潜力巨大。

随着电力改革体制的深入，有关部门预测人均用电量将会逐步递增，而电力价格也必将稳中有降，并有多元化趋势，电力材料设备象药品市场一样更加透明，泡沫价格将消失。

这将为发展低温热泵采暖提供有力的保障，同时低温热泵采暖的兴起也将为我国电力行业的发展带来新的机遇。

2、我国的电力优惠政策

由于电力具有发电、传输、分配和使用在同一瞬间发生的特点，即电力不能大量储存这一固有特性，所以在冬季和夜晚存在着发电量过剩而无法存储的浪费现象。

我国的电力分配很不均匀，有的地区电力充足，有的地区电力贫缺，大城市及工业区白天电力不足，晚间电力过剩。

只要充分合理的利用电力能源，国家将受益，使用者也会受益。

电力使用率越高，其成本就越低。

有的城市现在就在制定了用电政策，用的越多电价就越便宜；有的正计划着新的用电价格优惠政策、取暖电价及夜间用电价。

六、低温热泵采暖运行费用计算

整个采暖期一平方米的低温热泵采暖运行费用可按以下公式计算：

（单位面积热负荷×热负荷系数）/能效比×每天工作时间×采暖期天数×电费单价＝整个采暖期单位面积的采暖费用

电采暖运行状态可分为以下几种：

（1）、用户长时间在家，热泵采暖24小时不间断运行，为节省运行费用将夜晚的取暖温度适当调低。

采暖费用为：

（0.06kw/m2×0.6）/3×12小时×120天×1元/度＝17.28元/m2

（2）、上班族，用户只有中午、夜晚在家，热泵采暖分3时段间歇运行。

采暖费用为：

（0.06kw/m2×0.6）/3×6小时×120天×1元/度＝8.64元/m2

（3）、办公室，5日工作制，只在周一至周五取暖，热泵白天运行，其余时间运行在防冻状态。

采暖费用为：

（0.07kw/m2×0.6）/3×6小时×（120天×5/7）×1元/度＝7.2元/m2

（4）、学校，除了每周5日工作制外还有35天的假期，采暖时间比较短。

采暖费用为：

（0.07kw/m2×0.6）/3×6小时×[（120天-35天）×5/7]×1元/度＝5.1元/m2

用以上计算值×房间的实际采暖面积（实用面积）就可以大约算出整个采暖期的运行费用，若用户合理调整或关闭不需采暖房间（如闲置的客房、洗手间或厨房）的采暖器，实际采暖面积就相应减小，采暖费用就会相应降低。

注：

0.07kw/m2是标准节能建筑要求冬季采暖热负荷为55－70w/m2

1元/度是目前商业用电单价，若实行峰谷电价可按平均0.65元/度计算，用户长时间在家的采暖费用为11.2元

热负荷系数0.6是指在取暖期的初期和末期室内需求的热负荷较小，在取暖期最冷的时期室内需求的热负荷较大，平均取0.6

实际采暖面积：

建筑面积乘以0.78，再减去不需采暖房间的实用面积

每个地区的电费单价、采暖周期、地热电缆每天的工作时间是不同的，比如北方地区虽然天气寒冷，但是房屋保温措施比较好（墙壁厚0.5米、外敷保温材料、窗户采用双扇真空玻璃）。

七、必要性

随着社会对环保意识的增强，政府和居民也在环境治理方面给予高度关注，各项环保政策及法规也已相继出台，改变能源结构，推广清洁能源已刻不容缓。

更多城市已经在逐步实施控制使用高污染染料，限期使用清洁能源，可以说“绿色供暖”的机遇再一次为低温热泵供暖带来了希望，故此本产品有着极大的社会推广价值及效益。

山东美乐热泵空调科技有限公司

2014/6/20

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