1.项目简介

工程地点位于北京市昌平区城南，现有总建筑面积1万m2，其中办公室、餐厅、客房及其他附属建筑的总建筑面积8400m2，临时宿舍面积约1600m2，建筑物分散且使用功能多样，建筑物最高层数为三层。原先采用燃油锅炉供暖，分体式空调制冷，由于燃油锅炉已到使用年限，需要更新。

经前期水文地质勘察，工程地点位于温榆河上游支流东沙河形成的小冲洪积扇下部，地层以粘砂，粘砂为主，含水层岩性以中粗砂为主，厚度不超过15m，富水性较差，单井出水量在500m3/d左右，回灌量一般只有抽水量的30%。因此，当地水文地质条件不适宜采用地下水地源热泵技术，根据项目场区绿地、公共道路面积较大的特点，地质勘察部门推荐采用地埋管地源热泵技术实现冬季供暖和夏季供冷。

根据中国建筑技术集团有限公司提供的工程设计图纸计算，空调系统热负荷为618kW，冷负荷为773kW。

项目于2005年8月开工建设，同年11月正式完工，工程总投资约440万元。工程主要设备见表6-1，工程主要设备统计表。需要指出的是，由于主机及循环泵耗电量均单独计量，为项目经济性分析打下了基础。

表6-1　工程主要设备统计表

项目共计施工了183个100m深地埋管孔，下入了单U,PE管后，全孔以中粗砂回填密实，水平集管为φ50,PE管，埋深1.5m以下，共分为33路与机房的分集水缸相连。所有钻孔均布置在场区绿地和停车场地面下，见场区地埋管孔分布图6-1。

图6-1　场区地埋管孔分布图

2.所选项目的典型特点及代表性

项目的典型特点也是该项目被选中的理由，项目具有以下五项特点：

1）单独供暖、制冷项目

该项目单独供暖、制冷项目，未有任何辅助冷、热源（如冰蓄冷、电加热和冷却塔等），便于分析地源热泵项目的经济性。

2）改造项目

该项目为改造项目，原有供暖方式为燃油锅炉供暖，制冷方式为分体式空调供冷。因此，项目运行后可以直接的进行方案经济性对比。

3）方案选择合理，总体设计合理、施工难度适中；

项目采用地埋管地源热泵技术与当地水文地质条件相符；项目总体设计由中国建筑技术集团有限公司完成，设计方案合理；项目开工前，北京市地质工程勘察院进行了前期勘察和打孔试验，施工难度适中。

4）项目运行后，各项监测记录完整

项目业主内部管理认真负责，对各项重要数据监测完整，记录详实，有利于进行技术和经济分析。

5）项目功能、使用程度适中

项目建筑主要为办公室、住宅、旅馆等，均为普通建筑物，有别于场馆、游泳池、大棚等，使用程度为整个供暖季全天24小时，有别于学校等间歇性供暖单位。

由于该项目具有上述特点，在众多的已建项目中具有一定程度代表性。因此，其经济性分析结果将客观的反映出已建项目的经济性。

3.项目的经济评价

项目的经济评价依据《国家发改委、建设部关于印发建设项目经济评价方法与参数的通知》（发改投资〔2006〕1325号文）执行。评价内容依据文件中的三个附件：《关于建设项目经济评价工作的若干规定》、《建设项目经济评价方法》和《建设项目经济评价参数》执行。

为解决冬季供暖问题，业主有两种选择方案：

方案一：更新燃油锅炉，继续采用燃油锅炉供暖；

方案二：采用地埋管地源热泵供暖。

根据本项目的特点，经济评价方法拟采用费用效果分析法。费用效果分析系指通过比较项目预期效果与所支付的费用，判断项目费用有效性或经济合理性。效果难于或不能货币化，或货币化的效果不是项目目标的主体时，在经济评价中采用费用效果分析法，其结论作为项目投资决策的依据之一。其中，费用效果分析中的费用系指为实现项目预定目标所付出的财务代价或经济代价，采用货币计量。费用效果分析法遵循多方案比选的原则，所分析项目应满足下列条件：

（1）备选方案不少于两个，且为互斥方案或可转化为互斥型方案；

（2）备选方案有共同的目标；

（3）备选方案的费用应能货币化；

（4）备选方案应具有可比的寿命周期。

（5）效果应采用同一非货币计量单位衡量。

根据上述要求，对项目采用费用效果分析法的适应性进行分析：

（1）本项目备选方案有两个，为互斥方案，也就是只能采用方案一、二中的其中一个；

（2）项目有共同的目标：实现冬季供暖，据现有的暖通空调技术两种方案效果均能满足要求，且效果难于货币化。

（3）两种方案费用（也就是成本）均能够货币化，均为初投资和运行成本。

（4）方案一燃油锅炉的使用寿命为8年，每8年增加锅炉费用为50万元；方案二地源热泵主机的使用寿命为15年，每15年增加主机费用60万元，地埋管使用寿命为50年计算。

（5）由于未对末端建筑物进行改造，可以认为两种方案热负荷相等，供暖效果一致。需要指出的是：方案二还可实现夏季制冷，且淘汰了普通分体式空调机，因此方案二效果明显大于方案一，但为评价工作便利，将方案一、方案二效果概化相同。

通过上述适应性分析，因此可以确定费用效果分析法适用于本项目的经济评价。

方案一、方案二的费用均由初投资和运行成本构成。下面将两种方案的初投资和运行成本进行对比。

1）方案一

初投资：

方案一初投资由购置燃油锅炉、更新附属陈旧设备及管线、安装调试费用构成，投资金额约为50万元，见表6-2（数据为业主提供）。

表6-2　方案一初投资计划表

运行成本：

冬季运行成本由业主根据多年实际运行数据提供，主要由柴油、循环泵耗电量、人工成本构成，见表6-3。

表6-3　方案一冬季运行成本统计表

2）方案二

初投资：

业主采用方案二的实际初投资金额为440万元（含施工和设计），主要为主机购置和安装、地埋管孔施工、风机盘管购置和安装、外管线施工等。工程由北京市地质工程勘察院2005年8月至11月施工完成。

运行成本：

方案二已实际运行了两个供暖季，分别为2005～2006年和2006～2007年供暖季，运行成本主要为主机、循环泵、风机盘管实际耗电量，详见表6-4。

表6-4　方案二实际耗电量统计表

两种方案的初投资和运行成本比较见图6-2和6-3。

图6-2　方案一、方案二初投资比较图

图6-3　方案一、方案二运行费用比较图

方案一初投资较小，但运行成本高昂，方案二初投资大，但运行成本低廉，为科学评价两种方案，根据费用现值（PC）和费用年值（AC）来计算，其前提是：

假定在评价周期内，柴油、电费、人工成本等单价保持不变；

根据方案一，燃油锅炉的使用寿命为7-8年，每7-8年增加锅炉费用为50万；根据方案二，地源热泵主机的使用寿命为15年，每15年增加主机费用60万，地埋管使用寿命为50年计算；

假定在计算周期内，银行折现率保持不变；

（1）项目费用现值（PC）计算公式见式6-1。

北京浅层地温能资源

式中：（CO）t——第t期现金流出量；

n——计算期；

i——折现率，按年4%计算；

（P/F,i,t）——现值系数 。

经计算，方案一、方案二费用现值见表6-5，需要说明的是，计算过程中在运行的第7年，第15年，第22年，第30年，因燃油锅炉使用寿命到期，各增加锅炉费用为50万。同样，在运行的第15年，第30年，地源热泵主机的使用寿命到期，各增加主机费用60万。

表6-5　项目投资方案费用现值表　单位：万元

由表6-5可以看出，在假定两种方案供暖效果一致的情况下（也就是未考虑方案二可以夏季使用的情况和方案二的环保、安全效益），在运行后的第5年，方案一的费用现值458.31万元，而方案二的费用现值629.83万元，方案二高于方案一171.52万元，而第10年方案二低于方案一47.58万元，在第15年，20年，25年，30年方案二的费用现值低于方案一越来越多，逐步显示出方案二的优越性。

经计算，两方案约在运行后第8.5年费用现值相等，见方案一、二费用现值对比图6-4，从图中可以看出在第15年和第30年，两种方案均更新设备后，也就是两种方案均处于新的工作状态，方案二的费用现值仍低于方案一显示出方案二的优势。

图6-4　方案一、方案二费用现值对比图

（2）费用年值（AC）计算公式见见式6-2。

北京浅层地温能资源

式中：（A/P,i,t）——资金回收系数 ；其他符号同前。

经计算，两种方案费用年值表见表6-6。

表6-6　项目投资方案费用年值表　单位：万元

从表6-6同样可以看出，方案二的费用年值在前期较方案一高，随着时间推移，方案二的经济效益逐渐显现出来。

两种方案费用年值对比见图6-5，从图中可以看出在第15年方案一的费用年值为102.37万元，而方案费二用年值为85.33万元，节省17.04万元，第30年节省29.56万元。

图6-5　方案一、方案二费用年值对比图

因此，综合上述分析可以得出结论：利用费用效果分析方法，在假定燃油锅炉方案和地源热泵方案效果一致的情况下，地源热泵方案在运行后约第8.5年以后优于燃油锅炉方案，并且时间越长，经济性越明显。实际上，地源热泵方案效果要优于燃油锅炉方案，因为地源热泵方案还可以夏季使用，并且与燃油锅炉相比，其还具有环保、安全等诸多间接效益。

本项目地源热泵单位面积供暖成本较高（41元/m2），但与燃油锅炉相比（88.19元/m2），还是节省了一半的运行成本。地源热泵运行成本偏高的原因是：

（1）循环泵耗电量过大。

根据统计结果，项目冬季运行时循环泵所耗电量占总耗电量的36%，在夏季运行时循环泵所耗电量占总耗电量的45%，明显高于一般项目。

原因一是：末端建筑分散，导致循环泵设计功率大（22kW）。经实际调查，项目大多数建筑物只有一层，且分布分散，南北相距320m，东西距120m，见图6-6。

原因二是：项目共施工地埋管孔183个，由于场地限制，地埋管孔分布分散，且距主机房较远，导致地埋侧循环泵功率大（22kW）。

图6-6　项目建筑物及连接管线分布示意图

原因三是：循环泵均未安装变频装置，也就是说只要主机运行，循环泵就消耗44kW·h电量，这在供暖初期和末期明显不经济。

原因四是：项目单孔换热能力设计为22w/m，与一般项目相比明显偏低，导致项目初投资偏大和地埋侧循环泵功率偏大。

（2）项目供暖期长达5个月。

因项目位于昌平区，天气较城区寒冷，供暖时间长达5个月，较正常供暖时间多出一个月。

（3）项目电价偏高，未实现峰谷电价。

项目业主实际缴纳的电费为0.79元/kW·h，由于地源热泵项目运行成本基本就是供电成本，电价偏高直接导致供暖成本增加。由于冬季供暖时，主机耗电量主要集中在晚上，但项目未实行峰谷电价，优势未体现出来。

（4）项目建筑为轻体房，保温性能较差，导致负荷偏大，增加了主机的耗电量。

针对上述问题和不足，提出了优化方案和建议：

（1）采用分散式机房和自动变频控制。

针对项目建筑物分散和地埋管孔分散的实际情况，建议采用分散式机房，提高系统的COP值，这在建筑物分散且服务面积较大的项目中采用尤其显得重要。

采用自动变频控制是降低能耗的有效方法，但应注意流速降低后，最远端建筑的供暖效果，或将循环泵在扬程不变情况下，采用两台小流量（原泵流量的一半）循环泵，然后根据实际情况控制循环泵开启的数量。

如果最远端建筑物面积较小，建议采用其他方式供暖。本项目最远端为一加油站，服务面积仅30m2左右，但为了给其供暖不但增加了管径，也增大了循环泵功率，从经济上讲不如直接采用两用空调更为节省。

（2）加强管理制度。

主机耗电量是根据末端负荷确定的，负荷降低能够直接降低运行成本。因此，采用有效的管理制度降低末端负荷将节省运行成本。如：夜间将办公室温度控制在5℃左右，白天在宿舍无人时将宿舍温度适当降低等灵活措施将能够有效降低运行成本。

项目供暖时间长达5个月，在供暖的初期和末期根据天气情况，适当开停主机也是节能非常重要的措施。

（3）建议政府有关部门扩大峰谷电价适用范围。采用峰、谷电价，再加上储热、储冷装置利用夜间电价较低时储热或储冷，然后在白天循环使用，将能够有效节省运行成本。

（4）加强研究和监测，根据地埋侧供回水温度适当调整地埋侧循环泵功率和型号，将有进一步节能空间。并且，监测数据将作为今后其他工程重要的设计参数（单延长米换热能力）。