[分享]住宅项目使用地源热泵技术的成本分析

发表于2018-10-30     3001人浏览     1人跟帖     总热度:472  

导读:
今天我们能活着,要感谢两个男人!第一个是后羿,他在十几万年前,干掉了9个太阳;第二个是威利斯·开利,男,1876年11月26日出生,美国人,他发明了空调。
空调即空气调节器,是指用人工手段,对空间内环境空气的温度湿度等参数进行调节的设备。
我们常用的传统家用空调壁挂式、立柜式、窗式、VRV等对使用者及环境产生诸多问题容易得“空调病、占用墙壁或地面空间、耗能、年使用费相对高等。
技术世界的问题靠技术进步来解决。于是,在上世纪初,出现了这种新型的空调系统--地源热泵空调系统
1、地源热泵空调系统简介
地源热泵技术,是利用地下恒温层中土壤一年四季温度稳定、具有巨大的蓄热蓄冷能力的特点,冬季把土壤中热量“取”出来,给室内采暖;夏季把室内的热量“取”出来,释放到地能中去,这样一个年度一个冷热循环,不向外界排放任何废气、废水、废渣,实现节能、减排,是一种理想的“绿色空调”。基本原理如下图所示:
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_1
地源热泵系统的能量主要是自然能源,耗电量少、维护费用低,地下部分寿命可达50年、地上30年,被认为是一种免维护空调与普通空调系统的主要差异在于以下5项:
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_2
地源热泵系统由三个部分组成:室外地能换热系统、机房系统、室内末端系统。如下图所示:
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_3

在欧美发达国家,地源热泵空调系统已有近100年历史、早已相当普及。
  • 1912年,瑞士专家提出地源热泵的概念
  • 1946年,美国在俄勒冈州的波兰特市建成第一个地源热泵系统
  • 1980年代后期,地源热泵技术趋于成熟,美国成为生产和使用的头号大国。
我国对地源热泵空调系统的引入时间较晚,而且由于前期的一次性投资大、场地限制这两个原因造成其推广受阻,仅在南方及部分大城市应用略多。我国在绿色建筑、节能城市建设等多个领域推广地源热泵这项新能源技术。
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_4住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_5(本节主要内容来源于百度百科,特此说明)

下面分享我所经历过的地源热泵项目案例,通过系统地成本分析,了解其成本构成及特点,并分析优化方法,让这种夏天送“凉”、冬天送“暖”的节能技术被更多了解、推广、使用。
2、项目概况
本项目是民用住宅,位于上海市松江区,项目完工时间为2015年。总用地面积26,951㎡,总建筑面积62,392㎡(其中地上42,049㎡,地下20,343㎡共10幢建筑,其中2幢为地上13层的小高层,其余为7层以下的洋房。
各幢建筑概况如下表所示。
表1 项目建筑面积分布概况表(除地下室)
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_6
本项目地源热泵系统冷热源设计概况:项目总冷负荷4,561KW,热负荷3,941KW。冷热源由地下换热器提供,土壤换热器埋管共723个,有效深度100m。设计埋管型式为垂直单U型埋管,钻孔埋管单孔内一个闭式循环回路。设计地埋管夏季取热量50W/m,冬季取热量为40W/m。项目共设四个机房,各机房负责区域、面积及换热井数如下表所示。
表2 各机房负责区域分配表
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_7
由于主材及设备占项目总体造价的比重较大,品牌对造价有着举足轻重的影响。为使分析更准确,数据更具备参考意义,现将本项目所用主要材料及重要设备品牌列表如下。  
表3 主材设备品牌一览表
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_8
3.0地源热泵系统的成本分析
将地源热泵系统的工程造价分为室外、室内两大部分,如下图所示:
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_9
其单位成本指标按两种计算方式:面积、制冷量,方便与类似项目对比,也可以和传统的水空调系统、多联机空调系统作对比。
该项目的造价构成、单位指标,如下表:
表4 项目总体造价一览表
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_10
从以上数据中可以小结出水源热泵系统的成本构成特点:
  • 地源热泵空调系统按地上面积单方成本约499元/㎡,这个价格水平即使在大型商业项目中也属高位(一般大型商业MALL空调系统350元/m2左右),可见地源热泵空调系统的初始一次性投资相对较高
  • 室外造价占比26%。其中的地下换热管系统是地源热泵空调系统所独有的,是相比于传统空调系统额外增加的一笔费用,占到整个空调项目造价的17%,费用不菲。在3.1有详细分析。
  • 室内造价占比74%,是整个空调系统的核心。本案例因为是住宅项目,用户数量多、用量大。在3.2有详细分析。
3.1室外系统的成本分析
地源热泵空调系统的特殊之处在于其室外的地埋管换热系统。地下换热器的敷设方式有两种方式:水平、垂直。其主要形式也有两种:U型管、套管,其中U型管地下换热器又分为两种:单U型管、双U型管。本项目用的是垂直单U型埋管方式,材质为HDPE高密度聚乙烯材料。
地埋管换热器的施工顺序大致为:钻孔→敷设单U型管(换热器)→回填→敷设水平管→管道连接→管道试压→接入机房系统。
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单U型管换热器敷设
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水平管敷设
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水平管与单U型管换热器相连接
地埋管换热系统造价统计如下表所示,单方指标按地上建筑面积42,048㎡分摊。
表5 室外换热系统的成本分析表(按地上面积)
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_14
由上表可得出以下数据,根据这些数据可以在没有设计图纸和其它资料的情况下,估算出采用地源热泵系统的大概投资额。
① 估算钻孔费用。钻孔规格为直径135mm,钻孔有效深度为150m,含埋管后用膨润土和细砂及原桨的混合桨回填费用为14.8元/m;总长108,450米的换热深井分布在约16,000㎡的地下室平面,单位含量约为6.8米/㎡。
估算埋地换热器费用。埋地换热器(单U型管)管径为32mm,有效长度为100m,综合单价约12.2元/m,工程量指标约4.5米/㎡。
估算水平管费用。平管开挖深度不小于0.5m;水平管上下各填不少于20cm细沙。材质同垂直管,管径为¢32、¢40、¢50、¢63mm,其综合费用(含主材及安装费)约为39.3元/m,单位含量约为1米/㎡。
估算机房费用。机房总造价为1,733,692元,负责建筑面积为42,048㎡(扣除地下室),单方指标约为41元/㎡。
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_15
机   房
3.2室内系统的成本分析
本案例共376户,其中仅212户配备空调和新风系统。在212户中抽取一个户型分析单个户内造价,现选A4户型,其建筑面积约为114。配备了地源热泵主机WPWE040制冷量10.5Kw一台;风机盘管室内机HFCF-08 制冷量8,000w一台,HFCF-02 制冷量2,210w两台,HFCF-03 制冷量3,160w一台;全热交换新风机FY-E35PMA一台。具体数据统计如下表:
表6    A4户型空调新风造价指标住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_16
由上表可知,按建筑面积分摊A4户型单方指标352元/㎡,按80%的实际得房率折算其单方成本约440元/㎡左右,可见这种配备算是比较高的标准了。

探寻成本优化的方法
成本优化是个技术活,设计图纸一旦确定,其造价也就基本确定。所以成本的优化关键在于成本与设计、施工的协同。下面从我个人实际工作经验角度,以及学习相关案例经验后,列举几点优化成本的建议,供参考。
① 由以上分析可知,换热井的钻孔费用高达14.8元/m。如果能有效地控制钻孔深度与数量,这将不仅节省了钻孔费用,换热器的费用也将同步降低。
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_17
钻深井施工现场
这就需要辛苦我们的勘察设计单位多做测试,准确的测量换热井每米的实际换热量,精确地计算出实际所需要的换热井数与长度,这样可以避免设计过于保守,以致增加初始投资。
经查数据知一般换热器单位孔深的换热量为40-70W/m,本案例设计为夏季取热量50W/m,冬季取热量为40W/m,存在优化空间和可能性。
②虽然换热器埋得越深换热效果越好,但换热器的埋管深度如超过120m,则需要用进口管材,进口管材的价格要比国产高出许多,因此合理控制埋管深度也能有效节约成本,本案例埋管深度为100m。
③换热器有水平埋设和垂直埋设两种方式,如果条件允许,尽可能要选择水平埋设方式这样可以不用打深井,施工难度也降低,初始投资费用可以大幅降低。
以上仅作为引玉之砖,希望更多地专业人士一起探讨,提出更切实际更高效的节约成本的方法。
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总        结     
作为空调世界里的“绿色空调”——地源热泵空调系统的一次性投资大、建造成本高(约500元/m2),但其使用寿命长达30-50年且近乎免维护、年使用成本极低,用户一般在3-5年就可收回额外投资。因此,从全寿命周期来看,地源热泵空调系统更经济。而且,在建造阶段也可通过设计优化方法有效降低初期投资。
随着“低碳战争”逼近、“碳美元”的全球化,地源热泵空调系统作为一项技术成熟、无“三废”排放全寿命期成本最低的空调系统正在成为趋势。
住宅项目使用地源热泵技术的成本分析_19


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 发表于2018-10-30   |  只看该作者      

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