某高校地源热泵机房在供暖期的节能分析

王 勇 毅

(北京正德森科技有限公司，北京 100071)

1 项目概况

此项目位于北京市大兴区团河地区，夏季供冷和冬季供暖，总建筑面积为86 592.8 m2，建筑高度约32 m，地源热泵机房位于2号楼地下1层。此次仅对地源热泵冬季围护结构热负荷和与此同样范围内的燃气锅炉围护结构热负荷进行经济比较及节能分析。

2 围护结构热负荷估算及主要用电设备选型

2.1 围护结构热负荷估算

围护结构热负荷=建筑面积×热指标；

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

2.2 机房主要设备选型

2.2.1地源热泵机房主要设备选型

根据建筑面积和建筑高度及图纸对机房主要设备估算如下:

地源热泵机组制冷量:2 064.8 kW,制冷输入功率:338.6 kW；冷冻水进出水温度：12 ℃/7 ℃；冷却水进出水温度：25 ℃/30 ℃；制热量:2 057.5 kW，制热输入功率:440.3 kW；热水进出水温度：40 ℃/45 ℃；冷冻水进出水温度：10 ℃/5 ℃；共计3台；

用户侧循环泵：流量：430 m3/h，扬程：45 m,功率：75 kW，共计4台，三用一备；

地源侧循环泵：流量：500 m3/h，扬程：32 m,功率：75 kW，共计4台，三用一备；

用户侧定压补水泵：流量：8 m3/h,扬程：45 m,功率：2.2 kW，一用一备；

地源侧定压补水泵：流量：8 m3/h,扬程：28 m,功率：1.5 kW，一用一备。

2.2.2燃气锅炉机房主要设备选型

根据建筑面积和建筑高度及图纸对机房主要设备估算如下

燃气锅炉额定热功率：2.1 MW，耗电功率6.5 kW，管程额定出回水温度：65 ℃/55 ℃，天然气耗量：243 Nm3/h，共计3台；

二次循环泵流量：430 m3/h,扬程：45 m，功率：75 kW，三用一备；

一次循环泵流量：400 m3/h,扬程：20 m，功率：75 kW，三用一备；

二次循环侧定压补水泵：流量：8 m3/h,扬程：45 m，功率：2.2 kW，一用一备；

一次循环侧定压补水泵：流量：8 m3/h,扬程：20 m，功率：1.5 kW，一用一备。

2.3 机房主要设备运行时用电功率计算

1)地源热泵机房主要用电功率计算如下：

机房内主要设备运行时用电功率=运行时主机电功率+运行时用户侧循环泵电功率+运行时地源侧循环泵电功率+运行时用户侧定压补水泵电功率+运行时地源侧定压补水泵电功率；

冬季运行时用电功率计算：440.3 kW×3台+75 kW×3台+75 kW×3台+2.2 kW×1台+1.5 kW×1台=1 774.6 kW；

则冬季运行时最大用电功率约为：1 774.6 kW。

2)燃气锅炉机房主要用电功率计算如下：

机房内主要设备运行时用电功率=运行时主机电功率+运行时一次循环泵电功率+运行时二次循环泵电功率+运行时二次循环侧定压补水泵电功率+运行时一次循环侧定压补水泵电功率；

冬季运行时用电功率计算：6.5 kW×3台+75 kW×3台+75 kW×3台+2.2 kW×1台+1.5 kW×1台=473.2 kW；

则冬季运行时最大用电功率约为：473.2 kW。

3 机房内主要用电设备运行费用

3.1 地源热泵系统冬季供暖期运行费用

冬季供暖期运行时用电功率约为：1 774.6 kW；

冬季供暖期每天运行时间：24 h；

冬季供暖期天数：120 d；

电价：1.2元/度；

冬季供暖期运行费用=冬季供暖期最大用电功率×冬季供暖期每天运行时间×冬季供暖期天数；则：

1 774.6 kW×24 h×120 d×1.2元=6 133 017.6元≈613万元。

3.2 燃气锅炉系统冬季供暖期运行费用

冬季供暖期运行时用电功率约为：473.2 kW；

冬季供暖期每天运行时间：24 h；

冬季供暖期天数：120 d；

电价：1.2元/度；天然气单价：2.9元/Nm3；

冬季供暖期每小时天然气用量=单台燃气锅炉房天然气耗量×台数;

则：243 Nm3/h×3台=729 Nm3/h。

冬季供暖期运行费用=冬季供暖期用电功率×冬季供暖期每天运行时间×冬季供暖期天数×电价+每小时天然气用气量×冬季供暖期每天运行时间×冬季供暖期天数×天然气单价；则：

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≈772万元。

3.3 冬季供暖期地源热泵运行费用与燃气锅炉运行费用比较

每年冬季供暖期可节约费用=每年冬季供暖期燃气锅炉运行费用-每年冬季供暖期地源热泵运行费用。

则每年冬季供暖期可节约费用：772万元-613万元=159万元。

3.4 环保效益

每个冬季供暖期可节约电量=每个冬季供暖期可节约电费÷电价。

则每个冬季供暖期可节约电量=159万元÷1.2元/度=132.5万度。

1 t标煤可发电0.3万度电，每燃烧1 t标煤，同时大气中排放二氧化碳2.62 t，二氧化硫8.5 kg，氮氧化物7.4 kg。

每个冬季供暖期可节约的标煤量=每个冬季供暖期可节约的电量÷1 t标煤可发电量。

则每个冬季供暖期可节约的标煤量=132.5万度÷0.3万度≈442 t。

每个冬季供暖期可减少排放二氧化碳量=每个冬季供暖期可节约的标煤量×每燃烧1 t标煤二氧化碳排放量。

则每个冬季供暖期可减少排放二氧化碳量=442 t×2.62 t≈1 158 t。

每个冬季供暖期可减少排放二氧化硫量=每个冬季供暖期可节约的标煤量×每燃烧1 t标煤二氧化硫排放量。

则每个冬季供暖期可减少排放二氧化硫量=442 t×8.5 kg=3 757 kg≈3.8 t。

每个冬季供暖期可减少排放氮氧化物量=每个冬季供暖期可节约的标煤量×每燃烧1 t标煤氮氧化物排放量。

则每个冬季供暖期可减少排放氮氧化物量=442 t×7.4 kg=3 315 kg≈3.3 t。

4 结语

1)每年冬季供暖期可节约运行费用159万元；

2)每年冬季供暖期可节约标煤量442 t；

3)每年冬季供暖期可减少二氧化碳排放量1 158 t；

4)每年冬季供暖期可减少二氧化硫排放量3.8 t；

5)每年冬季供暖期可减少氮氧化物排放量3.3 t；

6)地源热泵不仅运行经济而且实现了节能减排的目的。