摘要：随着人们成本效益和节能意识的不断增强，浅层地温能资源开发利用经济效益评价已逐布成为普遍关注的焦点。本文以河北平原区某地埋管式地源热泵的实际运行监测数据为基础，采用周期成本率评价方法，对比地源热泵系统及传统供热制冷系统在相同运行效果的前提下，其经济效益、环境效益的优劣。
关键词：河北平原区；地源热泵；效益分析
1工程概况
河北省地热研究所综合实验楼地埋管式浅层地温能利用工程位于衡水市红旗大街808号。热泵系统服务总面积共计12601m2。工程设计总冷负荷为1336kw，冬季设计总热负荷819kw。室内末端系统采用风机盘管系统。其中2014年度利用情况：制冷面积10321m2，供暖面积12601m2。
经前期水文地质勘查，工程地点属河北平原水文地质区，滏阳河冲洪积水文地质亚区。第四系地下水垂向分布特征为：0—25m为矿化度5g/L咸水；25—45m矿化度约为14g/L；深度45—90m，矿化度3—5g/L，为防止咸水下移，不宜利用此层水。咸水底板以下至250米左右，该段主要含水层为中砂、中细砂，单位涌水量大部分地区小于300m3/d?m，该段最大单位回灌量与单位涌水量百分比为5.6%，不适宜地下水式换热系统。工程点200m以浅地层主要岩性为中细砂、细砂、粉细砂和亚粘土。第四系厚度大于100m，无卵石层，200m以浅含水层厚度大于30m，适宜地埋管式换热系统。
根据工程所在地的气候条件、地理位置和地质条件，结合工程实际，考虑了以下两个比较方案：方案1：采用地埋管式地源热泵系统；方案2：采用集中供热+常规空调。
该项目采用复合式地源热泵系统供暖制冷。系统冷热源采用地埋管系统+冷水塔+地热尾水。
2经济效益评价
2.1评价方法适用性分析
1、本项目被选方案有两个，为互斥方案，也就是只能采用方案中的一个。2、项目有共同的目标：实现冬季供暖、夏季制冷；根据现有的暖通空调技术，两种方案效果均能满足要求，且效果难以货币化衡量。3、两种方案费用均能够货币化，均为初投资和运行成本。
2.2经济指标分析
1、初投资
方案1：地埋管地源热泵工程初投资总计389万元，主要包括机房设备及安装、室外地埋管换热系统施工及管道连接、室内空调末端系统三大部分。
方案2：结合2014年热泵系统服务面积，估算集中供热和传统空调供暖制冷费用。夏季制冷面积为10321m2，夏季若采用传统空调，则需要72.4万元。冬季供暖面积为12601m2，如果选用集中供热方式采暖，其集中供热初装费按市场价40元/m2，则需要50.40万元。因此集中供热与传统空调初装费用为122.8万元。
2、年运行成本
方案1:热泵工程年运行成本由两部分组成。一部分为热泵机组与循环泵耗电费用，一部分为其他费用（包括折旧费、维修费、人工费等）。按照衡水市城区一般工商业电价标准0.861元/度计算，热泵年运行周期电费总计26.49万元；其他运行费用每个制冷/供暖期按5万元折算，全年总运行费用为36.49万元，见表1。折合到单位面积上的运行费用，夏季制冷期为13.07元/m2，冬季供暖期为18.25元/m2（见表1）。
表1地埋管地源热泵系统年运行费用一览表
方案2：综合楼夏季制冷面积10321 m2，1—6楼为商业用楼，日工作时长按10h计，7-12层为办公用，日工作时长按8h计，利用时间折算系数按0.65，估算日耗电2150.2度，夏季耗电费用为20.55万元；根据衡水市非居民供热价格27.9元/m2，部分宾馆与综合办公楼冬季取暖费用为35.16万元。年运行费用共为55.71万元。
3、周期成本率
因不同系统的各个组成设备使用寿命均不一致，为使经济性评价具有可比性，对比50年建筑利用期（《民用建筑通则》（GB50352—2005）规定，普通建筑和构筑物设计使用年限为50年）内集中供暖+传统空调、单一地埋管地源热泵系统的周期成本率。
地埋管使用寿命为50年，地源热泵机组寿命为20年左右，末端的中央空调寿命为15年左右；集中供暖与传统空调系统中暖气片的使用寿命约为10年，普通空调的使用寿命一般为10年。
经济性分析主要包括系统的初投资、年运行维护费用。本次采用周期成本率（CR）来简单评判两种不同方式的经济性。
2.3经济效益对比
单一地埋管地源热泵系统比较经济。虽然地埋管地源热泵系统初期投资远远大于集中供暖+传统空调，前者是后者的3.16倍，但相比集中供暖+传统空调，地埋管地源热泵系统在设备使用寿命、年运行费用上比较有优势，50年的建筑使用寿命周期内，地埋管地源热泵系统的总运行费用比集中供热+传统空调低18.26%。
3 环境效益评价
本项目采用复合式地源热泵工程，主要利用岩土体中蕴藏的热量，减少了利用常规能源，减少了向大气中排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、悬浮质粉尘等污染物，防止了大气环境污染。
相比传统供热制冷方式，热泵运行一个周期从土壤中换取的能量共计2714.0×106kJ。按照《地热资源地质勘查规范》GB/T11615-2010，估算相当于的节煤量、减排量、节省污染治理费，评价其产生的环境效益。
经计算，利用地源热泵，每年可节煤92.60吨。相当于每年向大气中减少排放：二氧化碳220.94吨，节省环境治理费22.09万元；二氧化硫1.57吨，节省环境治理费1.73万元；氮氧化物0.56吨，节省环境治理费1.34万元；悬浮物粉尘量0.74吨，节省治理费0.59万元。共计每年减少向大气排放污染物223.81吨，节省治理费用25.75万元。改善了本地区空气质量，保护生态环境。
4 结论
通过以上应用效益评价可以看出，浅层地温能开采在经济效益和环境效益评价中都产生了节约价值，既节约了资金，又起到了节约能源和减少污染物排放的作用，替代常规采暖方式应用效果显著。为河北平原区大力推广应用地埋管式地源热泵工程提供数据支持。
参考文献
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[2]董卿卿，赵爱华，赵素杰等. 衡水市典型地埋管式浅层地温能利用工程监测报告[R].河北省地矿局第三水文工程地质大队.2015
[3]索凤，何妨，赵淑娟. 地源热泵中央空调设计及运行费用分析[J].中国新技术新产品. 2011
论文作者:董卿卿,吕冬冬
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/20
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