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空气源热泵系统与其它系统应用的经济性对比

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2024年6月2日发(作者:须芷云)

2011年9月 

包头职业技术学院学报 

J0URNAL OF BAOTOU VOCA ̄ONAL&TECHNICAL COLLEGE 

September.201 1 

第l2卷第3期 

V0l_l2.No.3 

空气源热泵系统与其它系统应用的经济性对比 

王志强 刘英杰 王志刚 

(1.包头市供水总公司;3.包头市环保局,内蒙古包头014030;2.明发集团,南京210000) 

摘要:集中式供热水的空气源热泵系统、太阳能集热系统、电加热热水系统均是目前应用在城镇建 

筑工程中的热源系统,各系统的集热方式、安装、运行的条件各异,讨论了各种热水系统在多层建筑中 

应用的经济性对比,以便为实际应用中提供经济参考指标。 

关键词:空气源热泵;太阳能热水系统;电热水器;经济性对比 

1项目概况 

环境温度为最热月平均气温27.8 ̄C时,水温取 

20℃。 

锦绣银山是一个集居住、商业、酒店、公寓为一体 

的综合性大型社区。位于镇江大港新区赵声路与银 

河路交汇处。A区用地面积137898.10m ,建筑面积 

95986.14m ,地上建筑面积72375.89m ,建筑密度 

14.9%,户数489,包括1#~59#楼多层、底层住宅和幼 

儿园。 

2基本数据 

每天需要的热水热值: 

W=C×M×At=4.1868KJ/(kg・℃)×3200kg 

×35cI==468921.6kJ 

环境温度为最冷月平均气温2.3℃时,水温取 

5℃。 

每天需要的热水热值: 

W=C×M×At=4.1868kJ/(kg・℃)×3200kg 

×50oC=669888kJ 

选取A区43#楼为经济比较计算对象,共五层, 

每层4户,共2O户。根据江苏当地热水用量的设计 

标准及相关设计参数,热水用量按60I./人,2.7人/ 环境温度为最恶劣天气一10 ̄C时,水温取0 ̄C, 

未结冰状态。 

户,约160L/户,每天约需55c【=热水3200L,合3.2t。 

镇江地区年平均温度15.4qC,年平均日照时间220 

天。镇江地区能源单价为:电费0.55 ̄tJkwh,水费 

每天需要的热水热值: 

W=C×M×△t 

3.05 Yr./m。。能源热值:电能860kcal/kwh。 

3负荷计算及运行成本分析 

=4.1868kJ/(kg・oC)x3200kg x55 ̄C 

=736876.8kJ 

3.1空气源热泵辅助电加热系统 

3.1.1负荷计算 

3.1.2运行成本分析 

3.1.2.1主机耗电量 

镇江地区最冷月气温低于10 ̄C,空气源热泵必 

须配有辅助电加热。本项目镇江锦绣银山A区43# 

搂选用清华同方TFS—SKR270(D)型热泵热水器2 

每户满负荷运行时(即20户住满,共54人时), 

根据设计共需要55℃热水3200kg,需要535910.4kJ, 

合计128000kcal的热量。 

台,水箱选用容积为2.5m 承压水箱一台供热水,将 

四季温度分为不同的四个温度进行热负荷的计算。 

环境温度为年平均气温15.4a【=时,水温取15 ̄C。 

每天需要的热水热值: 

W=C×M×At:4.1868kJ/(kg・℃)×3200kg 

×40oC=535910.4kJ 

设备一天所需用电量N1为: 

N1=Q÷(R×P)=128000kcal÷(860kcal/kwh× 

热效率360%) 41.34kwh(即用电量为41.34度) 

其中:Q为所需热量,128000kcal; 

R为能源热值,电能R=860kcal/kwh; 

其中,C为水的比热:4.1868kJ/(kg・oC),M为热水 

质量:3200kg,At为热水温升:(55—15)=40 ̄C。 

收稿日期:2011—07—04 

P为热效率,标况下,本空气源热泵热效率等于 

400%,主要是系统综合效率的影响,其中热水系统机组 

运行效率和系统保温状况不易达到理想状态,是导致 

作者简介:王志强(1969一),男,包头人,包头市供水总公司工程师,主要从事水资源开发和利用工作 

l9 

王志强等:空气源热泵系统与其它系统应用的经济性对比 

COP达不到理论值的重要原因,一般全年可达到3.6。 

3.1.2.2耗损电量 

循环系统,只需要约1/6的热水循环耗电。 

由此可知,本系统循环所需要用电量为: 

N3=0.69kw x2×24h×1/6=5.52kwh 

实际机组运行时,由于热水在保温水箱中长时 

间停留,热水未及时用掉,造成热量损失,水温下降, 

机组会对此部分损失热量进行补充,对水箱里的热 

3.1.2.4每天整体运行成本及每吨热水成本分析 

由以上分析可知,满负荷使用时,系统每天共需 

水进行再加热,而此部分消耗的电量相当于机组满 

要电量 

负荷运行时所耗电量的1/5。该部分电量: 

N=N1+N2+N3=41.34+8.27+5.52=55.13 

N2=1/5N1=8.27kwh 

供需电费A=N×0.55 Yr_/kwh:30.32元 

3.1.2.3水泵运行成本分析 平均每人每天约O.56元电费。 

本系统运行时需要使用2台流量为2.5m /h,扬 

每人每天用水6O升, 

程约17m,输入功率为0.69kw的加压循环泵(一用一 

制取每吨热水电费:O.56元÷60L×1000L/t= 

备),2台热泵侧强制循环泵(一用一备),来进行系统 

9.36 t 

的热水循环。由于采用变频系统并拥有先进运行节 每吨热水成本=每吨自来水费用+制取每吨热 

能控制,水泵只在两种状态下启动(一种状态是当系 水电费=3.o5元+9.36元=12.41元 

统有人使用热水时,另一种状态是温差控制器检测到 运行费用如表1。 

系统回水温度低于设定值时),较之传统24小时热水 

表1运行费用表(元) 

3.2电热水器系统 

156.67kwh,即用电量为156.67度,一天供需电 

电热水器热效率计算: 

费:A=N x0.55 ̄/kwh=86.17元。平均每人每天 

热值×热效率=860kcal/kwh×95%=817kcal/ 

约1.6元电费。 

kwh。 

每人每天用水60L,制取每吨热水电费:1.6元 

每户满负荷运行时(即共54人时),根据设计 

÷60×lo00L/t=26.67:Trit。 

共需要55 ̄C热水3200kg。需要535910.4kJ,合计 每吨热水成本=每吨自来水费用+制取每吨热 

1 28000kcal的热量。 

水电费=3.05+26.67=29.72元 

设备一天所需用电量N为: 运行费用如下表2。 , 

N=Q÷(R×P)=128000kcal÷817kcal/kwh 

表2运行费用表(元) 

3.3太阳能辅助电加热系统 

平均气温下的运行时间进行费用分析;夏季按最热 

太阳能在有阳光照射时,没有加热费用。运行 月平均气温下的运行时间进行费用分析;冬季按最 

费用几乎为零。该系统的加热费用为在阴雨天的电 

冷月平均气温下的运行时间进行费用分析。 

加热费用。根据气象资料,镇江市区常年实际日照 春秋季节平均气温下设备一天所需用电量Nl为: 

时间为2050.7h,约为220天,则每年有145天需要 

N1=Q÷(R×P)=128000kcal÷817kcal/kwh 

电辅助加热。 

一156.67kwh(即用电量为156.67度) 

在进行热水系统运行费用分析时,春季、秋季按 实际机组运行时,由于热水在保温水箱中长时 

20 

王志强等:空气源热泵系统与其它系统应用的经济性对比 

间停留,热水未及时用掉,造成热量损失,水温下降, 

机组会对此部分损失热量进行补充,对水箱里的热 

水进行再加热,而此部分消耗的电量相当于机组满 

负荷运行时所耗电量的1/5。该部分电量: 

N2=1/5N1:31.3kwh 

4 空气源热泵与太阳能系统其他方面的比较 

4.1使用条件 

空气源热泵:克服了太阳能热水器阴雨天不能 

工作的缺点,不受日照时间影响。 

则每天设备总耗电量为N=N1+N2= 

187.97kwh。每天供需电费A=N×0.55 

44=4548.7元。 

kwh= 

太阳能:必须有13照条件,阴雨天气无法使用, 

只能靠电加热。 

4.2集热方式 103.38元。春秋季节辅助电加热总电费103.38× 

最热、最冷月平均气温(冬季)下太阳能辅助电 

空气源热泵:从室外的空气中获取热量,仅消耗 

少量电能,就可提取空气中的热量,热泵的循环性能 

加热系统同平均气温下太阳能辅助电加热热水系统 

计算方法相同,最热月每天设备总耗电量为1.2× 

(1 12182.2kcal÷817kcal/kwh) 164.77kwh,每天 

电费为9O.62元,最热月辅助电加热总电费90.62 

系数值(COP)较高,运行成本较低。 

太阳能:集热板集热,普通换热,有日照时运行 

费用几乎为零,无日照电加热成本较高。 

4.3安装位置 

×13=1178元,最冷月每天设备总耗电量为1.2× 

(160260.3keal÷817kcal/kwh)- ̄235.39 kW。 

空气源热泵:可安装在屋顶、阳台、庭院、地下室 

等位置,无需专用机房,不占用永久性居住面积。 

太阳能:一般安装在屋面,且对屋面有一定要 每天电费为129.46元,最冷月辅助电加热总电 

费129.46×88=11392.48元。 

太阳能系统四季加热耗电费用汇总如表3。 

表3太阳能系统四季加热耗电费用(元) 

求,集热器的设置方位也有一定要求。 

4.4运行维护 

空气源热泵:产品运行性能较稳定,使用寿命长 

达l0年以上,后期维护费用低。 

太阳能:产品运行性能稳定,需定期清洗集热 

管,使用寿命1O年左右。 

4.5空气源热泵的隐患 

COP是衡量空气源热泵节能效果的重要指标 

之一,也是决定其发展前景的关键指标。与太阳能 

系统相比,空气源热泵最大缺陷在于:实际应用中系 

综上所述,太阳能辅助电加热系统运行费用如 

表4。 

表4太阳能辅助电加热系统运行费用(元) 

统虽不受13照影响,但受室外气温,湿度影响,如气 

流流通不畅,室外机结霜等,均会降低换热性能,使 

得热泵机组的COP值下降,机组效率降低,辅助加 

热电费增加,运行成本费用相应增加。 

5结论 

通过以上分析,对三种供热水方案进行综合运 

行成本比较如表5。 

表5三种供热水方案综合成本比较(元) 

设备造价比较如表6。 

2l 

王志强等:空气源热泵系统与其它系统应用的经济性对比 

注:市场上太阳能产品价格从3000元到25000元的均有,暂以价格在主流的皇明太阳能热水器(18支195L)为例作比较。 

综上所述,我们可以得出如下结论(以20户住 

户为例): 、 

统运行成本低于太阳能热水系统,运行期内综合造 

价较低。 

如果用热水户数相应增加,能更好地显出空气 

源热泵热水系统的优越性。 

(责任编辑郭晓勇) 

从初投资角度,集中式供热水的空气源热泵系 

统低于太阳能集热系统,电加热为最低。 

从节能的角度,优选空气源热泵热水系统和太 

阳能集热系统,从运行成本考虑,空气源热泵热水系 

22 

2024年6月2日发(作者:须芷云)

2011年9月 

包头职业技术学院学报 

J0URNAL OF BAOTOU VOCA ̄ONAL&TECHNICAL COLLEGE 

September.201 1 

第l2卷第3期 

V0l_l2.No.3 

空气源热泵系统与其它系统应用的经济性对比 

王志强 刘英杰 王志刚 

(1.包头市供水总公司;3.包头市环保局,内蒙古包头014030;2.明发集团,南京210000) 

摘要:集中式供热水的空气源热泵系统、太阳能集热系统、电加热热水系统均是目前应用在城镇建 

筑工程中的热源系统,各系统的集热方式、安装、运行的条件各异,讨论了各种热水系统在多层建筑中 

应用的经济性对比,以便为实际应用中提供经济参考指标。 

关键词:空气源热泵;太阳能热水系统;电热水器;经济性对比 

1项目概况 

环境温度为最热月平均气温27.8 ̄C时,水温取 

20℃。 

锦绣银山是一个集居住、商业、酒店、公寓为一体 

的综合性大型社区。位于镇江大港新区赵声路与银 

河路交汇处。A区用地面积137898.10m ,建筑面积 

95986.14m ,地上建筑面积72375.89m ,建筑密度 

14.9%,户数489,包括1#~59#楼多层、底层住宅和幼 

儿园。 

2基本数据 

每天需要的热水热值: 

W=C×M×At=4.1868KJ/(kg・℃)×3200kg 

×35cI==468921.6kJ 

环境温度为最冷月平均气温2.3℃时,水温取 

5℃。 

每天需要的热水热值: 

W=C×M×At=4.1868kJ/(kg・℃)×3200kg 

×50oC=669888kJ 

选取A区43#楼为经济比较计算对象,共五层, 

每层4户,共2O户。根据江苏当地热水用量的设计 

标准及相关设计参数,热水用量按60I./人,2.7人/ 环境温度为最恶劣天气一10 ̄C时,水温取0 ̄C, 

未结冰状态。 

户,约160L/户,每天约需55c【=热水3200L,合3.2t。 

镇江地区年平均温度15.4qC,年平均日照时间220 

天。镇江地区能源单价为:电费0.55 ̄tJkwh,水费 

每天需要的热水热值: 

W=C×M×△t 

3.05 Yr./m。。能源热值:电能860kcal/kwh。 

3负荷计算及运行成本分析 

=4.1868kJ/(kg・oC)x3200kg x55 ̄C 

=736876.8kJ 

3.1空气源热泵辅助电加热系统 

3.1.1负荷计算 

3.1.2运行成本分析 

3.1.2.1主机耗电量 

镇江地区最冷月气温低于10 ̄C,空气源热泵必 

须配有辅助电加热。本项目镇江锦绣银山A区43# 

搂选用清华同方TFS—SKR270(D)型热泵热水器2 

每户满负荷运行时(即20户住满,共54人时), 

根据设计共需要55℃热水3200kg,需要535910.4kJ, 

合计128000kcal的热量。 

台,水箱选用容积为2.5m 承压水箱一台供热水,将 

四季温度分为不同的四个温度进行热负荷的计算。 

环境温度为年平均气温15.4a【=时,水温取15 ̄C。 

每天需要的热水热值: 

W=C×M×At:4.1868kJ/(kg・℃)×3200kg 

×40oC=535910.4kJ 

设备一天所需用电量N1为: 

N1=Q÷(R×P)=128000kcal÷(860kcal/kwh× 

热效率360%) 41.34kwh(即用电量为41.34度) 

其中:Q为所需热量,128000kcal; 

R为能源热值,电能R=860kcal/kwh; 

其中,C为水的比热:4.1868kJ/(kg・oC),M为热水 

质量:3200kg,At为热水温升:(55—15)=40 ̄C。 

收稿日期:2011—07—04 

P为热效率,标况下,本空气源热泵热效率等于 

400%,主要是系统综合效率的影响,其中热水系统机组 

运行效率和系统保温状况不易达到理想状态,是导致 

作者简介:王志强(1969一),男,包头人,包头市供水总公司工程师,主要从事水资源开发和利用工作 

l9 

王志强等:空气源热泵系统与其它系统应用的经济性对比 

COP达不到理论值的重要原因,一般全年可达到3.6。 

3.1.2.2耗损电量 

循环系统,只需要约1/6的热水循环耗电。 

由此可知,本系统循环所需要用电量为: 

N3=0.69kw x2×24h×1/6=5.52kwh 

实际机组运行时,由于热水在保温水箱中长时 

间停留,热水未及时用掉,造成热量损失,水温下降, 

机组会对此部分损失热量进行补充,对水箱里的热 

3.1.2.4每天整体运行成本及每吨热水成本分析 

由以上分析可知,满负荷使用时,系统每天共需 

水进行再加热,而此部分消耗的电量相当于机组满 

要电量 

负荷运行时所耗电量的1/5。该部分电量: 

N=N1+N2+N3=41.34+8.27+5.52=55.13 

N2=1/5N1=8.27kwh 

供需电费A=N×0.55 Yr_/kwh:30.32元 

3.1.2.3水泵运行成本分析 平均每人每天约O.56元电费。 

本系统运行时需要使用2台流量为2.5m /h,扬 

每人每天用水6O升, 

程约17m,输入功率为0.69kw的加压循环泵(一用一 

制取每吨热水电费:O.56元÷60L×1000L/t= 

备),2台热泵侧强制循环泵(一用一备),来进行系统 

9.36 t 

的热水循环。由于采用变频系统并拥有先进运行节 每吨热水成本=每吨自来水费用+制取每吨热 

能控制,水泵只在两种状态下启动(一种状态是当系 水电费=3.o5元+9.36元=12.41元 

统有人使用热水时,另一种状态是温差控制器检测到 运行费用如表1。 

系统回水温度低于设定值时),较之传统24小时热水 

表1运行费用表(元) 

3.2电热水器系统 

156.67kwh,即用电量为156.67度,一天供需电 

电热水器热效率计算: 

费:A=N x0.55 ̄/kwh=86.17元。平均每人每天 

热值×热效率=860kcal/kwh×95%=817kcal/ 

约1.6元电费。 

kwh。 

每人每天用水60L,制取每吨热水电费:1.6元 

每户满负荷运行时(即共54人时),根据设计 

÷60×lo00L/t=26.67:Trit。 

共需要55 ̄C热水3200kg。需要535910.4kJ,合计 每吨热水成本=每吨自来水费用+制取每吨热 

1 28000kcal的热量。 

水电费=3.05+26.67=29.72元 

设备一天所需用电量N为: 运行费用如下表2。 , 

N=Q÷(R×P)=128000kcal÷817kcal/kwh 

表2运行费用表(元) 

3.3太阳能辅助电加热系统 

平均气温下的运行时间进行费用分析;夏季按最热 

太阳能在有阳光照射时,没有加热费用。运行 月平均气温下的运行时间进行费用分析;冬季按最 

费用几乎为零。该系统的加热费用为在阴雨天的电 

冷月平均气温下的运行时间进行费用分析。 

加热费用。根据气象资料,镇江市区常年实际日照 春秋季节平均气温下设备一天所需用电量Nl为: 

时间为2050.7h,约为220天,则每年有145天需要 

N1=Q÷(R×P)=128000kcal÷817kcal/kwh 

电辅助加热。 

一156.67kwh(即用电量为156.67度) 

在进行热水系统运行费用分析时,春季、秋季按 实际机组运行时,由于热水在保温水箱中长时 

20 

王志强等:空气源热泵系统与其它系统应用的经济性对比 

间停留,热水未及时用掉,造成热量损失,水温下降, 

机组会对此部分损失热量进行补充,对水箱里的热 

水进行再加热,而此部分消耗的电量相当于机组满 

负荷运行时所耗电量的1/5。该部分电量: 

N2=1/5N1:31.3kwh 

4 空气源热泵与太阳能系统其他方面的比较 

4.1使用条件 

空气源热泵:克服了太阳能热水器阴雨天不能 

工作的缺点,不受日照时间影响。 

则每天设备总耗电量为N=N1+N2= 

187.97kwh。每天供需电费A=N×0.55 

44=4548.7元。 

kwh= 

太阳能:必须有13照条件,阴雨天气无法使用, 

只能靠电加热。 

4.2集热方式 103.38元。春秋季节辅助电加热总电费103.38× 

最热、最冷月平均气温(冬季)下太阳能辅助电 

空气源热泵:从室外的空气中获取热量,仅消耗 

少量电能,就可提取空气中的热量,热泵的循环性能 

加热系统同平均气温下太阳能辅助电加热热水系统 

计算方法相同,最热月每天设备总耗电量为1.2× 

(1 12182.2kcal÷817kcal/kwh) 164.77kwh,每天 

电费为9O.62元,最热月辅助电加热总电费90.62 

系数值(COP)较高,运行成本较低。 

太阳能:集热板集热,普通换热,有日照时运行 

费用几乎为零,无日照电加热成本较高。 

4.3安装位置 

×13=1178元,最冷月每天设备总耗电量为1.2× 

(160260.3keal÷817kcal/kwh)- ̄235.39 kW。 

空气源热泵:可安装在屋顶、阳台、庭院、地下室 

等位置,无需专用机房,不占用永久性居住面积。 

太阳能:一般安装在屋面,且对屋面有一定要 每天电费为129.46元,最冷月辅助电加热总电 

费129.46×88=11392.48元。 

太阳能系统四季加热耗电费用汇总如表3。 

表3太阳能系统四季加热耗电费用(元) 

求,集热器的设置方位也有一定要求。 

4.4运行维护 

空气源热泵:产品运行性能较稳定,使用寿命长 

达l0年以上,后期维护费用低。 

太阳能:产品运行性能稳定,需定期清洗集热 

管,使用寿命1O年左右。 

4.5空气源热泵的隐患 

COP是衡量空气源热泵节能效果的重要指标 

之一,也是决定其发展前景的关键指标。与太阳能 

系统相比,空气源热泵最大缺陷在于:实际应用中系 

综上所述,太阳能辅助电加热系统运行费用如 

表4。 

表4太阳能辅助电加热系统运行费用(元) 

统虽不受13照影响,但受室外气温,湿度影响,如气 

流流通不畅,室外机结霜等,均会降低换热性能,使 

得热泵机组的COP值下降,机组效率降低,辅助加 

热电费增加,运行成本费用相应增加。 

5结论 

通过以上分析,对三种供热水方案进行综合运 

行成本比较如表5。 

表5三种供热水方案综合成本比较(元) 

设备造价比较如表6。 

2l 

王志强等:空气源热泵系统与其它系统应用的经济性对比 

注:市场上太阳能产品价格从3000元到25000元的均有,暂以价格在主流的皇明太阳能热水器(18支195L)为例作比较。 

综上所述,我们可以得出如下结论(以20户住 

户为例): 、 

统运行成本低于太阳能热水系统,运行期内综合造 

价较低。 

如果用热水户数相应增加,能更好地显出空气 

源热泵热水系统的优越性。 

(责任编辑郭晓勇) 

从初投资角度,集中式供热水的空气源热泵系 

统低于太阳能集热系统,电加热为最低。 

从节能的角度,优选空气源热泵热水系统和太 

阳能集热系统,从运行成本考虑,空气源热泵热水系 

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