嚴波

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

【關鍵詞】污水源熱泵，城市污水，經(jīng)濟環(huán)保

0 引言

熱泵技術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，是建設資源節(jié)約型社會、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟的理想技術，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)點都有利于推廣應用生活污水源熱泵技術[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工程冷熱源項目，詳細介紹了污水源熱泵技術的原理和設計，對加快城市生活污水熱能利用以及污水源熱泵系統(tǒng)的工程設計提供了參考依據(jù)。

1 工程基本概況

本項目空調面積32140㎡，夏季空調設計總冷負荷8369Kw，冬季采暖設計總熱負荷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，遠遠超過本項目的數(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現(xiàn)制熱工況和制冷工況的轉換；另外一種是水切換式，即通過閥門改變水流方向來實現(xiàn)工況轉換[2]。考慮到污水水質以及污水中污物對熱泵機組的影響，目前國內多采用間接式污水熱泵系統(tǒng)，本文中介紹的實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組制冷時的冷源，熱泵蒸發(fā)器出水作為空調供冷系統(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)機組的熱源，進入熱泵機組蒸發(fā)器，熱泵冷凝器出水作為空調供暖系統(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)路的設計參數(shù)見表1、2。該系統(tǒng)冬夏季工況的轉換時通過切換機房內系統(tǒng)中的冷/熱換向閥來實現(xiàn)的。

3 該項目方案設計

該項目周圍有充足穩(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系統(tǒng)的地勢條件。但是考慮到：一前期設備投資非常大；二該項目夏季冷負荷8369Kw，冬季熱負荷1834Kw，夏季的冷負荷約為是冬季熱負荷的4.6倍，相差很大的這兩個問題，本項目采用2臺污水源熱泵機組，2臺離心式冷水機組。其中空調冷源由2臺污水源熱泵機組和2臺離心式冷水機組共同提供，空調熱源只由2臺污水源熱泵機組提供。

4 經(jīng)濟環(huán)保性分析

為了清晰的了解該項目采用污水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟環(huán)保性，現(xiàn)將采用常規(guī)空調方式與采用污水源熱泵方式進行深入的比較論證，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)造價為空調系統(tǒng)各部分造價之和，包括設備購置費，土建費、安裝費以及其他費用（設計費、監(jiān)理費和不可預見費等）[3]。兩系統(tǒng)初投資情況見表4：

4.2 系統(tǒng)年運行費用

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

費用年值是按基準折現(xiàn)率， 通過等值換算， 將方案計算期內各個不同時點的現(xiàn)金流出分攤到計算期內各年的等額年值。其判別準則： 多個方案比選時， 費用年值最小方案為優(yōu)。該工程中基準折現(xiàn)率取 6%， 設備經(jīng)濟壽命按照 15年計算， 各方案的經(jīng)濟性比較見表5。

5 結論

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結構，夏季運行則可緩解電力空調負荷的緊張，具有長遠的戰(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)濟適用等特點，是節(jié)能減排技術之一，隨著人們生活水平的不斷提高和環(huán)保意識的逐漸增強污水源熱泵將會得到廣泛應用。

參考文獻：

[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)的工程應用于分析[J]。制冷與空調，2010.8；61-67

[3]趙建華、高風彥。技術經(jīng)濟學[M]。北京：科學出版社，2000