重庆市原生污水源热泵系统的应用性研究

严波

【摘 要】本文在介绍污水源热泵的工作原理和系统的基本形式的基础上，再根据模拟实例该系统方案的经济环保性。

【关键词】污水源热泵，城市污水，经济环保

0 引言

热泵技术能够回收利用城市生活污水中的冷热量，以城市生活污水作为建筑空调系统的冷热源，是目前污水资源化、建筑新能源开发的前沿课题，是建设资源节约型社会、实现可持续发展经济的理想技术，对我国的建筑节能具有非常重要的意义。重庆市生活污水排放量巨大、水温适宜、供水稳定等优点都有利于推广应用生活污水源热泵技术[1]。文中就模拟重庆朝天门基良广场利用城市原生生活污水作为空调工程冷热源项目，详细介绍了污水源热泵技术的原理和设计，对加快城市生活污水热能利用以及污水源热泵系统的工程设计提供了参考依据。

1 工程基本概况

本项目空调面积32140㎡，夏季空调设计总冷负荷8369Kw，冬季采暖设计总热负荷1834 Kw。距离渝中区太平门污水处理厂1300米左右，满足采用污水源热泵技术的外网取水距离在较为节能的范围，该污水处理厂的日处理水量为50万m3，其最小污水流量为16000 m3/h，远远超过本项目的数量需求量，污水量十分充分，污水取水稳定可靠；另据该污水处理厂的生产记录，流经该处的污水常年平均温度夏季为25℃，冬季为15℃。极端天气下夏季为28℃，冬季为13℃，污水水温条件适宜采用污水源热泵机组。

2 污水源热泵系统

2.1 污水源热泵系统的类型

污水源热泵系统（SSHP）是热泵的另一种形式，它是以污水作为提取和储存能量的冷、热源的水源热泵系统。污水源热泵系统按照其使用的污水处理状态可分为两种，一是未处理过的污水作为热源/热汇的污水源热泵系统，二是以二级出水或中水作为热源/热汇的污水源热泵系统，即根据污水与热泵的热交换部分是否直接进行热交换，可分为污水冷热能直接式利用和污水冷热能间接式利用。从工况转换方式上看，分为两种：一种是制冷剂流向的切换，即通过四通换向阀的换向来实现制热工况和制冷工况的转换；另外一种是水切换式，即通过阀门改变水流方向来实现工况转换[2]。考虑到污水水质以及污水中污物对热泵机组的影响，目前国内多采用间接式污水热泵系统，本文中介绍的实例即是利用城市生活污水的间接式污水源热泵系统（如图1）。

图1 污水冷热能间接式利用

2.2 污水源热泵系统的原理

夏季，污水温度约为28℃，经过换热器换热后的回水温度为33℃，污水带走中介水中的热量，中介水的供回水溫度为37/32℃，使之成为水源热泵机组制冷时的冷源，热泵蒸发器出水作为空调供冷系统的冷冻水，供回水温度为7/12℃。冬季，污水温度约为13℃，经过换热器换热后的回水温度约为8℃，系统中介水提取污水中的热量，中介水的供回水温度为5/10℃，使之成为污水源热泵系统机组的热源，进入热泵机组蒸发器，热泵冷凝器出水作为空调供暖系统的循环水，供回水温度为45/40℃。夏、冬季污水、中介水、末端循环水各环路的设计参数见表1、2。该系统冬夏季工况的转换时通过切换机房内系统中的冷/热换向阀来实现的。

3 该项目方案设计

该项目周围有充足稳定的城市生活污水资源，具有非常良好的污水源热泵空调系统的地势条件。但是考虑到：一前期设备投资非常大；二该项目夏季冷负荷8369Kw，冬季热负荷1834Kw，夏季的冷负荷约为是冬季热负荷的4.6倍，相差很大的这两个问题，本项目采用2台污水源热泵机组，2台离心式冷水机组。其中空调冷源由2台污水源热泵机组和2台离心式冷水机组共同提供，空调热源只由2台污水源热泵机组提供。

4 经济环保性分析

为了清晰的了解该项目采用污水源热泵系统的经济环保性，现将采用常规空调方式与采用污水源热泵方式进行深入的比较论证，为以后工程采用污水源热泵节能系统提供依据。

4.1系统初投资

系统造价为空调系统各部分造价之和，包括设备购置费，土建费、安装费以及其他费用（设计费、监理费和不可预见费等）[3]。两系统初投资情况见表4：

4.2 系统年运行费用

年运行费用是系统中各部分一年中发生的费用，其包括水费、电费、燃料费、排污费、管理人员工资、管理费以及维修费等[3]，其中运行费用计算参数为：制冷系数取0.8，制热系数取0.7。运行时间夏季早8：00-晚20：00，共120天；冬季早8：00-晚20：00，共100天。电价取1元/kwh，维修费取折旧费的10%。两方案年运行费用见表4：

费用年值是按基准折现率， 通过等值换算， 将方案计算期内各个不同时点的现金流出分摊到计算期内各年的等额年值。其判别准则： 多个方案比选时， 费用年值最小方案为优。该工程中基准折现率取 6%， 设备经济寿命按照 15年计算， 各方案的经济性比较见表5。

5 结论

城市污水冬暖夏凉、水量稳定、水温适宜，是水源热泵的理想热源。冬季运行可以减轻燃煤、石油等供暖引起的环境问题，改变大城市以燃煤为主的能源消费结构，夏季运行则可缓解电力空调负荷的紧张，具有长远的战略意义。污水源热泵具有节约能源、创新环保、污水循环再利用、经济适用等特点，是节能减排技术之一，随着人们生活水平的不断提高和环保意识的逐渐增强污水源热泵将会得到广泛应用。

参考文献：

[1]林真国、张素云、伍培。重庆市城市污水冷热资源利用的可行性探讨。决策咨询，NO5 2009；13

[2]刘义坤、康侍民、冷先凯、周双。重庆市污水源热泵系统的工程应用于分析[J]。制冷与空调，2010.8；61-67

[3]赵建华、高风彦。技术经济学[M]。北京：科学出版社，2000