基于合同能源管理的集成化空气源热泵系统经济可行性分析

【摘要】：本文分析现有热泵系统存在的一些问题，并提出了集成化空气源热泵系统的概念。介绍了集成化空气源热泵系统和合同能源管理的优势。将其应用于BOT运行模式，通过案例分析对其经济可行性进行论证。

【关键词】集成化；热泵；合同能源管理；优势；经济可行性

1 前言

现有热泵相关技术已经很成熟，也经过无数工程实践的检验和学者的不断优化。但随着社会的不断进步，经济的不断发展，建筑形式和生活方式等因素的不断改，仍有一些问题需要亟待解决。比如：第一，用户需要承担巨额的资金来购买及维护设备。第二，安装施工周期长，且不便于更换维修。第三，室内环境是否能够达到预期的设计要求存在一定的隐患，若出现问题，甲方与设计方和施工方很难迅速作出解决方案。第四，普通中央空调由于机组，设计和维护的原因会对能源造成极大的浪费，在建筑能耗里，用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的30-50%，还会对环境造成很大的破坏，暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中电能占了绝对比例。对这些能源的大量使用，使得地球资源日益匮乏，同时也带来严重的环境问题，如在我国的一些地区酸雨、飘尘、雾霾天气问题呈日益严重之势，对生态环境和可持续发展带来了很大影响。

2 新型集成化空气源热泵系统

基于普通供冷系统的上述缺陷，我们提出了一种新型模块化全变频供冷站。我们提出的这种集成化空气源热泵系统（下文中采用新型冷站描述）组成的新型冷冻站具有良好的节能性、环保性，先进的自动控制系统，以及高度的集成化。

2.1新型系统的介绍

该供冷系统是一种模块化的冷站，便于运输安装。全变频冷冻站是个新的概念当采用哈特曼控制算法和植入这种控制算法的专业控制软件对全变频冷冻站进行控制后，整个冷冻站的能耗可比传统定速冷冻站降低 40%-60%以上并且运行稳定[2]。目前很多冷冻站都是人工或半人工操作，为了改变这种状况，专业制造商已经提供一个含有简单操作、明嘹观察、自动报警、在线帮助等功能的控制箱产品给使用者，帮助他们动态监控冷冻站的单位能耗及其它运行情况。

2.2 新型系统的组成

2.2.1新型系统的硬件设备

新型系统的主要部件由表2.1 新型集成冷站配置一览表所示，冷站结构如图2.1冷站结构模拟图、图2.2 冷站运输模拟图所示：

2.2.2 新型系统的软件设备

新型冷站采用Arctic Energy Loop 控制策略。Arctic Energy Loop 控制策略的目标是控制冷站系统COP。通过整合冷凝塔变频风机， 变频冷却水泵，冷冻水泵，磁悬浮压缩机，空调箱风机的特性曲线，运用高速PAC控制器，让集成冷站运行长期保持在最高能效比，其平均节电高达50%。

2.3新型系统的优势

（1）运行成本低，节省空间：所占机房所占物理空间为市场上所有成套系统中最小，所需要的基础设施空间减少了40%以上.在现有建筑物的总运营成本支出上节省10%-20%。（2）节能高效：冷冻机房运行效率高，单位冷吨耗电<0.5Kw或7.3的COP基于年度运行，较传统冷冻机房节约50%以上，可通过互联网实施远程监视和控制；压缩机无润滑油运行（节省维护时间及润滑剂成本）；低于73dB超静音运行的压缩机（磁浮轴承）和立式水泵；低振动的立式水泵和磁悬浮压缩机；压缩机、水泵和管路连接采用易维护设计；通过Energy Loop人机界面可以获取系统运行及调试系统参数。（3）维护成本低：采用集成式控制策略，超高效集成冷冻站使装置设备的运行转速更低，减少了磨损。这导致故障时间减少，使维护成本降低了50%。所有部件易于检修也减少了故障时间，降低了维修成本。采用闭式冷却塔，大大减少了对水的消耗和冷却塔的清洗、维护工作。（4）责任一体化： 设计施工安装于一体，避免了三方之间存在的步调不一致的麻烦。

3 冷站的新型运行模式--合同能源管理

3.1合同能源管理简介

合同能源管理（又称EPC）是指专业的节能服务公司与用能单位签订能源管理合同，为用能单位提供节能诊断、融资、设计、改造、购买、安装设备、调试等服务，并通过与节能单位分享节能效益方式回收投资资金和获得相应的合理利润，从而大大节省了用能单位节能改造的资金和降低用能单位的技术风险，充分调动用能单位节能改造的积极性。合同能源管理是一种新型的市场化节能机制。合同能源管理的内涵所示就是以降低的能源消耗费用来支付节能项目全部成本的节能方式。发达国家的实践证明，合同能源管理是行之有效的并应推而广之的节能措施。[3]

3.2合同能源管理的运行模式

BOT运行模式：建设—经营—转让，是客户通过契约授予公司以一定期限的特许专营权，由公司融资建设和经营所建的供冷站，并准许公司通过向用户收取费用或出售产品以清償贷款，回收投资并赚取利润；特许权期限届满时，该基础设施无偿移交给客户。

3.3合同能源管理下高效集成冷冻站的优势

①用户初投资为零：用户无需对冷冻站进行任何初投资，这弥补了高效集成冷站初投资高的不足；②用户无需投入管理费用：冷冻站的运行维护费用由合同能源管理方负担，用户免去管理费用和维护费用。③用户无需承担不必要的麻烦：节能服务公司不仅向客户提供集成化的节能服务，而且给予总体的节能解决方案。可以为客户提供节能项目所需的资金。能够向客户提供成熟、先进的节能设备和技术。可以通过各种方式保证项目的工程质量。防止设计方和施工方之间扯皮。 ④节能效果明显，节能收益乐观：由于该冷冻站具有行效率高（单位冷吨耗电<0.5Kw或7.3的COP基于年度运行）较传统冷冻机房节约50%以上。因此节能效果明显，节能收益乐观。而这部分节能收益是有管理方和用户方共享的[4]。

四 总结

传统热泵系统经过集成化后具有了更多的优势，更符合当代建筑群、用户群体、运行模式等因素。通过与现有最节约资金的冰蓄冷系统做经济对比，得出新型集成化空气源热泵系统（新型冷冻站）具有良好的经济可行性。将合同能源管理与新型全变频集成化冷站结合，前景是广阔的，为社会和企业创造的效益是可观的[6]。

【参考文献】

[1] 方立英. 暖通节能技术分析[J].中国住宅设施，2011（03）： 37-38.

[2] 姜卫东 全变频冷冻站及其控制策略Hartman Loop介绍[J].技术平台 2008（90）：45-47.

[3] 孙晓梅 建筑节能领域的合同能源管理研究[D].财经大学，2012：1-55.

[4] 何志龙 暖通空调节能分析[J].能源与环境， 2010年02期.

[5] Hartman，T..Designing efficient systems with the equal marginal performance principle.ASHRAE Journal.2005，47：64-70

[6] Green Building Becoming Mainsteam[J]. Energy Policy，1998（16）：297-301

作者简介：祁海贤（1983年1月10日），男，土族，青海黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司，工程师，研究方向：主要从事建筑节能相关工作