地源热泵改造方案：供暖和制冷系统

1.方案介绍

某企业原供暖系统是由10台直流式燃气锅炉提供，锅炉型号为GB-2500/0.612MW，总容量7MW，供暖季的供暖锅炉靠天然气提供热源，同时消耗一定的电能和纯水。燃气锅炉将水加热至85℃左右，通过水泵将热水送至各个供暖部位，极端气温时需要运行5台。供冷季的供冷系统由供冷机房、冷却塔、分水器、循环泵、空调系统组成，其中冷源由三台型号为SS-378D的螺杆式制冷机组提供，单台制冷量750冷吨，制冷输入功率509kW，可满足10万平方米的制冷需求。

采用地源热泵机组取代现有供暖、制冷系统，可进一步节能降耗，减少大气污染物的排放。

2.技术可行性分析

（1）原有夏季制冷配置

3台冷水机组，单台制冷量 750冷吨，制冷输入功率 509kW。两用一备，可满足 10万平方米制冷需求。原有冬季供暖配置：10台1吨燃气锅炉（700kW）。极端气温时运行5台。改造后，冷热源全部由地源热泵承担，按10万平方米供冷供暖进行设计，设计总冷负荷 5000kW，设计总热负荷 5300kW，主机两用一备。

（2）系统应用热泵原理

将来自地下低品位的能量，通过压缩机做功，提升为高品位的能量。不但环保、安全，管理也简单。选用地源热泵有巨大的节能优越性，运行经济效益好，运行费用低。图4-14为地源热泵系统示意。

图4-14　地源热泵系统示意

（3）室外换热孔计算

地埋管夏季换热量按 60瓦/延长米计算，冬季按 43瓦/延长米计算。根据所确定机组参数可知：

夏季需散热量 QⅠ=Q1×（1+1/COP1）=5030×（1+1/6.25）=5835kW；

冬季需吸热量 QⅡ=Q2×（1-1/COP2）=5326×（1-1/4.92）=4244kW；

夏季制冷工况所需地埋管数量为QⅠ/60=5835×1000W/60=97250 延长米；

冬季制热工况所需地埋管数量为QⅡ/40=4244×1000W/43=98698 延长米。(www.xing528.com)

工程所需换热孔的延长米数为98698延长米；按孔深设计130m计算，设计760个换热孔（双U，De32.SDR11.PE100给水管），完全可以满足负荷要求。钻孔完毕、水平连接管埋于地面以下2m，不影响地面绿化或硬化等。

3.环境可行性分析

更换地源热泵机组后，公司现有燃气锅炉将不再使用，根据当年监测报告数据，锅炉烟气量为1587m3/h，排放浓度为23mg/m3，由此可计算更换地源热泵后NOx减排量为23×1587×5×24×120÷106=525.61kg。

由表4-19可以看出，更换地源热泵机组后，天然气用量可减少566387m3，电量增加1188400kWh，综合能耗减少637.24tce。

表4-19　更换地源热泵前后能耗消耗对比情况

4.经济可行性分析

设备预期总投资需1813.3万元，具体明细见表4-20。

表4-20　地源热泵空调系统报价

续表

表4-21为方案经济分析。按现有采暖、空调面积5万平方米进行计算，采用地源热泵每采暖季运行费用 143.96万元（120天），每供冷季运行费用105.99万元（120天），每年合计运行费用249.95万元。原燃气锅炉每采暖季运行费用约400万元；地源热泵夏季供冷比常规冷水机组节能30%以上。按节能30%计算，常规冷水机组供冷运行费用约151.41万元。现燃气锅炉和冷水机组年运行费用合计551.41万元。仅考虑现有5万平方米建筑供冷供暖，采用地源热泵系统即可年节省费用301.46万元。

表4-21　方案经济分析指标

该方案投资偿还期为6.68年＜10年，净现值49.8万元＞0，内部收益率8.1%＞7.5%；方案实施后，企业可减少NOx排放量525.61kg，综合能耗减少637.24tce。