某高校地源熱泵機房在供暖期的節(jié)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(qū)團河地區(qū)，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(jié)構(gòu)熱負荷和與此同樣范圍內(nèi)的燃氣鍋爐圍護結(jié)構(gòu)熱負荷進行經(jīng)濟比較及節(jié)能分析。

2 圍護結(jié)構(gòu)熱負荷估算及主要用電設(shè)備選型

2.1 圍護結(jié)構(gòu)熱負荷估算

圍護結(jié)構(gòu)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(shè)備選型

2.2.1地源熱泵機房主要設(shè)備選型

根據(jù)建筑面積和建筑高度及圖紙對機房主要設(shè)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(cè)循環(huán)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(cè)循環(huán)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(cè)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(cè)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(shè)備選型

根據(jù)建筑面積和建筑高度及圖紙對機房主要設(shè)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(huán)泵流量：430 m3/h,揚程：45 m，功率：75 kW，三用一備；

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

二次循環(huán)側(cè)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(huán)側(cè)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(shè)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(nèi)主要設(shè)備運行時用電功率=運行時主機電功率+運行時用戶側(cè)循環(huán)泵電功率+運行時地源側(cè)循環(huán)泵電功率+運行時用戶側(cè)定壓補水泵電功率+運行時地源側(cè)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(nèi)主要設(shè)備運行時用電功率=運行時主機電功率+運行時一次循環(huán)泵電功率+運行時二次循環(huán)泵電功率+運行時二次循環(huán)側(cè)定壓補水泵電功率+運行時一次循環(huán)側(cè)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(nèi)主要用電設(shè)備運行費用

3.1 地源熱泵系統(tǒng)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(shù)：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(shù)；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(tǒng)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(shù)：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(shù);

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(shù)×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(shù)×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(jié)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(jié)約費用：772萬元-613萬元=159萬元。

3.4 環(huán)保效益

每個冬季供暖期可節(jié)約電量=每個冬季供暖期可節(jié)約電費÷電價。

則每個冬季供暖期可節(jié)約電量=159萬元÷1.2元/度=132.5萬度。

1 t標煤可發(fā)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(jié)約的標煤量=每個冬季供暖期可節(jié)約的電量÷1 t標煤可發(fā)電量。

則每個冬季供暖期可節(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)語

1)每年冬季供暖期可節(jié)約運行費用159萬元；

2)每年冬季供暖期可節(jié)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(jīng)濟而且實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。