维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第１８期 ２ ０ ０ ８年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１８ Ｊｕｎ．２００８ ・１９５・ 文章编号：１００９ ６８２５（２００８）１８ ０１９５—０２ 污水源热泵技术的应用实例及可行性分析 刘世梅摘何凤绿孙云海 要：以太原市杨家堡污水处理厂供热系统改造工程为例，对污水源热泵系统原理及设计进行了介绍，指出污水源热 泵系统具有节水、节能、环保、运行费用低等优点，是利用城市污水进行供暖、制冷的空调新形式，值得推广使用。 关键词：污水源热泵系统，供热系统，生活污水，环境 中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ 近年来，随着我国经济的迅速发展和城市建设步伐的加快， １ 工程概况 建筑采暖和空调的普及率快速提高，导致暖通能耗的急剧上升， 以下为太原市杨家堡污水处理厂供热系统改造的工程实例， 资料表明，我国暖通能耗占建筑总能耗的５５％以上。建筑节能正 该厂内原先的锅炉为２．８ ＭＷ的层燃链条锅炉，燃烧效率为 成为我国及世界最为关注的问题之一。节约能源、保护环境、实 ６８％，使用的为太原煤，发热量为５ ９００ ｋｃａｌ／ｋｇ，太原地区冬季供 现可持续发展是我国的一项基本国策，要从根本上解决建筑节能 暖１３８ ｄ，一个采暖季的耗煤量为２ ０５８ ｔ，此期间内共排放：灰尘 问题，关键在于能源的选择，若用可再生、无污染的低品位能源取 ２０ ｔ，二氧化硫１２３ ｔ，二氧化碳４ ９３９ ｔ，氮氧化合物１７ ｔ，一氧化碳 代高污染高代价的不可再生能源（如煤、燃气、油等），日益严重的 ４ ｔ，碳氢化合物０．９３ ｔ；此外，还要产生铀、钍等多种微量的放射 能源危机及其所带来的环境污染问题便可得到有效的缓解。 性物质。为了节约能源、保护环境、节省费用，决定对这套供热系 城市生活污水是一种很好的可再生能源，洗浴等用水有近 统进行改造，不再使用燃煤，而改用既能供热又能制冷的污水源 ４０％的热量排入污水中，每立方米的生活污水中有５ ０００ ｋｃａｌ～ 热泵系统。对整个污水处理厂内体形系数较大且围护结构达不 １０ ０００ ｋｃａｌ的热量，相当于燃烧２ ｋｇ煤的发热量，其质量稳定，水 到节能建筑标准的办公楼、试验楼、食堂、洗浴中心、各单体分散 体、水温、水量都变化不大，受气候影响较小，是水源热泵的理想 值班室及周围门面房等总计面积为２万ｍ２的建筑供热系统进行 热源，即利用经过二级处理拥有相对稳定水体温度的污水水体 改造，取消原来的散热器供暖系统，改为安装能够制冷制热的风 （夏季为１７℃～２１℃，冬季为１１℃～１５℃），采用热泵原理，通 机盘管。 过输入少量的电能，实现热量的逆向搬运作用，即将热量从温度低 ２系统原理及设计 的地方向温度高的地方搬运，使之可在冬季作为热泵供暖的热源 亦可作为夏季空调的冷源，即在冬季，把污水中的热量“取”出来， 供给室内采暖；夏季时，把室内的热量“吸”出来，释放到污水中。 能及时开启。 冬季，污水温度约为ｌｌ℃～１５℃，经过换热器换热后回水温 度约为７℃～１０℃，系统中介水提取污水中的热量作为水源热泵 中主要还是消火栓十自动喷淋系统的灭火方式（中、大型汽车库 地下汽车库的喷头的布置，常规的做法是以面积多少和喷头 采用泡沫喷淋系统，先喷泡沫再喷水）。土建在地下汽车库设计 之间的距离均匀布置，结果汽车停放部位不在喷头的直接保护下 中一般采用８ ｍ～９ ｉＴＩ跨距，这给我们消防喷淋的喷头布置带来 面，当汽车发生火灾时，喷头保护不到，灭火效果差。其实喷头的 一定困难，既要满足车位又要满足梁柱的距离要求，甚至在大梁 布置，不光取决于停车位的布置形式，还取决于结构梁的布置形 中间还有次梁，使我们在喷头布置上更为困难，因此在实际的设 式。在具体设计工作中，将结构梁插入建筑图中，可提高喷头布 计过程中不仅要使本专业的设计满足国家规范的规定，进一步协 置的准确性，然后根据实际情况，如不同的梁高、梁的跨度，合理 调土建等相关专业在满足其规范并实际可行的前提下，尽可能采 恰当地布置喷头。有的地下汽车库防火分区较难分隔，应作适当 用便于喷头布置的主次梁布置形式，使设计得以尽善尽美地完成。 的调整处理。为了防止火灾的蔓延扩大，在坡道、车道上加设喷 参考文献： 头是十分必要的补救方式。 总之，在地下汽车库的设计中如何合理地设计给水、排水特 别是消防设计显得尤为重要，目前我国在地下汽车库的消防设计 ［１］李雪玲．观澜会所给排水设计［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３（１４）： 】６２—１６３． Ｏｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｇａｒａｇｅ ＨＵＡＮＧＱｉ－ｈｕａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｇａｒａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｄｅｓｉｇｎ， ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｈｏｗ ｔｏ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｄｅｓｉｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｇｉｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｇａｒａｇｅ ｄｅｓｉｇｎ， ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄｒｍｎａｇｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｏｚｚｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｇａｒａｇｅ，ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｄｅｓｉｎ，ｈｙｄｇｒａｎｔ，ｎｏｚｚｌｅ 收稿日期：２００８—０３—０７ 作者简介：刘世梅（１９８３一），女，助理工程师，太原市建筑设计事务所，山西太原孙云海（１９５９一），男，工程师，太原市杨家堡污水净化厂，山西太原０３０００９ ．０３００００ 何风骡（１９７１一），男，工程师，一级注册结构工程师，浙江环宇建设集团有限公司山西分公司，山西太原０３０００６ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・１９６・ ２ ０ ０ ８年６月 ￣ｇ ３４＠簦１８智 山 西 建 筑 本工程于２００７年１０月初开始施工，并在２００７年１１月竣工。 机组的热源，进入热泵机组蒸发器，热泵冷凝器出水作为供暖系 迄今为止的４个月内系统运行正常，且 统循环水，供回水温度为５５℃～４５℃。夏季，污水温度约为 系统于１１月初开始运行， １７℃－－２１℃经过换热器换热后的回水温度为１９℃～２３℃，污 各采暖建筑室内温度均能达到设计要求。运行原理见图１。水带走冷却水中的热量使之成为水源热泵机组制冷时的冷源，热 ４项目的优点 泵蒸发器出水作为供冷系统冷冻水，供回水温度为７℃～１２℃。 ４．１ 节能 该系统冬、夏季工况的转换通过切换机房内系统中的阀门来实 通常，水源热泵每消耗１ ｋＪ的能量，用户可以得到４ ｋＪ以上 现。采暖空调设计参数见表１。 表１采暧空调设计参数 季节 夏季 冬季 的热量或冷量，与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将 ℃ 室内设计温度 １８～２（ Ｊ２４～２８ ９０％左右的电能或７０％～９０％的燃料内能转换为热量供用户使 用，因此水源热泵要比电锅炉加热节省２／３以上的电能，比燃煤 锅炉节省１／２以上的能量。由于作为污水水源热泵的热源水，全 空调计算温度 ３１．２ 一１５ 负荷计算： 年温度较为稳定，这种特性使得污水热泵比传统空调系统运行效 夏季：按照１２０ｗ／Ｈ 计算，总冷负荷为２００００×１２０＝２４００ｋＷ； 率要高２０％以上。冬季：按照１００Ｗ／ｍ２计算，总热负荷为２０ ０００×１００＝２ ０００ｋＷ。 ４．２环保 污水源热泵是利用了污水原水作为冷热源，进行制热制冷。 基于以上的前提条件，选择了首家获得“中国节能产品认证 减少ｏ３２，ｓｏｅ，粉 证书”的“美意（Ｍａｍｍｏｔｈ）”水源热泵机组，其特点是：１）自控程度 供热时省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系统，供冷时省去了冷却水塔及其消耗的 高，可设定温度无需人员值守；２）运行稳定，高效节能；３）压缩机 尘颗粒等大气污染物的排放；避免了冷却塔的噪声及霉菌污染，减少了城市的热导效应， 为世界先进的全封闭涡旋压缩机，保证机组高效可靠的运行；４） 水量，废水、废气和烟尘，有效缓解了环境污染的问题。 冷凝器、蒸发器具有特殊的肋形结构，换热效率高。系统流程结 不产生任何废渣、构简洁，换热稳定，部件故障少，维修保养简单，高效换热器可保 ４．３ 节资 证机组在较低的蒸发温度下也保持较高的能效。 该工程总投资为４２０万元，由于各单体建筑布局分散，导致外 为总投资额的１５％２￣，故单位面积成本为２１０元／ｎ１２。 据厂方提供的供电负荷，选用ＭＷＨ１５０ＣＤ型机组３台，单台 网投资偏高，技术参数如下：１）制热量：４５６ ｋＷ。２）制冷量：５００ ｋＷ。３）功率： 运行费用计算参数：制热系数取３．５，制冷系数取４．０。运行时间 １２１ ｋＷ。４）制冷剂：Ｒ４０７Ｃ。 空调供水 空调回水 按１２ ｈ／ｄ计算，夏季按７５ ｄ 冬季按１３８ ｄ，电费取０．６元／ｋＷ・ｈ （具体见表２，表３）。 表２冬季供暧与原有燃煤锅炉散热器采暖系统运行费用比较 冬季供暖（建筑面 积２０ ０００ｍ２） 项（７℃） 目 污水水源热泵 ３８．０４ １９．０２ 燃煤锅炉 节省运行费用 节约比例／％ 散热器采暖 ９０ ４５ 运行费用／７３＂元 单位面积指标 元／ｍ２ ５１ ９６ ２５ ９８ ５０ ５０ 表３夏季制冷与溴化锂机组比较系统运行费用（原厂区无夏季制冷措施） 项注：系统夏季运行时并闭１，４，５，８；开启阀ｆ】２，３，６，７； 冬季运行时关闭２，３，６，７；开启阀门１，４，５，８ 目 夏季制冷（建筑面积２１３ １３００ ｍ２） 污水水源热泵 溴化锂机组 节省运行费用 节约比例／％ ２１．７ ６９．２ ４７．５ ６８ 压仃费用仞’元 图１运行原理图 单位面积指标 元／ｍ２ １０．８５ ３４．６ ２３．７５ ６８ 考虑到污水的取水位置在二级水的出水池中，水池为敞开 式，污水中的悬浮物较多，为了保证其在壳管中滞留的时间短，其 流速要求高，权衡多方面利弊，最后选用上海东方泵业生产的污 水泵两台（一用一备，单台流量为２５０ ｔ／ｈ，功率为１８．５ ｋＷ），定时 切换，而且要在含有悬浮物的二级出水进入泵前设两台过滤器 （一用一备）。为了控制改造成本，不选用全自动清洗过滤器，设 计为备用过滤器和管路，解决在不停机情况下过滤器的清洗工作。 该工程实践证明，污水水源热泵系统具有节水、节能、环保、 运行费用低廉等优点，是利用城市污水进行供暖、制冷的空调新 形式，符合世界各国城市污水再利用和城市水源问题的大趋势， 是一项值得深度推广的新技术。 参考文献： ［１］马广兴，孙德兴．城市原生污水源热泵系统设计要点探析 ［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３（１０）：２１９—２２０． ３施工及运行 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ＬＩＵ Ｓｈｉ－ｍｅｉ ＨＥ Ｆｅｎｇ－ｊｉｎｇ ＳＵＮ Ｙｕｎ，ｈａｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ０｛ｔｈｅ ｂｏｉｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｗｏｒｋｓ ０｛ｓｅｗａｇｅ ｄｉｓｐｏｓａｌ｛ａｃｔｏｒｙ ｉｎ Ｙａｎｇｊｉａｂｕ Ｔａｉｙｕａｎ．ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ ｏｕｒｃｅ ｈｅｓａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎ— ｔａｇｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｓａｖｉｎｇ，ｅｎｅｒｇｙ—ａｖｉｎｇ，ｅｎｖｓｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ￣［ｒｉｅｎｄｌｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｏｐｅｒａｔｉｇ ｎｃｏｓｔ，ｉｔ Ｗａｓ ａ ｎｅｗ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｇ ｎｔｙｐｅ ｔｏ ｕｓｅ ｕｒｂａｎ ｓｅｗａｇｅ ｆｏｒ ｈｅａｔｉｇ ａｎｄ ｒｅｏｒｉｎｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｂｅ ｗｏｒｔｈ ｔｏ ｐｏｐｕｌａｒｉｚｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｓａ￣ｔａｒｙ ｗａｓｔｅ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ
