土壤源熱泵系統(tǒng)全壽命周期成本分析方法.pdf

1、近年來，由于經(jīng)濟高速發(fā)展以及能源和環(huán)境問題的日益嚴峻，太陽能、風能、水能、地熱能和海洋能等可再生能源逐漸受到了人們的重視，其中，地熱能以對環(huán)境無害或危害極小、資源分布廣泛、適宜就地開發(fā)利用等優(yōu)點，更是得到了人們的青睞，因此，土壤源熱泵系統(tǒng)在國內(nèi)都得到了越來越多的關(guān)注和應用。
　　目前，地埋管地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析體系尚不是很成熟，大部分分析采用靜態(tài)的技術(shù)經(jīng)濟分析，而忽略了資金的時間價值，同時也忽視了地源熱泵系統(tǒng)在實際運行中的能效

2、的變化性，因此，僅進行靜態(tài)分析很難得到準確的經(jīng)濟性分析結(jié)論。為了使經(jīng)濟性分析更與工程實際情況相符，就應該在分析過程中考慮資金的時間價值以及系統(tǒng)的動態(tài)能效，換句話說，就應當進行地源熱泵系統(tǒng)的全壽命周期成本（LCC）分析。
　　本文首先分析了全壽命周期成本的內(nèi)容，進而將全壽命周期成本得概念引入到地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析中。首先，計算得到兩個空調(diào)系統(tǒng)的初投資成本；然后，引入系統(tǒng)動態(tài)能效比EER，計算得到空調(diào)系統(tǒng)各部分的運行

3、、維護以及管理成本；最終，建立了地源熱泵系統(tǒng)全壽命周期成本（LCC）計算及評價模型。
　　本文進行了建筑動態(tài)逐時負荷的負荷特征分析。通過DeST空調(diào)負荷計算軟件，計算得到某實際建筑項目的全年動態(tài)逐時負荷，并對全年動態(tài)逐時負荷進行了負
　　荷特征分析，分析采用的負荷特征量包括：峰值負荷脈沖性、負荷強度的變化性、歷年負荷總量的累積特性以及負荷持續(xù)性。然后將計算得到的全年動態(tài)逐時負荷導入所編寫的Matlab計算程序，計算得到該建筑

4、地源熱泵系統(tǒng)的熱泵機組實際逐時制冷（熱）量、機組的啟停情況以及用戶側(cè)進出機組的水溫。
　　換熱器管群換熱模型的建立以及邊界條件的設置。建立了地埋管換熱器周圍巖土的三維管群瞬態(tài)傳熱模型，通過有限差分方法對其微分方程及邊界條件進行了離散。結(jié)合地埋管換熱器與周圍巖土的換熱量的關(guān)系式，利用Matlab編程，計算得到埋管進水溫度的函數(shù)表達式的UDF函數(shù)文件，并作為所建立的三維管群瞬態(tài)傳熱模型的埋管進口邊界條件，進而展開全壽命周期時間內(nèi)的模擬

5、計算。根據(jù)有關(guān)文獻建立了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷卻水出水溫度的預測模型，利用Matlab編程，計算得到了冷卻塔動態(tài)的逐時進出水溫度。
　　本文對所建立的管群模型進行了實測驗證。在夏季工況和冬季工況下，分別對實際地源熱泵工程進行了測試，通過埋管管壁的實測值和模擬計算值的對比分析，得出三維瞬態(tài)管群模型的計算值相對于實測值的誤差在工程允許誤差的范圍之內(nèi)。
　　進行了土壤源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟成本和環(huán)境成本的計算和對比分析。根據(jù)所建立

6、的單U型地埋管土壤源熱泵系統(tǒng)和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的LCC值計算模型，計算得到地源熱泵系統(tǒng)和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的LCC值分別為222.02萬元和276.72萬元。經(jīng)計算，該地源熱泵系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)的環(huán)境成本如下：土壤源熱泵系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的標準煤節(jié)約總量為54.149噸，CO2的減排量為133.748噸，SO2的減排量為1.083噸，粉塵的減排量為0.541噸。由此可見，土壤源熱泵系統(tǒng)的環(huán)保效益較顯著。
　　本文還詳細分析了地源熱泵系統(tǒng)

7、的運行時間控制模式（啟停控制）、埋管內(nèi)循環(huán)水流量以及不同建筑類型（負荷特征）對地源熱泵系統(tǒng)LCC值的影響。所研究的熱泵系統(tǒng)的運行時間控制模式分為兩種工況：連續(xù)運行模式和間歇運行模式兩種工況。所研究的埋管內(nèi)循環(huán)水變流量工況分為四種不同流量工況。所研究的不同負荷特征類型分為三種工況：辦公建筑地源熱泵系統(tǒng)、商場建筑地源熱泵系統(tǒng)和賓館建筑地源熱泵系統(tǒng)。針對辦公建筑、商場建筑和賓館建筑熱泵系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)的總運行時間和總停機時間的不一致，提出了