某高校地源熱泵機房在供暖期的節能分析

王 勇 毅

(北京正德森科技有限公司，北京 100071)

1 項目概況

此項目位于北京市大興區團河地區，夏季供冷和冬季供暖，總建筑面積為86 592.8 m2，建筑高度約32 m，地源熱泵機房位于2號樓地下1層。此次僅對地源熱泵冬季圍護結構熱負荷和與此同樣范圍內的燃氣鍋爐圍護結構熱負荷進行經濟比較及節能分析。

2 圍護結構熱負荷估算及主要用電設備選型

2.1 圍護結構熱負荷估算

圍護結構熱負荷=建筑面積×熱指標；

則：86 592.8 m2×70 W/m2=6 061 496 W≈6 061 kW。

2.2 機房主要設備選型

2.2.1地源熱泵機房主要設備選型

根據建筑面積和建筑高度及圖紙對機房主要設備估算如下:

地源熱泵機組制冷量:2 064.8 kW,制冷輸入功率:338.6 kW；冷凍水進出水溫度：12 ℃/7 ℃；冷卻水進出水溫度：25 ℃/30 ℃；制熱量:2 057.5 kW，制熱輸入功率:440.3 kW；熱水進出水溫度：40 ℃/45 ℃；冷凍水進出水溫度：10 ℃/5 ℃；共計3臺；

用戶側循環泵：流量：430 m3/h，揚程：45 m,功率：75 kW，共計4臺，三用一備；

地源側循環泵：流量：500 m3/h，揚程：32 m,功率：75 kW，共計4臺，三用一備；

用戶側定壓補水泵：流量：8 m3/h,揚程：45 m,功率：2.2 kW，一用一備；

地源側定壓補水泵：流量：8 m3/h,揚程：28 m,功率：1.5 kW，一用一備。

2.2.2燃氣鍋爐機房主要設備選型

根據建筑面積和建筑高度及圖紙對機房主要設備估算如下

燃氣鍋爐額定熱功率：2.1 MW，耗電功率6.5 kW，管程額定出回水溫度：65 ℃/55 ℃，天然氣耗量：243 Nm3/h，共計3臺；

二次循環泵流量：430 m3/h,揚程：45 m，功率：75 kW，三用一備；

一次循環泵流量：400 m3/h,揚程：20 m，功率：75 kW，三用一備；

二次循環側定壓補水泵：流量：8 m3/h,揚程：45 m，功率：2.2 kW，一用一備；

一次循環側定壓補水泵：流量：8 m3/h,揚程：20 m，功率：1.5 kW，一用一備。

2.3 機房主要設備運行時用電功率計算

1)地源熱泵機房主要用電功率計算如下：

機房內主要設備運行時用電功率=運行時主機電功率+運行時用戶側循環泵電功率+運行時地源側循環泵電功率+運行時用戶側定壓補水泵電功率+運行時地源側定壓補水泵電功率；

冬季運行時用電功率計算：440.3 kW×3臺+75 kW×3臺+75 kW×3臺+2.2 kW×1臺+1.5 kW×1臺=1 774.6 kW；

則冬季運行時最大用電功率約為：1 774.6 kW。

2)燃氣鍋爐機房主要用電功率計算如下：

機房內主要設備運行時用電功率=運行時主機電功率+運行時一次循環泵電功率+運行時二次循環泵電功率+運行時二次循環側定壓補水泵電功率+運行時一次循環側定壓補水泵電功率；

冬季運行時用電功率計算：6.5 kW×3臺+75 kW×3臺+75 kW×3臺+2.2 kW×1臺+1.5 kW×1臺=473.2 kW；

則冬季運行時最大用電功率約為：473.2 kW。

3 機房內主要用電設備運行費用

3.1 地源熱泵系統冬季供暖期運行費用

冬季供暖期運行時用電功率約為：1 774.6 kW；

冬季供暖期每天運行時間：24 h；

冬季供暖期天數：120 d；

電價：1.2元/度；

冬季供暖期運行費用=冬季供暖期最大用電功率×冬季供暖期每天運行時間×冬季供暖期天數；則：

1 774.6 kW×24 h×120 d×1.2元=6 133 017.6元≈613萬元。

3.2 燃氣鍋爐系統冬季供暖期運行費用

冬季供暖期運行時用電功率約為：473.2 kW；

冬季供暖期每天運行時間：24 h；

冬季供暖期天數：120 d；

電價：1.2元/度；天然氣單價：2.9元/Nm3；

冬季供暖期每小時天然氣用量=單臺燃氣鍋爐房天然氣耗量×臺數;

則：243 Nm3/h×3臺=729 Nm3/h。

冬季供暖期運行費用=冬季供暖期用電功率×冬季供暖期每天運行時間×冬季供暖期天數×電價+每小時天然氣用氣量×冬季供暖期每天運行時間×冬季供暖期天數×天然氣單價；則：

473.2 kW×24 h×120 d×1.2元+729 Nm3/h×24 h×120 d×2.9元=1 635 379.2+6 088 608=7 723 987.2元≈772萬元。

3.3 冬季供暖期地源熱泵運行費用與燃氣鍋爐運行費用比較

每年冬季供暖期可節約費用=每年冬季供暖期燃氣鍋爐運行費用-每年冬季供暖期地源熱泵運行費用。

則每年冬季供暖期可節約費用：772萬元-613萬元=159萬元。

3.4 環保效益

每個冬季供暖期可節約電量=每個冬季供暖期可節約電費÷電價。

則每個冬季供暖期可節約電量=159萬元÷1.2元/度=132.5萬度。

1 t標煤可發電0.3萬度電，每燃燒1 t標煤，同時大氣中排放二氧化碳2.62 t，二氧化硫8.5 kg，氮氧化物7.4 kg。

每個冬季供暖期可節約的標煤量=每個冬季供暖期可節約的電量÷1 t標煤可發電量。

則每個冬季供暖期可節約的標煤量=132.5萬度÷0.3萬度≈442 t。

每個冬季供暖期可減少排放二氧化碳量=每個冬季供暖期可節約的標煤量×每燃燒1 t標煤二氧化碳排放量。

則每個冬季供暖期可減少排放二氧化碳量=442 t×2.62 t≈1 158 t。

每個冬季供暖期可減少排放二氧化硫量=每個冬季供暖期可節約的標煤量×每燃燒1 t標煤二氧化硫排放量。

則每個冬季供暖期可減少排放二氧化硫量=442 t×8.5 kg=3 757 kg≈3.8 t。

每個冬季供暖期可減少排放氮氧化物量=每個冬季供暖期可節約的標煤量×每燃燒1 t標煤氮氧化物排放量。

則每個冬季供暖期可減少排放氮氧化物量=442 t×7.4 kg=3 315 kg≈3.3 t。

4 結語

1)每年冬季供暖期可節約運行費用159萬元；

2)每年冬季供暖期可節約標煤量442 t；

3)每年冬季供暖期可減少二氧化碳排放量1 158 t；

4)每年冬季供暖期可減少二氧化硫排放量3.8 t；

5)每年冬季供暖期可減少氮氧化物排放量3.3 t；

6)地源熱泵不僅運行經濟而且實現了節能減排的目的。