引言随着人们生活水平的提高，能源的使用情况备受人们关注。虽然我国能源资源丰富，但是能源浪费的现象时有发生，能源利用率低下。《国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》（国发［2018］22号）要求，打赢蓝天保卫战是重大决策部署，事关满足人民日益增长的美好生活需要，事关全面建成小康社会，事关经济高质量发展和美丽中国建设［1］。河北发改委要求，2019年我省计划淘汰煤电机组13台，取缔环保不达标的机组。1项目背景本项目为冀中能源云驾岭集中供热改造工程。云驾岭煤矿工业广场现有地面采暖建筑面积共计约3.5万m2，供热负荷为2.5 MW。改造之前，云驾岭煤矿冬季供热热源为云宁矸石热电厂循环冷却水源热泵系统，结合实际供热负荷，该水源热泵系统由1套型号为YSSR1200B/2的涡旋式水源热泵机组以及2套HE640型涡旋式常规低温水源热泵机组组成［2］。因云宁矸石热电厂已被河北省发改委列入淘汰机组范围内，电厂已不具备任何运行条件，需要寻找可替换的热源进行供热。2热源形式的比较及确定2.1燃气锅炉该项目是在原有基础上加以改造，由于敷设天然气管网会大大增加初投资成本，因此矿上没有敷设天然气管网。轻烃燃气与天然气相比，虽不需要布置长距离管网，但是需要设置储气罐。经查阅相关文献并根据实际供暖负荷进行估算［3］，若使用天然气供暖年耗气量约为108.9万m³，邯郸天然气单价为2.4元/m³，年运行费用261.3万元，折合运行费用 74元/㎡。2.2地下水源热泵地下水源热泵利用冬季地下水的温度高于环境温度，以提取水中的热量，为建筑物进行供暖；夏季，利用水体温度低于环境温度，提取水中的冷量进行建筑物的供冷。我国相关政策明确规定，矿区开采区等运营管理单位，要保护地下水。我国回灌技术有待完善，二次回灌容易对地下水质造成污染。若要达到完全回灌，常常需要一个取水井、多个回灌井的模式，经查阅相关文献［4］，结合实际工程概况估算其运行费用折合33元/㎡。2.3土壤源热泵地表层下蕴含着巨大的太阳能能量，土壤源热泵是从土壤中提取能量通过热泵机组来进行室内的供暖和供冷。云驾岭矿区域地下设施复杂，不能保证能够提供充足的钻孔空间，而且地下多为岩石，包括通信等各种电缆，稍有不慎，就可能造成巨大损失；而且钻孔作业需要专业的施工团队完成，根据地质条件以及钻孔深度进行收费，矿区的钻孔费是普通地区钻孔费用的2倍甚至更多。经估算［5-6］，其初投资远高于空气源热泵，折合运行费用18元/㎡，系统日常的管理较空气源系统相对复杂。2.4空气源热泵空气作为空气源热泵的载体，获取方式较为便利，空气源热泵作为一种清洁、无污染的新型绿色设备，广泛应用于各大商业场所和人们居住的生活环境。我国地域辽阔，空气源热泵的使用范围较为广泛。近年来，在北方的农村随处可见空气源热泵。相比于水源热泵、地源热泵，该系统无须构建机房，可根据周围环境直接在户外进行安装，而且安装方便，一定程度上减少了初投资；机组运行稳定性能好，唯一的缺点是在低温高湿地区，冬季使用空气源热泵可能会出现结霜问题；但是随着现在技术的发展，我国的除霜技术已卓有成效。相比于其他供暖方式来说，该系统初投资低、机组运行性能稳定，对环境也不会造成影响。因此，该工程项目选用空气源热泵作为热源。3空气源热泵系统的工作原理及设计3.1工作原理低温空气源热泵主要采用的是低温喷气增焓技术［7］，热泵机组在-25～45 ℃的环境温度中都可以工作，解决了常温型空气源热泵在北方的冬季制冷效率低下、能效比低的难题；在夏季也可以供冷，其运行费用低的特点在对比其他几种选择上占了很大的优势。工作时，把空气作为低品位热源，以吸收空气中的能量去供暖或者供热。夏季，制冷剂的冷凝温度远远高于环境中的温度以此来向空气中排放热量，用于建筑的供冷；冬季，制冷剂的蒸发温度低于室外温度来提取空气中的热量，用于建筑供暖。3.2设备选型本项目由于供暖面积较大，经过计算，选用14台型号为FS-L-R-130GC的超低温型空气源热泵机组以及10台型号为FS-L-R-130C的常温型空气源热泵机组，用于办公及职工宿舍的供暖。循环水泵分别选择高温型循环水泵以及常温型循环水泵两种。高温型循环水泵选择2台（1用1备，）扬程为38 mH2O，流量为262 m³/h，额定功率为45 kW；常温型循环水泵选择2台（1用1备），扬程为38 mH2O，流量为174 m³/h，额定功率为30 kW。该运行系统的主要设备及设计参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.021.T001表 1改造后系统的主要设备及设计参数设备名称数量/台参数制热量/kW超低温型空气源热泵机组14实际制热输入功率为51.8 kW134.68常温型空气源热泵机组10实际制热输入功率为41.6 kW136.45超低温型循环水泵2H=38 m, Q=262 m³/h, N=45 kW—常温型循环水泵2H=38 m, Q=174 m³/h, N=30 kW—4经济性分析4.1初投资分析4.1.1改造后初投资分析该工程改造后不同机组存在报价上的差异，在安装空气源热泵时，无须考虑室内占地问题，在原有机房外侧有足够面积，减少基建费用。空气源热泵系统初投资详情如表2所示。4.1.2　改造前初投资分析10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.021.T002表2空气源热泵系统初投资详情项目数量单价/元总价/万元合计293.59超低温空气源热泵机组14台110 000154高效空气源热泵机组10台90 00090高温热泵系统循环水泵2台15 0003.00常温热泵系统循环水泵2台12 5002.50补水定压设备2套1 0000.20软化水装置2台2 2500.45电子水处理仪2个5 0001各种电控制柜10套—17其他费用——25.44该改造工程的前身是2台型号为KDRB-HE640的低温热泵机组，用于末端为风机盘管的办公楼供热，以及1台型号为KDRB-SDR1200的常温型热泵机组，用于末端为暖气片的职工宿舍供热。经查阅相关文献［［8］并结合实际热负荷计算得知，该工程的初投资包括基建费在内约为330万元。4.2运行费用分析本项目的主要运行费用是电费，云驾岭矿的电价为0.55元/kWh，选取冬季供暖时间段进行分析。云驾岭矿位于河北邯郸，该地区的冬季供暖时间段为11月15日至第二年3月15日，供暖时间为120 d。型号为FS-L-R-130GC的超低温型空气源热泵机组的实际制热功率为51.8 kW，主要为云驾龄矿的职工宿舍楼提供热量；云驾岭矿办公楼等末端设施为风机盘管的建筑物采暖热源，采用常温型空气源热泵，该设备的项目实际制热输入功率为41.6 kW。设备全年运行费用=实际制热输入功率（kW）×当地电价（元/kWh）×实际设备运行台数×每天运行时间（h）×实际运行天数（d）×全年平均负荷系数。经考察评估，在系统实际运行阶段，全年平均负荷系数取0.75，改造后的空气源热泵系统运行费用如表3所示，改造前水源热泵系统运行费用如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.021.T003表3改造后空气源热泵系统运行费用设备名称实际制热输入功率/kW当地电价/(元/kWh)设备运行数量/台每天运行时间/h实际运行天数/d全年平均负荷系数运行费用/万元合计109.15FS-L-R-130GC51.80.5514241200.7586.16FS-L-R-130C41.60.551081200.7516.47超低温循环水泵450.551241200.755.34常温型循环水泵300.55181200.751.1810.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.021.T004表4改造前水源热泵系统运行费用设备名称实际制热功率/kW当地电价/(元/kWh)设备运行数量/台运行时间/h实际运行天数/d全年平均负荷系数运行费用/万元合计56.80KDRB-HE640136.60.55281200.7510.82KDRB-SDR12003120.551241200.7537.07循环水泵600.551241200.757.13循环水泵450.55181200.751.73综上所述，改造前水源热泵系统年运行费用约为56.80万元，折合冬季供暖费用为16 元/㎡；空气源热泵系统的年运行费用为109.15 万元，折合冬季供暖费用为31 元/㎡。其他几种热源方式的初投资以及运行费用估算如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.021.T005表5几种热源方式的初投资及运行费用供暖方式初投资/万元运行费用/万元折合运行费用/(元/㎡）燃气锅炉125261.3074地下水源热泵45094.5027土壤源热泵38063.0018空气源热泵293.59109.1531水源热泵33056.80165结语通过对几种供热热源形式的适用性及经济因素进行分析，综合考虑各种因素的影响，确定了该工程项目采用空气源热泵作为热源形式。