一般來說,熱泵供熱較鍋爐節約原料,但其初投資也相對較高,因此對于具體工程方案應綜合考慮節能和經濟性,可采用兩種熱源同時供熱,如地源熱泵+燃氣鍋爐。在這種混合式供熱方式中,熱泵承擔絕大部分負荷,鍋爐起調峰作用,充分發揮熱泵的節能特性和鍋爐較低的初投資,做到節能和經濟的最佳組合。

　　1供暖期的負荷計算

　　設計熱負荷通常采用最不利時的負荷條件進行計算。室外氣象條件逐時變化,相應的負荷也發生變化,因此為了模擬供熱期總的燃料耗量,必須知道供熱期各時刻的動態負荷。針對1萬m2的溫室大棚,利用DeST軟件進行模擬。對于溫室大棚來說,20%~65%設計負荷出現的時間最長,占總采暖時間的58%,而最大負荷出現的時間僅1.2h,其平均負荷僅為設計負荷的41.35%。因此,計算供暖方案燃料耗量時應該采用逐時負荷,而不是設計負荷,否則會出現不真實的結果。

　　2燃料消耗量

　　2.1計算方法

　　現設供熱系統(熱泵+鍋爐)每年需要向熱用戶提供熱量Q1(kJ/a),分別計算燃煤鍋爐、燃氣鍋爐和地源熱泵全年的燃料消耗量。

　　2.2供熱方案

　　對一典型的1m2米的溫室大棚,采用燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、地源熱泵供熱的燃料耗量進行計算。若以燃煤鍋爐的標煤耗量為100%,那么燃氣鍋爐、地源熱泵供暖系統的標煤耗量分別為8.7%和49.4%。其節能特性為:地源熱泵>燃氣鍋爐>燃煤鍋爐。

　　2.3帶輔助熱源方案

　　在這種供熱方式中,熱泵為主要的供熱熱源,鍋爐稱為輔助熱源或者調峰熱源。仍然以1萬m2溫室大棚為例,就熱泵承擔設計負荷比為40%,45%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%,90%,95%,100%等13種條件進行計算。可以看出,隨著熱泵承擔設計負荷比的增加,地源熱泵+燃氣鍋爐混合供暖方式的天然氣耗量逐漸減小,耗電量逐漸增加,而標煤耗量逐漸減小,且減小的速度逐漸放緩。對于辦公建筑,地源熱泵承擔設計負荷比從60%增加到100%時,其標煤耗量僅僅降低了4.48%(以熱泵承擔100%設計負荷為基準)。

　　3經濟性分析

　　地源熱泵系統價格差別取決于使用的地區、建筑圍護結構和建筑功能差異。根據現有實際工程測算,地下水源熱泵系統初投資約為250~420元/m2。其中,冷熱源部分投資約為150~220元/m2;土壤源熱泵系統初投資約為300~480元/m2,其中冷熱源部分投資約為200~270元/m2;燃煤鍋爐房供暖系統投資約為150~200元/m2;燃氣分散鍋爐房供暖系統投資約為100~150元/m2;熱電聯產集中供熱系統投資約為200元/m2(包括增容費)[10];采暖末端設備的初投資約為40~50元/m2。仍以1萬m2的溫室大棚為例,對不同輔助熱源配置情況下初投資、運行費用及費用現值進行計算。

　　計算費用現值時取折現率8%,壽命期20a,結果如表3所示。由表3可知,隨著熱泵承擔設計負荷比的增加,熱源部分的初投資增加,而年運行費用逐漸降低。當熱泵承擔設計負荷比從40%增加到100%時,初投資從120萬元增加到155萬元,而運行費用從13.9萬元/年降到11.3萬元/年。這導致費用現值先逐漸緩慢降低,而后又逐漸升高。最小費用現值出現在熱泵承擔60%的設計負荷時,為249萬元。也就是說,熱泵承擔60%的設計負荷時,該帶輔助熱源的地源熱泵供熱系統可以獲得最佳的經濟性。

　　4結論

　　針對新疆某地的氣象條件和價格體系,分析了地源熱泵、燃氣鍋爐和燃煤鍋爐供熱能耗情況,尤其是以燃氣鍋爐為輔助熱源的地源熱泵供熱系統的能耗情況及經濟性。研究表明:

　　1)對于溫室大棚來說,20%~65%設計負荷出現的時間最長,占到總采暖時間的58%,而最大負荷出現的時間僅有1.2h,其平均負荷僅為設計負荷的41.35%。因此,在計算供暖方案燃料耗量時應該采用逐時負荷,而不是設計負荷,否則就會出現不真實的結果。

　　2)節能特性為地源熱泵>燃氣鍋爐>燃煤鍋爐。若燃煤鍋爐的標煤耗量為100%,那么燃氣鍋爐、地源熱泵供暖系統的標煤耗量分別為78.7%和49.4%。

　　3)對于地源熱泵+燃氣鍋爐供熱方式,熱泵承擔的設計負荷比從40%增加到60%時,熱泵供熱量從70.13%增加到90.02%,燃氣鍋爐的運行時間從62.5%減小到33.5%;而當熱泵承擔的設計負荷從60%增加到100%時,其標煤耗量僅僅降低了4.48%(以熱泵承擔100%設計負荷為基準)。從燃料耗量的來看,對于溫室大棚,地源熱泵+燃氣鍋爐承擔設計負荷的比例采用60%+40%,不會顯著增加燃料耗量,可以接受。

　　4)地源熱泵承擔60%的設計負荷時,可以獲得最小的費用現值(249萬元)、最大的增量凈現值(47.8萬元)。可見,地源熱泵+燃氣鍋爐供熱系統設計負荷按60%+40%分配時,可以獲得最佳的經濟效益。