空氣源熱泵與天然氣鍋爐在天津市居民建筑供暖的經(jīng)濟(jì)性分析指導(dǎo)老師：

宋孟杰

學(xué)生：

盧樂(lè)聰2017

·051目錄課題背景與意

義兩種方案的費(fèi)

用計(jì)算結(jié)論與展望供暖方案參數(shù)

確定及設(shè)備選

型兩種方案的綜

合對(duì)比01040203052課題背景與意義1.研究背景2.供暖設(shè)備（燃?xì)忮仩t、空氣源熱泵）

節(jié)能的意義3.我國(guó)“煤改電

”、“煤改氣

”政策3散燒煤是霧霾主要原因。我國(guó)華北平原則是霧霾污染的重地,大量散燒煤、燃油消費(fèi)是造成嚴(yán)重霧霾的主要因素之一。我國(guó)每年散燒煤消費(fèi)約7-8億噸,主要用于采暖小鍋爐、工業(yè)小鍋爐（窯爐）、農(nóng)村生產(chǎn)生活等領(lǐng)域,約占煤炭消費(fèi)總量20%,遠(yuǎn)高于歐盟、美國(guó)不到5%的水平。大量散燒煤未經(jīng)潔凈處理就直接用于燃燒,致使大量大氣污染物排放。燃煤鍋爐在實(shí)際使用運(yùn)行中,熱效率低,能源浪費(fèi)大,排塵濃度大,煤的含硫量高,對(duì)大氣污染嚴(yán)重。尤其是近年來(lái),能源供需和環(huán)境污染的矛盾日益突出。“煤改電”,即北方居民采暖領(lǐng)域,主要針對(duì)燃?xì)猓崃Γ┕芫W(wǎng)覆蓋范圍以外,大量使用散燒煤進(jìn)行采暖的城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村等,使用蓄熱式電鍋爐、蓄熱式電暖器、電熱膜等多種電采暖設(shè)施替代分散燃煤設(shè)施。煤改氣由于天然氣的能效、環(huán)保型優(yōu)越于傳統(tǒng)的煤炭,我國(guó)近年來(lái)正開(kāi)展由燃煤供暖鍋爐替換成為燃?xì)夤┡仩t的改造工程,同時(shí)也對(duì)改造的單位施與相應(yīng)的補(bǔ)貼。以湖南省長(zhǎng)沙市為例,在2014年10月31日之前,完成燃煤鍋爐改造且達(dá)到要求的單位,每蒸噸補(bǔ)助5萬(wàn)元；在2015年10月31日之前完成改造達(dá)到要求的單位,每蒸噸補(bǔ)助3萬(wàn)元。燃煤鍋爐的害處第一章概述RESEARCH

BACKGROUNDS煤改電15本文研究流程RESEARCH

BACKGROUNDS16供暖方案參數(shù)確定及設(shè)備選型1.天津某居民建筑工程概況及設(shè)計(jì)參數(shù)2.供暖熱負(fù)荷概算3.供暖系統(tǒng)方案及設(shè)備選型74月14.59209-3.2225月20.51226152.6346月2516302010.5747月2716312316.61728月2618302211.41459月21.51626174.34410月14.512209-3.525天津位于中緯度歐亞大陸東岸,天津位于華北平原東部,北依燕山,東臨渤海,是海河流域許多河流入海的匯合地。地處北溫帶半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),冬季受蒙古冷高壓控制,盛行西北風(fēng),天氣寒冷干燥；主要受季風(fēng)環(huán)流的支配,屬大陸性氣候。主要?dú)夂蛱卣魇?四季分明,春季多風(fēng),干旱少雨；夏季炎熱,雨水集中；秋季氣爽,冷暖適中；冬季寒冷,干燥少雪。天津年平均氣溫在11.4~12.9℃,市區(qū)平均氣溫最高為12.9℃。1月最冷,平均氣溫在-3~-5℃;7月最熱,平均氣溫在26~27℃。供暖方案參數(shù)確定

RESEARCH

PURPOES

平均氣溫(℃)自來(lái)水溫度(℃)日均最高氣溫(℃)日均最低氣溫(℃)極端最低氣溫(℃)平均降水總量(mm)2月045-5-

1653月66111-

15711月69111-

10.61012月-

163-5-

15.631月-342-8-

18.33天津氣候條件天津市觀象臺(tái)歷史氣象信息2表2.18供暖方案參數(shù)確定

RESEARCH

PURPOES

選定天津市某棟居民建筑為研究對(duì)象,根據(jù)天津市城鎮(zhèn)居民建筑調(diào)查,筆者擬下表為該建筑工程基本信息。設(shè)計(jì)供暖熱指標(biāo)單層總供暖面積每層戶數(shù)樓層數(shù)量單戶面積4本文建筑工程基本信息2單層層高65W/m2500m2125m23m169圖2.4每月平均人均生活熱水量波動(dòng)圖圖2.3供暖期每月供暖熱負(fù)荷（kW）供暖熱負(fù)荷RESEARCH

PURPOES210本系統(tǒng)提供了一套自給自足的能源解決方案:供暖期時(shí)，供生活熱水和室內(nèi)供暖用；非供暖期時(shí)，則僅提供生活熱水。確保用戶全年365天過(guò)上便捷、舒適的生活。選題目標(biāo)概括系統(tǒng)回路簡(jiǎn)圖RESEARCH

PURPOES211 室內(nèi)回路系統(tǒng)圖:首先，冷水統(tǒng)一經(jīng)過(guò)室外熱源（燃?xì)忮仩t/空氣源熱泵）加熱到一定溫度后，通過(guò)管道送往用戶室內(nèi)各處。一部分熱水流向埋設(shè)于需要供暖的客廳、房間地板下的加熱管--鋁塑回折型復(fù)合盤管，通過(guò)熱輻射，對(duì)應(yīng)不同的需求，把地板加熱到不同的表面溫度均勻地向室內(nèi)輻射熱量達(dá)到采暖效果，換熱后的水又回到熱源中循環(huán)加熱；另一部分熱水直接流向洗手盆、淋雨花灑等設(shè)備生活熱水使用?？紤]到家具對(duì)地暖輻射的遮掩，射家具遮掩率為θ=20%。選題目標(biāo)概括RESEARCH

PURPOES212表2.6160-480kW燃?xì)饽K鍋爐技術(shù)參數(shù)型號(hào)Q160Q200Q240Q480額定熱功率(kW)160200240480熱效率＞95%供水能力（L/h）34294286514310286滿水重量（t）4.48(5)5.76(6.2)6.48(7.1)8(8.4)最低（高）系統(tǒng)水壓1（7.5）天然氣耗量(m3/h)10121836CO排放(PPM)≤300NOx排放(m3/h)≤70用電功率3kW購(gòu)置費(fèi)用10400198002400050000 燃?xì)忮仩t采用4臺(tái)Q240燃?xì)忮仩t模塊（總額定熱功率240×4=960kW,稍大于建筑總熱負(fù)荷,符合設(shè)計(jì)要求；表2.7某型號(hào)空氣源熱泵模塊參數(shù)表型號(hào)LSQ15RHLSQ20RHLSQ25RHLSQ50RH額定制熱量（kW）375470138額定輸入功率（kW）11.318.122.846額定出水溫度(℃)55555555制冷劑類型R410A熱水流量（L/h）5307609601750單模塊價(jià)格（元）15000190002200030000 空氣源熱泵擬選用13臺(tái)空氣源熱泵模塊（LSQ50RH）,額定輸入功率46kW,額定制熱量138kW,額定COP為3.0設(shè)備選型RESEARCH

PURPOES213兩種方案的費(fèi)用計(jì)算1.燃?xì)忮仩t系統(tǒng)費(fèi)用計(jì)算2.空氣源熱泵系統(tǒng)費(fèi)用計(jì)算14本章根據(jù)第二章的設(shè)備選型費(fèi)用和整個(gè)供暖系統(tǒng)的費(fèi)用計(jì)算出設(shè)備初投資費(fèi)用；

然后根據(jù)天津當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)、氣價(jià)計(jì)算出每年運(yùn)行需要的費(fèi)用；

并假設(shè)出可能出現(xiàn)的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用；最后得出兩種方案所需支出的費(fèi)用。兩種方案的費(fèi)用計(jì)F

URE

PROSPECT

615項(xiàng)目熱泵模塊機(jī)組調(diào)壓

、控制系統(tǒng)8m3保溫水箱循環(huán)管泵安裝費(fèi)總價(jià)單價(jià)（元）80,00040,00020,0003000010000數(shù)量12臺(tái)1套1套1套1套總價(jià)（元）960,00040,00020,00030,00010,0001,060,000表3

.項(xiàng)目鍋爐房土建燃?xì)忮仩t模塊調(diào)壓

、控制系統(tǒng)3m3調(diào)壓保溫水箱消防系統(tǒng)循環(huán)管泵安裝費(fèi)總價(jià)單價(jià)（元）2,00024,00040,00010,00010,00030,00010,000數(shù)量50m2

6套

1套

1套

1套

1套

1套總價(jià)（元）100,000144,00040,00010,00010,00030,00010,000344,000表3

.6空氣源熱泵初投資費(fèi)用表設(shè)備初投資1燃?xì)忮仩t初投資費(fèi)用表RESEARCH

PROCESS3162月71.091709.746.3119,8947,

128127,0223月51.680516.138.787,9967,

12895,

1244月7533.55,3127,

12812,4405月7229.54,6757,

12811,8036月7025.23,9947,

12811,

1227月非供暖期72非供暖期25.94,

1087,

12811,2368月5418.12,8697,

1289,9979月6523.43,7097,

12810,83710月6526.64,2207,

12811,34811月51.683516.137.187,7367,

12894,86412月74.286741.941.612,42687,

128131,396總計(jì)58,305485,536668,590人均生活熱水量（L）供暖熱負(fù)荷（kW）生活熱水熱負(fù)荷（kW）表3

.4燃?xì)忮仩t每月運(yùn)行費(fèi)用表1月80.679806.540.2運(yùn)行費(fèi)用RESEARCH

PROCESS用氣費(fèi)用（元）

134,274用電費(fèi)用（元）7,

128總費(fèi)用（元）

141,4023供暖熱指標(biāo)（W/m2）171月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月總計(jì)供暖熱指標(biāo)（W/m2）80.671.051.6非供暖期51.674.2人均生活熱水量（L）799180757270725465658386113,99

101,78

105,49用電費(fèi)用（元）1374,7034,5103,9693,3913,4872,4353,

1483,58374,4826516.1

非供暖期38.733.529.5

25.2

25.918.1516.123.4

26.6

37.1供暖熱負(fù)荷（kW）生活熱水熱負(fù)荷（kW）表3.7空氣源熱泵每月運(yùn)行費(fèi)用表運(yùn)行費(fèi)用806.540.2741.941.6709.746.3RESEARCH

PROCESS494,977318內(nèi)容普通維修故障排除用化學(xué)法除垢,使?fàn)t內(nèi)水垢溶解,然后用水沖掉。對(duì)鍋爐的煙氣通道進(jìn)行清理、除塵。對(duì)鍋爐的燃燒機(jī)及電控系統(tǒng)進(jìn)行清潔、維護(hù)、調(diào)校、上油等保養(yǎng)。內(nèi)容普通維修故障排除定期每年一次天添加,并檢查管道是否有泄漏。清洗在冷凝器換熱面上形成的水垢,改善換熱效率,提升機(jī)組效率對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行清洗、保養(yǎng)。價(jià)格（元/年）4,0006,00010,00010,00030,000價(jià)格（元/年）1,0003,0002,0001,000名稱設(shè)備檢查添加制冷劑冷凝器保養(yǎng)蒸發(fā)器保養(yǎng)總計(jì)名稱設(shè)備檢查鍋爐除垢煙道清理常規(guī)保養(yǎng)表3.5燃?xì)忮仩t維護(hù)內(nèi)容表3.5空氣源熱泵維護(hù)內(nèi)容設(shè)備維護(hù)費(fèi)用RESEARCH

PROCESS37,000總計(jì)19兩種方案的綜合對(duì)比1.經(jīng)濟(jì)性對(duì)比2.能效性對(duì)比3.環(huán)保性對(duì)比20按照下列公式計(jì)算成本回收期。成本回收期=設(shè)備除投資費(fèi)用÷每年凈利潤(rùn)算得燃?xì)忮仩t方案成本回收期為16年,空氣源熱泵方案成本回收期為6年。顯然,從成本回收角度來(lái)看,空氣源熱泵具有很大的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)兩種方案的能源成本決定，假設(shè)在滿入住率的情況下，對(duì)本棟居民建筑64個(gè)用戶單位采取以下收費(fèi)方式:①供暖費(fèi)用:供暖期120天內(nèi)0.51元/m2?天②生活熱水費(fèi)用:35元/t。計(jì)算兩種方案的成本回收期確定對(duì)用戶的的收費(fèi)方式根據(jù)每戶建筑面積和每月人均生活用水量算出每年收取用戶的費(fèi)用為:719770元。成本回收期計(jì)算RESEARCH

RESULT421我們可以對(duì)比兩種供熱方式產(chǎn)生單位熱量的價(jià)格。以產(chǎn)生1kWh熱量為例。1m3天然氣的熱值等于9.89kWh（8500大卡）,即產(chǎn)生1kWh熱量的費(fèi)用為2.67×1÷9.89=0.27元；1kWh電能價(jià)格為0.51元,空氣源熱泵COP為3,則產(chǎn)生1kWh熱量需要的費(fèi)用為0.51×1÷3=0.17元?？梢钥闯?天然氣鍋爐產(chǎn)生單位熱量的價(jià)格比空氣源熱泵高出59%。從其他費(fèi)用來(lái)看,燃?xì)忮仩t的設(shè)備初投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低?？梢?jiàn),能源價(jià)格是天然氣鍋爐最大的問(wèn)題。能源單價(jià)對(duì)比RESEARCH

RESULT422 燃?xì)忮仩t天然氣在鍋爐中燃燒放熱后經(jīng)過(guò)換熱器把熱量傳遞給工質(zhì)水,其中會(huì)有一小部分的熱量散失到環(huán)境中；熱水再通過(guò)管道傳輸?shù)接脩艚K端進(jìn)行使用,在管道運(yùn)輸中也會(huì)出現(xiàn)熱量的損失。相對(duì)空氣源熱泵而言,天然氣鍋爐的能源轉(zhuǎn)化流程更簡(jiǎn)單直接,中間的能量損失更少,但是 空氣源熱泵空氣源熱泵使用的電能是二次能源,需從發(fā)電廠發(fā)電并經(jīng)過(guò)電網(wǎng)輸送最終才能使用,其中會(huì)有各種線路、變壓器損耗；好處是可以使用可再生能源（風(fēng)能、太陽(yáng)能等）所發(fā)出的電能來(lái)進(jìn)行供熱,可實(shí)現(xiàn)“零排放”,。使用天然氣燃燒的高品位能源直接轉(zhuǎn)化為低品位的熱能,存在一定的能源品位的浪費(fèi)。23能效性對(duì)比RESEARCH

PURPOES4表4.1污染排放對(duì)比天然氣鍋爐空氣源熱泵燃煤鍋爐耗能類型天然氣電煤熱值7000kcal/kg860kcal/kWh8500kcal/m3熱效率65%300%95%煙塵排放/g73.84-1418.25SO2排放/g147.67-3025.60CO2排放/kg231.03-495.44NOx排放/g590.69-1437.16注:數(shù)據(jù)為制取1000kW熱量的排放量燃?xì)忮仩t和空氣源熱泵都是環(huán)保、污染低的供暖設(shè)備，都是燃煤鍋爐的理想替代品。我們可以從表4.1看出兩者的優(yōu)越之處。從污染排放上看，無(wú)論是煙塵還是SO2、CO2.NOx排放量，燃?xì)忮仩t都比燃煤鍋爐低得多，原因在于天然氣中雜質(zhì)含量少。而空氣源熱泵采暖屬于清潔能源，使用電能驅(qū)動(dòng)供暖，所以不存在燃燒設(shè)備的排放，尤其在風(fēng)電、水電、核電大力代替燃煤的今天，更加環(huán)保節(jié)能。環(huán)保性對(duì)比RESEARCH

RESULT424很明顯可以看出,空氣源熱泵設(shè)備初投資費(fèi)用要遠(yuǎn)高于燃?xì)忮仩t,但是運(yùn)行費(fèi)用比燃?xì)忮仩t低,成本回收期也比燃?xì)忮仩t短很多。所以,如果設(shè)計(jì)妥當(dāng)、用戶使用率合適,空氣源熱泵對(duì)于物業(yè)管理方將會(huì)是一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)的供暖方案。從可靠性上來(lái)看,燃?xì)忮仩t采暖的可靠性受供氣壓力的影響,在燃?xì)獠蛔愕牡胤绞褂檬苡绊憽６諝庠礋岜貌膳缓凸╇婋妷河嘘P(guān),只要電壓穩(wěn)定,空氣源熱泵系統(tǒng)的穩(wěn)定性和空調(diào)的穩(wěn)定性一樣,經(jīng)受住考驗(yàn)。而且目前還多采用變頻機(jī),機(jī)組的可靠性和適應(yīng)性更強(qiáng)。從能效性上看,加熱相同參數(shù)的水到相同的溫度,燃?xì)忮仩t速率要比空氣源熱泵快得多,所以在某些緊急情況下,燃?xì)忮仩t的應(yīng)急能力更強(qiáng)；燃?xì)忮仩t8500大卡/m30.2795%344,0006