基于壽命周期成本評價(jià)方法的開式地表水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化分析

1、<p>　　基于壽命周期成本評價(jià)方法的開式地表水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化分析</p><p>　　摘要：針對開式地表水源熱泵系統(tǒng)，建立了應(yīng)用于工程評價(jià)的簡化的壽命周期成本（LCC）計(jì)算模型.采用Destc對某工程實(shí)例進(jìn)行全年能耗模擬，根據(jù)結(jié)果分析負(fù)荷需求特性，結(jié)合機(jī)組及水泵的性能曲線，進(jìn)行系統(tǒng)LCC值分析.將開式地表水源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)冷熱源系統(tǒng)組成LCC的各項(xiàng)成本進(jìn)行比較，得出開式地表水源熱泵系統(tǒng)LCC的影響因素

2、主要為設(shè)計(jì)取水溫度、排放水溫度和取水高差.通過對以上問題的分析，探討了優(yōu)化系統(tǒng)的措施.在取水溫度為24 ℃時(shí)，取水泵定溫差變頻運(yùn)行，通過擬合曲線得到最佳取水溫差為7.7 ℃，對應(yīng)的最小LCC為441.80.另外，考慮機(jī)組變工況運(yùn)行情況，得到了更小的LCC值為433.50，說明變工況運(yùn)行能進(jìn)一步產(chǎn)生節(jié)能效益. </p><p>　　關(guān)鍵詞：開式地表水源熱泵；壽命周期成本；能耗；系統(tǒng)優(yōu)化 </p>&l

3、t;p>　　中圖分類號：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p>　　研究表明：全生命周期理論適合評價(jià)較大初投資情形下的未來投資回收問題7].全壽命周期不僅包括經(jīng)濟(jì)意義的成本，還包括環(huán)境成本、社會成本.從理論上講，全壽命周期是指產(chǎn)品從研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、建設(shè)、使用直到報(bào)廢所經(jīng)歷的全部時(shí)間8-9].由于本文討論的是開式地表水源熱泵系統(tǒng)這一特定對象的評價(jià)方法，故可簡化為只考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命，即指設(shè)備從開始使用到

4、再繼續(xù)使用在經(jīng)濟(jì)上已不合理為止的全部時(shí)間，本文稱之為“壽命周期”. </p><p>　　本文將建立應(yīng)用于開式地表水源熱泵系統(tǒng)工程評價(jià)的簡化的壽命周期成本計(jì)算模型，通過比較不同冷熱源系統(tǒng)的LCC，分析能耗的組成及特征.研究一定取水溫度下的最佳取水溫差以及系統(tǒng)變工況運(yùn)行策略，以此來改進(jìn)方案，力求最優(yōu). </p><p><b>　　3.2方案初選 </b></p&

5、gt;<p>　　本文采用LCC這一概念，目標(biāo)并不是全面、完整地計(jì)算整個(gè)費(fèi)用，而是通過比較各方案的LCC，為選擇最佳方案提供決策依據(jù). </p><p>　　方案1為螺桿式冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)，方案2為江水源熱泵系統(tǒng).在計(jì)算兩者的LCC時(shí)，只考慮不同的部分，而不考慮相同的部分.比如認(rèn)為機(jī)房土建費(fèi)用、末端設(shè)備費(fèi)、夏季冷凍水循環(huán)泵能耗都是相同的，設(shè)備安裝費(fèi)也近似相等.兩種方案的設(shè)備選型見表2和表3.冬

6、季供熱時(shí)，水源熱泵機(jī)組單臺運(yùn)行.熱泵機(jī)組及冷水機(jī)組部分負(fù)荷下的能效比曲線見圖4，縱坐標(biāo)為對應(yīng)橫坐標(biāo)某負(fù)荷率下的能效比與額定工況能效比的比值.方案1燃?xì)鉄崴仩t由于缺乏隨負(fù)荷變化的效率曲線，本文假定運(yùn)行中效率保持額定值，不隨負(fù)荷率降低而降低，則耗氣量隨負(fù)荷率線性變化，這部分偏差可作為工程上的安全系數(shù). </p><p>　　從表5可以看出，方案3的LCC值最小，其次是方案2，LCC值最大的是方案4. </p&

7、gt;<p>　　在本工程保證機(jī)組最小水流量40%的前提下，方案1，2，3的變頻泵變頻范圍依次為72%～100%，56%～100%，40%～100%，方案2變頻泵變頻范圍較小，一定程度上影響了其變頻泵的節(jié)能潛力，其機(jī)組能效在3種方案中最低.方案4機(jī)組能效最高，但由于取水量較大，取水泵能耗較高，并且取水量增大導(dǎo)致取水部分投資增大，所以其LCC值最大.而方案3的機(jī)組能耗和取水泵能耗雖然均不是最小的，但是LCC值卻最小，為最佳方

8、案. </p><p>　　由此可見，取水量過大或過小均不佳.取水量太小，與機(jī)組額定流量相差較大，會引起取水泵變頻范圍減小，而且排放水溫度過高會使機(jī)組能效比降低.若取水量太大，則會增加取水設(shè)施投資，導(dǎo)致取水泵能耗過高，而機(jī)組因能效比提高而得到的節(jié)能效益無法抵消甚至低于取水泵的能耗增量.因而，要保證取水泵能耗、機(jī)組能耗和初投資均在合理范圍內(nèi)，才能得到最低LCC值. </p><p>　　下面

9、根據(jù)多組工況計(jì)算結(jié)果進(jìn)行曲線擬合.進(jìn)水溫度為24 ℃.橫坐標(biāo)為取排放水溫差，縱坐標(biāo)為對應(yīng)的LCC值.由圖5可知，本工程在定溫差運(yùn)行工況下，最佳取排放水溫差為7.7 ℃，最小LCC值為441.80. </p><p>　　4.2考慮機(jī)組變工況運(yùn)行，提高系統(tǒng)綜合能效 </p><p>　　根據(jù)Destc的模擬結(jié)果可知，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間占空調(diào)總運(yùn)行時(shí)間的比例是很小的，可以考慮機(jī)組的變工況運(yùn)行，兼顧

10、取水泵的能耗及機(jī)組能效比，提高系統(tǒng)的整體綜合能效. </p><p>　　考慮設(shè)計(jì)方案5：按照9 ℃溫差來選擇取水泵，80%～100%負(fù)荷率區(qū)間下定頻運(yùn)行，負(fù)荷率為80%時(shí)，計(jì)算得源水側(cè)進(jìn)出水溫差約為7.2 ℃，接近前面分析得到的最佳取水溫差，此時(shí)開始定溫差變頻運(yùn)行能獲得較小的LCC值，取得較好的節(jié)能效益.直至通過機(jī)組的流量小于所需最小流量時(shí)，水泵再次轉(zhuǎn)為定頻運(yùn)行. </p><p>　　

11、此方案在選擇水泵時(shí)，按照大溫差的原則來選擇水泵，盡量減少設(shè)計(jì)取水量，降低取水泵額定能耗.同時(shí)，通過變工況運(yùn)行，使除了接近滿負(fù)荷下的大部分時(shí)間，機(jī)組都在最佳設(shè)計(jì)取水溫差工況下高效運(yùn)行.計(jì)算得該方案LCC值為433.50. </p><p>　　相比方案3，方案5的LCC值更低.方案5不僅降低了運(yùn)行年限產(chǎn)生的費(fèi)用，同時(shí)也減少了一部分前期投資.說明系統(tǒng)變工況運(yùn)行能進(jìn)一步產(chǎn)生節(jié)能效益，值得深入研究. </p>

12、<p><b>　　5結(jié)論 </b></p><p>　　建立了基于壽命周期成本的簡化的工程評價(jià)方法，可對開式地表水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的評價(jià)和優(yōu)化.通過對實(shí)際案例的分析，得到如下結(jié)論： </p><p>　　1） 建立的LCC計(jì)算模型采用流程圖的形式呈現(xiàn)，清晰明了，易于理解.并且通過合理的簡化后，運(yùn)算簡便，準(zhǔn)確度高，便于應(yīng)用實(shí)際工程的評價(jià)和優(yōu)化中. &l

13、t;/p><p>　　2）開式地表水源熱泵系統(tǒng)的LCC組成部分中，最主要的是運(yùn)行年限內(nèi)的總運(yùn)行費(fèi)，其中，又以機(jī)組所占費(fèi)用比重最大，因而，選取能效品質(zhì)高的水源熱泵機(jī)組本身就至關(guān)重要. </p><p>　　3） 在開式地表水源熱泵系統(tǒng)中，影響LCC值的因素主要有兩點(diǎn)：取水高差、設(shè)計(jì)取排放水溫度.取水高差和取水溫差直接影響到取水泵的能耗.而取排放水溫度同時(shí)又會影響機(jī)組能效.取水量又與初投資有直接的

14、關(guān)系.另外，要考慮在滿足機(jī)組的最小水流量要求下，變頻泵的變頻范圍受影響的程度.因此，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮取水泵能耗和機(jī)組能耗的相關(guān)關(guān)系，考慮運(yùn)行費(fèi)用的同時(shí)，不能忽略初投資.通過計(jì)算分析得到，對本工程而言，在源水進(jìn)水溫度為24 ℃且定溫差變頻運(yùn)行時(shí)，最佳取水溫差7.7 ℃，對應(yīng)的LCC值為441.80. 　　4）按照9 ℃溫差進(jìn)行取水泵的選型，保證盡量減小取水能耗和取水設(shè)施投資，同時(shí)考慮機(jī)組變工況運(yùn)行，使除接近滿負(fù)荷時(shí)間的大部分時(shí)間

15、內(nèi)，系統(tǒng)能在最佳設(shè)計(jì)取水溫差工況下，保持高效運(yùn)行，計(jì)算得該方案的LCC值為433.50，說明變工況運(yùn)行更為有利，具有節(jié)能潛力.只有從提高系統(tǒng)綜合能效著手，全面考慮，才能得到更優(yōu)方案. </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]宋應(yīng)乾，馬宏權(quán).閉式地表水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用與分析J].建筑科學(xué)， 2010，26（12）：54-63. <

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