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1、硕士专业学位论文 ( 在职 ） 论文题目： 安徽地区地源热泵系统经济性评价研究 专业学位类别 ： _ 工程硕士 _ 专业学位领域： _ 建筑与土木工程 _ 研究 方向： _ 建筑环境与 HVAC _ 作者姓名： _ 邵 静 _ 导师姓名： _ 程海峰 _ 完成时间： _ 2016年 3月 _ 密 级： 公开 单位代码： _ 100878 学 号： gc201133017 安徽地区地源热泵系统经济性评价研究 The economic evaluation reseach of groud souce heat pump system in Anhui Province 专业学位类别 ： _ 工程
2、硕士 _ 专业学位领域 : 建筑与土木工程 研 宄 方 向 : 建筑环境与 HVAC 作 者 姓 名 : 召 E静 导 师 姓 名 : 程 海 峰 完 成 时 间 : 2016年 3月 安徽建筑大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合安徽建筑大学硕士 学位论文质量要求。 答辩委员会签名 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果 .尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得 安徽涂筑大学 或其 #.教育机构的学位或证书而傕用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均
3、已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文作者完全了解 安徽建筑大学 有保留、使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 安徽津筑大学 。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件 和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 安徽建筑大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位 论文在解密后适用本授权书 ） 学 位论文版权使用授权书 签 字 曰 期 : 年 彳 月 5 曰 签字日期 : 年月 & 日 安徽建筑大学硕士学位论文 摘要 摘 要 在我国能源短缺和环境日益恶
4、化的情况下，节能成为空气调节系统一个最主要的发展方向。 地源热泵系统以其节能和环保性引起了越来越多的关注和重视。国务院在 2016年下发了国发 2016) 8号中就提出了推动地热能多元化规模化应用的要求。安徽省地源热泵系统起步较晚， 但是在近几年发展比较迅速，仅合肥地区使用地源热泵系统的建筑共有 200万 300万平方米。 本文分析了国内外地源热泵系统的发展现状，结合安徽地区地源热泵技术的推广和应用，发 现了其存在的一些问题。地源热泵系统虽然随着它的推广技术逐渐成熟，但是对其经济性的分析 很少。由于该系统受地质情况、建筑属性、政府推广等多方面因素影响，特别是由于地源热泵系 统的高造价，令许多开
5、发商和建设单位业主对是否采用地源热泵系统持观望的态度。 高投入是否能获得收益，是本文探讨的主要问题。 首先，本论文介绍了地源热泵系统的工作原理、分类，分析了该系统的优缺点。 其次，指出经济性分析的方法主要有环境效益评价和经济效益评价两个方面。环境效益评价 是通过比较地源热泵系统和传统空调系统的耗能量，得出地源热泵系统所具有的环境效益；经济 效益评价主要是利用经济学的方法，计算出地源热泵系统的经济性指标，从而得出地源热泵系统 的经济效益。 再次，本文选取了安徽省 5个不同地区的地源热泵系统案例，将其初投资、年运营费用、耗 能量与传统的中央空调系统（冷水机组 +锅炉系统、多联机系统、风冷热泵空调系
6、统 ） 比较，运 用经济学分析方法，得出地源热泵系统的计算静态投资回收期、相对收益、投资回报率 、动态投 资回收期、净现值和内部收益率等指标。得出结论：虽然地源热泵的初投资较大，但是其节能和 经济效益优势巨大。 最后分析了本文的内容，总结了地源热泵具有节能和经济性的结论，并指出本文的不足。希 望本文能对地源热泵系统实际工程提供一定的经济性参考，以促进该系统在安徽省的进一步推广。 关键词：地源热泵系统 ;初投资比较 ;耗能比较 ;经济性评价 安徽建筑大学硕士学位论文 Abstact Abstract As China is confronted with energy shortage and
7、deteriorating environment, energy saving has become one of the most important development direction of air conditioning system. By virtue of its features of energy saving and environmental protection, ground source heat pump system has raised more and more public attention and concern. The No.8 nati
8、onal development document (2016) issued by the State Council in 2016 also called for promoting the diversified and large-scale application of geothermal energy. In spite of the late start, Anhui Province has achieved remarkable achievement in the application of ground source heat pump system. Just i
9、n Hefei, a total building area of 2 million 3 million square meters has adopted ground source heat pump system. In this paper, the domestic and foreign development status of the ground source heat pump system was analyzed. Combined with the promotion and application of the ground source heat pump te
10、chnology in Anhui Province, some problems were also pointed out. Though the ground source heat pump system has been gradually well-developed with its technology extension, little analysis was made on its economical efficiency. As this system is subjected to the influence of various factors, such as
11、the geological situation, the architectural attributes, the government promotion and so forth, especially the high cost of ground source heat pump system, many developers and construction enterprisers hold a wait-and-see attitude to the application of the ground source heat pump system. Whether the
12、heavy investment can bring in benefits is the subject matter of this paper. Firstly, the working principle and the categories of the ground source heat pump system were introduced in this paper, and the advantages and disadvantages of the system were analyzed. Secondly, it is pointed out that econom
13、ical analysis method mainly includes two aspects, environmental benefit evaluation and economic benefit evaluation. Environmental benefit evaluation refers to the environmental benefit calculated by comparing the energy consumption of the ground source heat pump system and the traditional air condit
14、ioning system. Economic benefit evaluation refers to calculating the economic indexes of the ground source heat pump system through economic methods. Thirdly, the application cases of the ground source heat pump system of five different 安徽建筑大学硕士学位论文 Abstact regions of Anhui Province were selected. C
15、omparative analysis was made on the ground source heat pump system and the traditional air conditioning system (water chilling unit + boiler system, VRF air conditioning system, air-cooled heat-pump air conditioning system) in terms of the initial investment, annual operating expenses and consumptio
16、n energy, and economics analysis methods were adopted to calculate the indexes of the ground source heat pump system, including static payback period, comparative benefits, dynamic investment payback period, net present value and internal rate of return index. It is concluded that although the initi
17、al investment of ground source heat pump is heavy, it presents great advantages in energy saving and economic benefits. Finally, it was concluded that the ground source heat pump system had strong energy saving and economical efficiency, and pointed out the shortcomings of this paper. It is hoped th
18、at this paper can provide some economic reference for the actual project of the ground source heat pump system in order to promote the further promotion of the system in Anhui Province. KeyWords： Ground Source Heat Pump System; Comparison on Initial Investment; Comparison on Energy Consumption; Econ
19、omic Benefit Evaluation II 安徽建筑大学硕士学位论文 目录 目 录 W . I Abstract . I 插图或附表清单 . I 会者 i仑 . 1 1.1课题研宄背景及意义 . 1 1丄 1课题研宄背景 . 1 1.1.2 课题研宄意义 . 1 1.2 国内外研宄现状 . 2 1.2.1国外研宄现状 . 2 1.2.2 国内研宄现状 . 3 1.3 论文研宄内容 . 4 1.4 研宄方法和研宄路线 . 5 第二章地源热泵系统概述 . 6 2.1 地源热栗系统的组成 . 6 2.2地源热栗系统类型划分 . 7 2.3 地源热栗系统的特点 . 11 2.3.1 地源热栗
20、系统的优点 . 11 2.3.2 地源热栗系统的缺点 . 12 第三章地源热栗系统经济性评价方法 . 14 3.1 地源热栗节能指标 . 14 3.1.1 地源热泵系统的热力综合性指标 . 14 3.2 财务评价方法 . 15 3.2.1静态投资回收期和相对收益 . 15 3.2.2投资回报率 . 16 3.2.3动态投资回收期 . 16 3.2.4 净现值 . 16 3.2.5 内部收益率 . 16 3.3 系统经济性评价步骤 . 17 第四章案例调研与项目初投资分析 . 18 4.1各案例工程概况、设备选型及初投资 . 18 4.1.1案例一国家药材质量监督检测中心实验综合楼 . 18 4
21、.1.2案例二阜阳市烟草物流配送中心建设项目 . 19 4.1.3案例三安徽省城乡规划展示馆 . 21 4.1.4案例四安徽省城乡规划建设大厦 . 22 4.1.5 亳州气象局 . 24 4.2 比较与分析 . 26 第五章综合分析与评价 . 27 5.1 耗能计算 . 27 5.1.1案例一国家药材质量监督检测中心实验综合楼 . 27 安徽建筑大学硕士学位论文 目录 5丄 2案例二阜阳市烟草物流配送中心建设项目 . 30 5丄 3案例三安徽省城乡规划展示馆 . 32 5.1.4案例四安徽省城乡规划建设大厦 . 35 5.1.5 案例五亳州气象局 . 38 5.2年运营费用的计算 . 40 5
22、.2.1案例一年运营费用计算 . 41 5.2.2案例二年运营费用计算 . 42 5.2.3案例三年运营费用计算 . 43 5.2.4案例四年运营费用计算 . 44 5.2.5案例五年运营费用计算 . 45 5.3 系统经济性指标分析 . 46 5.3.1静态投资回收期和相对收益 . 46 5.3.2投资回报率 . 49 5.3.3 动态投资回收期 . 50 5.3.4 净现值 . 51 5.3.5 内部收益率 . 52 5.4 本章小结 . 53 第六章结论与展望 . 57 参考文献 . 57 至夂 i射 . 60 - II - 安徽建筑大学硕士学位论文 插图和附表清单 插图和附表清单 图
23、1-1地源热泵与普通加热方式对比分析情况图 . 2 图 1-2技术路线 . 5 图 2-1地源热泵系统的构成框架 . 7 图 2-2水平埋管式地源热泵系统 . 9 图 2- 3竖直埋管式地源热泵系统示意图 . 10 图 2-4粧基地埋管地源热泵系统示意图 . 10 图 4- 1案例一各方案单位面积和单位制冷量初投资 . 19 图 4- 2案例二各方案单位面积和单位制冷量初投资 . 20 图 4-3案例三各方案单位面积和单位制冷量初投资 . 22 图 4- 4案例四各方案单位面积和单位制冷量初投资 . 24 图 4- 5案例五各方案单位面积和单位制冷量初投资 . 25 图 5-1各案例不同方案的
24、冬季能效比 . 53 图 5-2各案例不同方案的夏季能效比 . 54 图 5- 3五个方案单位面积年运营费用 . 54 表 4. 1地源热泵空调方案主要设备和施工造价表 . 18 表 4. 2水冷机组 +燃气锅炉系统主要设备和施工造价表 . 19 表 4. 3地源热泵空调方案主要设备和施工造价表 . 20 表 4. 4水冷机组 +燃气锅炉系统主要设备和施工造价表 . 20 表 4. 5地埋管地源热栗空调方案主要设备和施工造价表 . 21 表 4. 6传统空调方案主要设备和施工造价表 . 21 表 4. 7地埋管地源热栗空调方案主要设备和施工造价表 . 23 表 4. 8多联机空调方案主要设备和
25、施工造价表 . 23 表 4. 9地埋管地源热栗空调方案主要设备和施工造价表 . 25 表 4. 10风冷热泵空调系统主要设备和施工造价表 . 25 表 4. 11地源热栗系统与传统空调系统初投资比较与分析表 . 26 表 4. 12五个案例单位面积初投资费用 (元 /m2) . 26 表 5. 1案例一室内设计参数 . 27 表 5. 2案例一地源热栗空调系统主要设备性能参数一览表 . 28 表 5. 3案例一地源热栗空调系统运行能耗一览表 . 28 表 5. 4地源热泵系统和传统空调系统运行能耗对比表 . 30 表 5. 5案例二室外设计参数 . 30 表 5. 6案例二室内设计参数 .
26、30 表 5. 7案例二地源热泵空调系统主要设备性能参数一览表 . 31 表 5. 8案例二地源热泵空调系统运行能耗一览表 . 31 表 5. 9地源热栗系统和传统空调系统运行能耗对比表 . 32 表 5. 10案例三室外设计参数 . 32 表 5. 11案例三室内设计参数 . 33 表 5. 12案例三地源热泵空调系统主要设备性能参数一览表 . 34 表 5. 13案例三地源热泵空调系统运行能耗一览表 . 34 表 5. 14地源热泵系统和传统空调系统运行能耗对比表 . 35 安徽建筑大学硕士学位论文 插图和附表清单 表 5. 15案例四地源热栗空调系统主要设备性能参数一览表： . 36 表
27、 5. 16案例四地源热栗空调系统运行能耗一览表 . 37 表 5. 17地源热栗系统和传统系统运行能耗对比表 . 37 表 5. 18案例三室外设计参数 . 38 表 5. 19案例五室内设计参数 . 40 表 5. 20案例五地源热泵空调系统主要设备性能参数一览表： . 40 表 5. 21案例五地源热泵空调系统运行能耗一览 . 41 表 5. 22地源热栗系统和传统空调系统运行能耗对比表 . 40 表 5. 23案例一年运营费用明细 . 41 表 5. 24案例二年运营费用明细 . 43 表 5. 25案例三年运营费用明细 . 44 表 5. 26案例四年运营费用明细 . 45 表 5.
28、 27案例五年运营费用明细 . 46 表 5. 28地源热泵空调系统相对于冷水机组 +电锅炉系统的现金流量表 . 47 表 5. 29地源热泵空调系统相对于冷水机组 +燃气锅炉系统的现金流量表 . 47 表 5. 30地源热泵空调系统相对于冷水机组 +电锅炉系统的现金流量表 . 48 表 5. 31地源热泵空调系统相对于多联机空调系统的现金流量表 . 50 表 5. 32地源热泵空调系统相对于风冷热泵空调系统的现金流量表 . 50 表 5. 33五个案例年运营成本费用 (万元 ) . 54 表 5. 34地源热泵系统经济性评价表 . 55 - II - 安徽建筑大学硕士学位论文 第一章绪论 第
29、 一 章 绪 论 1.1课题研究背景及意义 1.1.1课题研究背景 在本世纪初，我国房地产市场得到了飞速发展，房屋建筑面积每年都呈现大幅增 长，以最近几年建设完成的房屋建筑面积为例，据粗略计算，我国每年建设完成的房 屋面积达20亿平方米之多，并且可以预见的是，在未来，我国房屋建筑面积势必会 呈逐年上涨的趋势发展。 随着社会的发展，能源的消耗量也越来越大。据测算，现阶段，在全球总耗能中， 发达国家建筑能耗占三成到五成，在发达国家所有建筑耗能中，尤以空调和采暖所占 比例最大，占据了建筑耗能的一半之多。我国建筑能耗在全球总耗能中所占比例也非 常大，占到了 28%,并且逐年提升的趋势。热水系统和暖通空
30、调系统所占比例最大， 占到了 60%，同时，这一比例仅仅是暂时的数字，未来还会向上攀升 n。 因为我国地理环境具有特殊性，因此，人们生活品质在不断提升的同时，空调系 统的需求量也在不断提升。而且空调系统的使用范围还有继续扩大的趋 势，也是现在 经常提到的 “ 采暖南下，空调北上 ” 。为了确保能源消耗的合理性，就势必要从两个方 面入手，一方面要紧抓传统能源，确保传统能源利用效率的提升，另一方面要大力开 发新能源，使建筑耗能处于正常水平。国家政策的大力扶持、房地产业的迅速发展， 居民生活水平不断的提高给地源热泵系统的发展带来了巨大的发展潜力。 此外，近些年，我国所面临的环境和能源消耗问题日益突出
31、，这给地源热栗这种 绿色能源带来了巨大发展空间。由此可见，地源热栗这项全新的技术在未来将大有作 为，成为我国解决环境和能源问题的有效手段。 1.1.2课题研究意义 透过媒体，透过诸多实践，我们可以看到我国对环境和能源消耗问题的重视度不 断提升。怎样实现空调系统和采暖系统利用率的大幅提升，确保环境保护的有效性是 我国在新形势背景下迫切需要完成的使命。现阶段，诸多环境问题，尤其是北方雾霾 己经严重影响到人们的健康，要想使这些问题迎刃而解，就势必要在能源消耗上下功 夫，降低能源，特别是煤炭能源的消耗量，积极开展新能源开发工作。 在控制能源消耗的所有技术中，尤以地源热泵空调技术的影响力最大，人们对其
32、关注度也是居高不下，与普通暖通空调系统相比，该系统在能效上占有 十分大的优势。 安徽建筑大学硕士学位论文 第 一 章 绪 论 同时，该系统还有一个非常大的优点，就是可再利用性，详细来说，就是该系统在天 气炎热时会将热量传播到土壤中储存，到天气寒冷时，就可以依托热栗技术，将热量 释放到房屋内。 为了更好的了解地源热栗的优点，笔者将其与普通加热方式进行了对比，对比结 果见下图 1-1所示。用户每消耗一千瓦的地源热泵，就会获取到超过四千瓦的热量， 与普通加热方式相比，在能源利用率上更占优势。所以，在所有加热方式中，尤以地 源热泵的能源利用率最高 2。 图 1-1地源热泵与普通加热方式对比分析情况图 虽然我国在地源热栗系统相关研宄上己逐渐成熟，但是对该系统的经济性分析很 少。面对较大的初投资，开发商和建设方选择地源热栗系统是否具有经济意义，成为 了一个亟待解决的问题。所以，为了更好的对地源热栗系统进行全方位、科学化的评 估，需要对其进行全寿命周期的技术经济性评价 3。 1.2国内外研究现状 1.2.1国外研究现状 地源热泵的出现最早可追溯到上个世纪初，由瑞士学者佐伊利率先提出。该学者 认为，该系统的运行原理是：首先将多余的热量储存在土壤中，其次，在寒冷的季节 将热量释放出