土壤源热泵系统火用成本分析方法及应用研究.docxVIP

土壤源热泵系统火用成本分析方法及应用研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球经济的快速发展，能源短缺和环境污染问题日益严峻，成为制约人类社会可持续发展的关键因素。在建筑领域，暖通空调系统作为能耗大户，其能源消耗占建筑总能耗的较大比例。传统的暖通空调系统主要依赖于化石能源，不仅加剧了能源危机，还产生了大量的温室气体和污染物，对环境造成了严重的负面影响。

在这样的背景下，土壤源热泵系统作为一种高效、节能、环保的可再生能源利用技术，受到了广泛的关注和研究。土壤源热泵系统利用地下浅层地热资源，通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位的转移，从而为建筑物提供供热和制冷服务。与传统的空调系统相比，土壤源热泵系统具有显著的优势。其一，土壤源热泵系统的能源利用效率高，其制冷、制热系数可达3.5-4.4，比传统的空气源热泵高出约40%，能有效降低能源消耗。其二，该系统在运行过程中几乎不产生污染物，对环境友好，符合可持续发展的要求。其三，土壤源热泵系统还具有一机多用的特点，一套系统可同时满足建筑物的供暖、空调和生活热水需求，减少了设备投资和占地面积。

尽管土壤源热泵系统具有诸多优势，但在实际推广应用过程中，仍面临一些挑战。其中，成本问题是制约其发展的关键因素之一。土壤源热泵系统为利用浅层土壤，需增加地下埋管换热系统，这使得初投资成本相对较高。此外，系统的运行成本、维护成本以及生命周期成本等，也需要进行全面的评估和分析。因此，准确评估土壤源热泵系统的成本，对于其推广应用具有重要的现实意义。

传统的成本分析方法主要关注系统的货币成本，而忽略了能量的质量和价值。火用成本分析方法的出现，有效弥补了这一不足。火用成本分析方法将热力学中的火用分析与经济学原理相结合，综合考虑了能量的数量和质量，以及系统的经济成本。通过火用成本分析，可以更准确地评估土壤源热泵系统的能源利用效率和经济性，为系统的优化设计和运行管理提供科学依据。

具体而言，火用成本分析可以帮助确定系统中各个部件的火用损失和火用成本，找出系统中的薄弱环节，从而有针对性地进行改进和优化。同时，火用成本分析还可以用于比较不同类型的热泵系统或不同运行方案的经济性，为决策者提供参考，有助于选择最经济、最节能的系统方案。此外，火用成本分析还有助于评估系统的环境效益，因为火用损失与污染物排放密切相关，降低火用损失可以减少能源消耗和污染物排放，实现经济效益和环境效益的双赢。

综上所述，开展土壤源热泵系统的火用成本分析方法研究，对于推动土壤源热泵技术的发展和应用，解决能源与环境问题，实现可持续发展具有重要的理论和实践意义。

1.2国内外研究现状

土壤源热泵系统的火用成本分析作为一个融合热力学与经济学的研究领域，近年来受到了国内外学者的广泛关注。在国外，火用成本分析方法的研究起步较早，发展较为成熟。早在20世纪70年代能源危机时期，火用分析的概念就被提出，并逐渐应用于能源系统的分析与优化。随着研究的深入，学者们将火用分析与经济学相结合，形成了火用成本分析方法，用于评估能源系统的经济性和可持续性。

在土壤源热泵系统方面，国外学者进行了大量的研究工作。例如，T.LTsaros和R.A.GaggioliA等人利用火用分析方法计算了空气源热泵系统每部分的火用损失和火用效率，通过计算结果指出了对系统改进的方向。A.Hepbasli和O.Akdemir应用火用分析和能分析方法对土壤源热泵系统进行了分析，研究了系统在不同工况下的性能表现。这些研究为土壤源热泵系统的火用成本分析奠定了基础。

随着对能源效率和可持续发展的关注度不断提高，火用成本分析在土壤源热泵系统中的应用也日益广泛。一些学者开始关注土壤源热泵系统的生命周期成本，将火用成本分析与生命周期评价相结合，综合考虑系统在建设、运行、维护和报废等各个阶段的成本和环境影响。还有学者研究了不同因素对土壤源热泵系统火用成本的影响，如土壤热物性、地下换热器形式、热泵机组性能等，为系统的优化设计提供了理论依据。

在国内，土壤源热泵系统的研究起步相对较晚，但发展迅速。近年来，随着国家对可再生能源的重视和推广，土壤源热泵技术得到了广泛的应用和研究。国内学者在土壤源热泵系统的火用成本分析方面也取得了不少成果。龚光彩和曾巍等建立了水冷式热泵系统的火用成本分析模型，通过对系统的火用成本分析，找出了系统中的薄弱环节，并提出了相应的改进措施。冯启辉等人根据热力学火用的概念并结合了经济学相关知识，建立了土壤源热泵系统与风冷热泵系统的火用成本分析模型，并以实际建筑空调系统为背景，对两种系统进行了对比分析计算。

此外，国内学者还对土壤源热泵系统的经济性进行了深入研究。通过对不同地区、不同类型建筑的土壤源热泵系统进行成本分析，