重慶市原生污水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用性研究

嚴(yán)波

【摘 要】本文在介紹污水源熱泵的工作原理和系統(tǒng)的基本形式的基礎(chǔ)上，再根據(jù)模擬實(shí)例該系統(tǒng)方案的經(jīng)濟(jì)環(huán)保性。

【關(guān)鍵詞】污水源熱泵，城市污水，經(jīng)濟(jì)環(huán)保

0 引言

熱泵技術(shù)能夠回收利用城市生活污水中的冷熱量，以城市生活污水作為建筑空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，是目前污水資源化、建筑新能源開發(fā)的前沿課題，是建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的理想技術(shù)，對我國的建筑節(jié)能具有非常重要的意義。重慶市生活污水排放量巨大、水溫適宜、供水穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)都有利于推廣應(yīng)用生活污水源熱泵技術(shù)[1]。文中就模擬重慶朝天門基良廣場利用城市原生生活污水作為空調(diào)工程冷熱源項(xiàng)目，詳細(xì)介紹了污水源熱泵技術(shù)的原理和設(shè)計(jì)，對加快城市生活污水熱能利用以及污水源熱泵系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

1 工程基本概況

本項(xiàng)目空調(diào)面積32140㎡，夏季空調(diào)設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷8369Kw，冬季采暖設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷1834 Kw。距離渝中區(qū)太平門污水處理廠1300米左右，滿足采用污水源熱泵技術(shù)的外網(wǎng)取水距離在較為節(jié)能的范圍，該污水處理廠的日處理水量為50萬m3，其最小污水流量為16000 m3/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本項(xiàng)目的數(shù)量需求量，污水量十分充分，污水取水穩(wěn)定可靠；另據(jù)該污水處理廠的生產(chǎn)記錄，流經(jīng)該處的污水常年平均溫度夏季為25℃，冬季為15℃。極端天氣下夏季為28℃，冬季為13℃，污水水溫條件適宜采用污水源熱泵機(jī)組。

2 污水源熱泵系統(tǒng)

2.1 污水源熱泵系統(tǒng)的類型

污水源熱泵系統(tǒng)（SSHP）是熱泵的另一種形式，它是以污水作為提取和儲(chǔ)存能量的冷、熱源的水源熱泵系統(tǒng)。污水源熱泵系統(tǒng)按照其使用的污水處理狀態(tài)可分為兩種，一是未處理過的污水作為熱源/熱匯的污水源熱泵系統(tǒng)，二是以二級(jí)出水或中水作為熱源/熱匯的污水源熱泵系統(tǒng)，即根據(jù)污水與熱泵的熱交換部分是否直接進(jìn)行熱交換，可分為污水冷熱能直接式利用和污水冷熱能間接式利用。從工況轉(zhuǎn)換方式上看，分為兩種：一種是制冷劑流向的切換，即通過四通換向閥的換向來實(shí)現(xiàn)制熱工況和制冷工況的轉(zhuǎn)換；另外一種是水切換式，即通過閥門改變水流方向來實(shí)現(xiàn)工況轉(zhuǎn)換[2]。考慮到污水水質(zhì)以及污水中污物對熱泵機(jī)組的影響，目前國內(nèi)多采用間接式污水熱泵系統(tǒng)，本文中介紹的實(shí)例即是利用城市生活污水的間接式污水源熱泵系統(tǒng)（如圖1）。

圖1 污水冷熱能間接式利用

2.2 污水源熱泵系統(tǒng)的原理

夏季，污水溫度約為28℃，經(jīng)過換熱器換熱后的回水溫度為33℃，污水帶走中介水中的熱量，中介水的供回水溫度為37/32℃，使之成為水源熱泵機(jī)組制冷時(shí)的冷源，熱泵蒸發(fā)器出水作為空調(diào)供冷系統(tǒng)的冷凍水，供回水溫度為7/12℃。冬季，污水溫度約為13℃，經(jīng)過換熱器換熱后的回水溫度約為8℃，系統(tǒng)中介水提取污水中的熱量，中介水的供回水溫度為5/10℃，使之成為污水源熱泵系統(tǒng)機(jī)組的熱源，進(jìn)入熱泵機(jī)組蒸發(fā)器，熱泵冷凝器出水作為空調(diào)供暖系統(tǒng)的循環(huán)水，供回水溫度為45/40℃。夏、冬季污水、中介水、末端循環(huán)水各環(huán)路的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1、2。該系統(tǒng)冬夏季工況的轉(zhuǎn)換時(shí)通過切換機(jī)房內(nèi)系統(tǒng)中的冷/熱換向閥來實(shí)現(xiàn)的。

3 該項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目周圍有充足穩(wěn)定的城市生活污水資源，具有非常良好的污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的地勢條件。但是考慮到：一前期設(shè)備投資非常大；二該項(xiàng)目夏季冷負(fù)荷8369Kw，冬季熱負(fù)荷1834Kw，夏季的冷負(fù)荷約為是冬季熱負(fù)荷的4.6倍，相差很大的這兩個(gè)問題，本項(xiàng)目采用2臺(tái)污水源熱泵機(jī)組，2臺(tái)離心式冷水機(jī)組。其中空調(diào)冷源由2臺(tái)污水源熱泵機(jī)組和2臺(tái)離心式冷水機(jī)組共同提供，空調(diào)熱源只由2臺(tái)污水源熱泵機(jī)組提供。

4 經(jīng)濟(jì)環(huán)保性分析

為了清晰的了解該項(xiàng)目采用污水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)環(huán)保性，現(xiàn)將采用常規(guī)空調(diào)方式與采用污水源熱泵方式進(jìn)行深入的比較論證，為以后工程采用污水源熱泵節(jié)能系統(tǒng)提供依據(jù)。

4.1系統(tǒng)初投資

系統(tǒng)造價(jià)為空調(diào)系統(tǒng)各部分造價(jià)之和，包括設(shè)備購置費(fèi)，土建費(fèi)、安裝費(fèi)以及其他費(fèi)用（設(shè)計(jì)費(fèi)、監(jiān)理費(fèi)和不可預(yù)見費(fèi)等）[3]。兩系統(tǒng)初投資情況見表4：

4.2 系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用

年運(yùn)行費(fèi)用是系統(tǒng)中各部分一年中發(fā)生的費(fèi)用，其包括水費(fèi)、電費(fèi)、燃料費(fèi)、排污費(fèi)、管理人員工資、管理費(fèi)以及維修費(fèi)等[3]，其中運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算參數(shù)為：制冷系數(shù)取0.8，制熱系數(shù)取0.7。運(yùn)行時(shí)間夏季早8：00-晚20：00，共120天；冬季早8：00-晚20：00，共100天。電價(jià)取1元/kwh，維修費(fèi)取折舊費(fèi)的10%。兩方案年運(yùn)行費(fèi)用見表4：

費(fèi)用年值是按基準(zhǔn)折現(xiàn)率， 通過等值換算， 將方案計(jì)算期內(nèi)各個(gè)不同時(shí)點(diǎn)的現(xiàn)金流出分?jǐn)偟接?jì)算期內(nèi)各年的等額年值。其判別準(zhǔn)則： 多個(gè)方案比選時(shí)， 費(fèi)用年值最小方案為優(yōu)。該工程中基準(zhǔn)折現(xiàn)率取 6%， 設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命按照 15年計(jì)算， 各方案的經(jīng)濟(jì)性比較見表5。

5 結(jié)論

城市污水冬暖夏涼、水量穩(wěn)定、水溫適宜，是水源熱泵的理想熱源。冬季運(yùn)行可以減輕燃煤、石油等供暖引起的環(huán)境問題，改變大城市以燃煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，夏季運(yùn)行則可緩解電力空調(diào)負(fù)荷的緊張，具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。污水源熱泵具有節(jié)約能源、創(chuàng)新環(huán)保、污水循環(huán)再利用、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)，是節(jié)能減排技術(shù)之一，隨著人們生活水平的不斷提高和環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)污水源熱泵將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]林真國、張素云、伍培。重慶市城市污水冷熱資源利用的可行性探討。決策咨詢，NO5 2009；13

[2]劉義坤、康侍民、冷先凱、周雙。重慶市污水源熱泵系統(tǒng)的工程應(yīng)用于分析[J]。制冷與空調(diào)，2010.8；61-67

[3]趙建華、高風(fēng)彥。技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)[M]。北京：科學(xué)出版社，2000