張 勇， 張 抗， 張 寧

(合肥工業(yè)大學(xué) 建筑設(shè)計研究院，安徽 合肥 230009)

合肥市污水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用分析

張 勇， 張 抗， 張 寧

(合肥工業(yè)大學(xué) 建筑設(shè)計研究院，安徽 合肥 230009)

建筑能耗占我國能源消費總量30%以上，而空調(diào)能耗約占建筑能耗的40%，污水源熱泵是一種穩(wěn)定、高效、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，也是可再生能源利用的形式之一。隨著合肥市凈水廠建設(shè)力度的加大，污水資源的利用有廣闊的應(yīng)用前景，為了有效發(fā)揮資源和能源的優(yōu)勢，科學(xué)合理的利用污水系統(tǒng)，該文詳細計算和分析了案例項目的技術(shù)經(jīng)濟指標，對項目的可行性做出了研判。

污水源熱泵；可再生能源；運行成本；投資回收期

污水源熱泵系統(tǒng)是采用城市原生污水或再生水作為水源的一種熱泵技術(shù),是城市可再生能源應(yīng)用的一個重要組成部分。

居住相對集中、具備一定規(guī)模的城市,其污水量比較大,水量、水溫相對穩(wěn)定。并且,隨著城市的不斷發(fā)展,污水量將會不斷增加,城市污水熱源具備相當大的開發(fā)潛力[1]。

隨著國家大力推廣可再生能源應(yīng)用項目,近年來國內(nèi)陸續(xù)成功建成了許多污水源熱泵應(yīng)用項目,大力推動了城市節(jié)能減排工作[2-3]。

“十二五”期末,建筑領(lǐng)域累計年節(jié)能140萬t標煤,減排當量CO2341萬t的能力。其中:新建建筑節(jié)能135萬t標煤,既有建筑節(jié)能改造節(jié)能5萬t標煤,可再生能源建筑應(yīng)用常規(guī)能源替代量14萬t標煤,綠色建筑節(jié)能3萬t標煤。合肥市建筑節(jié)能“十三五”規(guī)劃的節(jié)能指標會進一步加大,要實現(xiàn)更高的節(jié)能目標(50%→65%→更高),關(guān)鍵在于包括污水源熱泵等可再生能源建筑應(yīng)用的技術(shù)推廣與建筑設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)革新。

合肥城區(qū)污水處理設(shè)計日平均總規(guī)模97.5萬t/d(2012年),冬季水溫14 ℃～11 ℃, 夏季水溫22 ℃～25 ℃, 污水水質(zhì)達到文獻[4]中的一級A和一級B的排放要求,最大設(shè)計流量約為28 430 m3/h,冬季供熱量約209 MW,夏季供冷量約138 MW。采用污水源熱泵技術(shù),冬季可以提供580萬m2供熱面積,減少CO2排放量65萬t;夏季可以提供197萬m2制冷面積,減少CO2排放量37萬t。

1 案例技術(shù)及經(jīng)濟性分析

擬規(guī)劃建設(shè)的合肥市高鐵西站商務(wù)區(qū)項目,擬采用再生水供冷、供熱。項目位于安徽省合肥市蜀山區(qū),總投資約7 542萬元,供冷、熱建筑面積約54萬m2,項目冷熱源采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)[5-7],系統(tǒng)散熱、取熱采用附近清溪凈水廠污水。

1.1 清溪凈水廠污水應(yīng)用條件

合肥市清溪凈水廠位于清溪路北側(cè)、清二沖東側(cè),臨近南淝河。污水處理設(shè)計規(guī)模為20 萬 m3/d,最大處理能力 26萬m3/d。再生水出水平均溫度:冬季為12 ℃,夏季為25 ℃,按照其日處理水量為20萬t進行污水源熱泵設(shè)計,假設(shè)清溪凈水廠每天二十四小時處理水量均勻為2 315 kg/s;水源熱泵再生水側(cè)供回水溫差為5 ℃,因此水源熱泵夏季制冷工況運行時的供冷負荷為Q1(制冷COP值按5.2計算),冬季制熱工況運行時的供熱負荷為Q2(制熱COP值按4.7計算)[8-9]。

1.2 冷、熱負荷估算

表1 各類型建筑面積及負荷指標

由于清溪凈水廠的污水流量限制(最大供冷量40.5MW,最大供熱量61.4 MW),無法對項目區(qū)域的所有周邊建筑提供冷、熱配套,在優(yōu)先滿足高鐵西站的供冷供熱需求后,其余部分將根據(jù)用戶類型擇優(yōu)接入,因高鐵西站及其周邊的總體規(guī)劃尚未完成,表1中的建筑類型及面積均參考了合肥高鐵南站。

1.3 初投資概算

污水源熱泵區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)初投資主要包括機房建設(shè)初投資、設(shè)備初投資、安裝初投資以及輸送管網(wǎng)初投資等,估算初投資費用見表2所列。

表2 初投資計算表

1.4 運行收入分析

1.4.1 配套建設(shè)費

配套建設(shè)費(表3)依項目產(chǎn)權(quán)建筑面積計算,按照不同的建筑類型進行收費。

表3 配套建設(shè)費

1.4.2 用戶用能繳費

合肥市熱電集團向用戶推介的能源價格為公建按0.45～0.5元/kW·h,為便于收費,采取冷熱同價,折中后確定為0.45元/kW·h,居民采暖收費仍參照合肥市物價局核定的0.35元/kW·h的標準。用戶用能標準見表4所列。

表4 用戶用能繳費標準

1.5 運行成本

1.5.1 直接運行費用

本項目的運行成本主要來自于主機運行的耗電量和水泵運行耗電量[10],其計算結(jié)果如表5、表6所列。

表5 夏季不同運行工況耗電量統(tǒng)計表 kW·h

表6 冬季不同運行工況耗電量統(tǒng)計表 kW·h

由于項目利用了可再生能源,考慮供電部門給予一定的用電優(yōu)惠,參照工業(yè)用電收費標準計費,其用電價格為0.747 5元/kW·h,表7即基于這一電價計算。

表7 全年運行能耗及運行費用表

1.5.2 其他運行成本

(1) 固定資產(chǎn)折舊費:經(jīng)統(tǒng)計,設(shè)備及管網(wǎng)的固定投資額度為6 192萬元,按平均年限法計算折舊,折舊年限為20年,殘值率5%,則年折舊費用為309.6萬元/年。

(2) 維修費:按照設(shè)備及管網(wǎng)固定投資額度的2%考慮,則維修費為123.84萬元/年。

(3) 人員工資及福利:能源中心全年運行7個月,建議按照4班3運轉(zhuǎn)制進行人員配備,根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜性,建議人員編制如表8所列。

表8 能源中心人員配置表

人員工資及福利按平均8萬元/人年,則所有人員的工資及福利為168萬元/年。

1.6 投資回收期

考慮項目所供冷供熱的總建筑面積較大,需逐步建設(shè)完成并投入使用,建設(shè)配套建設(shè)費從第2年開始收取,分別按第2年30%,第3年、第4年均為35%的比例分期收取。運行收入則按第2年30%、第3年65%、第4年起100%的方式計入。按現(xiàn)行5年以上同期銀行貸款利率為5.9%,根據(jù)計劃建設(shè)周期1年,可對項目的動態(tài)投資回收期進行計算,計算結(jié)果如表9所列。

表9 項目動態(tài)投資回收期 萬元

從表9可以看出,前3年為項目的建設(shè)和市場培育期,第4年進入成熟運營狀態(tài),整個項目的動態(tài)投資回收期為7年。

2 結(jié)束語

城市污水源熱泵利用城市污水作為冷熱源,不會對環(huán)境造成負面影響,同時又能提升空調(diào)的效率,是一項綠色空調(diào)(建筑)技術(shù)。

在實施過程中應(yīng)該注意因地制宜,科學(xué)合理的利用能源。相關(guān)政府部門也應(yīng)積極給出政策支持,制定城市污水源能源利用的專項規(guī)劃,對污水源的供能范圍、供能面積,取排水的要求、環(huán)境要求等給出指導(dǎo)意見;加大關(guān)鍵技術(shù)研究,編制適宜于地方污水源熱泵技術(shù)應(yīng)用的標準或細則;出臺相關(guān)激勵政策,鼓勵和推動具備條件的建筑優(yōu)先應(yīng)用,樹立典型,形成示范。

[1] 吳榮華，張承虎，孫德興.城市污水冷熱源應(yīng)用技術(shù)發(fā)展狀況研究[J].暖通空調(diào)，2005(6)：25～28.

[2] 崔福義，李曉明，周 紅.污水資源及其在熱泵供熱中的應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù)，2005(1)：51～55.

[3] 呂 鑑，馮彥剛.城市污水低位熱能回收利用的研究[J].工業(yè)用水與廢水，2002(1)：10～13.

[4] GB 18918-2002，城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準[S].

[5] GB 50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S]．

[6] GB 50366-2009,地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施(暖通空調(diào)·動力)[M].北京：中國計劃出版社，2009.

[8] GB 50189-2015，公共建筑節(jié)能設(shè)計標準[S].

[9] 建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司. 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施節(jié)能專篇(暖通空調(diào)·動力)[M].北京：中國計劃出版社，2007.

[10] GBT 19409-2013，水(地)源熱泵機組[S].

2016-08-03；修改日期：2016-08-15

張 勇(1963-)，男，四川內(nèi)江人，合肥工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計研究院教授級高工．

TU833.3;TU834.33;TU992.25

A

1673-5781(2016)04-0502-03