污水源熱泵工程在山西的應用情況

1、污水源熱泵工程在山西的應用情況,太原市建筑設(shè)計研究院 申達孝,各位領(lǐng)導、各位專家、各位從事建筑節(jié)能工作的同事和朋友：大家好！,很高興能有這樣一個機會，能同全國及山西省可再生能源的專家以及來自各地的學者和從事節(jié)能減排工作的同事共同學習和探討有關(guān)建筑節(jié)能，特別是如何在建筑節(jié)能中推廣和使用可再生能源的問題。 近幾年來，我們國家通過和頒布了《中華人民共和國可再生能源法》特別是二OO八年四月一日開始實施的《中華人民共和國節(jié)約能源

2、法》使得節(jié)能減排的工作有了法律依據(jù)。伴隨著《能源法》的大力貫徹，我國的節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)有了空前的發(fā)展。其主要表現(xiàn)在遍布全國的EMCA組織，同全世界接軌，節(jié)能減排已成為一種新型的產(chǎn)業(yè)正逐漸發(fā)展壯大，其必將對我國從事節(jié)能減排服務(wù)工作，有效地開展利用可再生能源起到巨大的推動作用。,一、山西實施污水源熱泵采暖空調(diào)的背景,在我國，暖通空調(diào)能耗巨大，隨著人民生活水平的提高，建筑能耗將持續(xù)增加，因此，利用可再生清潔能源的空調(diào)供暖方式，對實現(xiàn)能源和環(huán)境的協(xié)

3、調(diào)發(fā)展具有重大意義. 眾所周知，山西是能源大省，煤炭資源占全國之首，是重要的煤炭化工基地。山西共有設(shè)市城市22個，縣城84個，縣城以外建制鎮(zhèn)478個，2008年山西省設(shè)市城市和縣城供熱面積發(fā)展到26278萬平方米，集中供熱普及率為54.8％，其中住宅20356.1萬平方米，占77.5％。集中供熱總熱量達到40020萬GJ，根據(jù)有關(guān)方面估算，2008年山西省建筑總能耗達2981萬噸標煤，占全省能源消耗總量的24.2％。按城鄉(xiāng)總建筑面

4、積（12424893萬平方米）計算，單位建筑面積能耗為23.88kg/m2標準煤。,從地圖上看，山西就象一個嬰兒一樣，依偎在母親河——黃河的懷抱之中，但山西很少能直接從黃河水中受益，多年來山西從黃河中提水每年平均1.2億立方米，最多不過2億立方米，而寧夏每年飲黃河水66億立方米，山東每年飲黃河水達100億立方米，山西這個黃河母親懷抱中的嬰兒總是喝不到水。山西是一個水資源極為貧乏的內(nèi)陸省份，根據(jù)1993年國家計委批準的萬家寨引黃工程最后批

5、準方案，山西將每年引黃河水12億立方米，這樣將從根本上緩解山西的缺水問題，山西全省水資源總量為123079億立方米，人均水資源量為263立方米，僅為全國人均水資源量（2186立方米）的16.7％。,近十多年來由于人為過度超量開采地下水以及采煤等多種因素山西境內(nèi)的多處盆地已形成漏斗狀。有上百條河流干涸斷流，因此，在山西完全依靠水源熱泵以地下水為低位熱源的思路是不能完全滿足可再生能源發(fā)展的需要的。對于一個人均水資源擁有量只有全國人均水資源擁

6、有量16.7％的省份來說，把每一滴有限的水資源用到最大潛力，把水資源的潛能挖盡才能做到物盡其用，采用一向被視為廢物而白白排走的城市污水作為水源熱泵的低位熱源，則可很好的解決這一問題，沒有絕對的垃圾，只有放錯位置的資源，基于山西的特殊缺水背景，從2006年開始，作為“十二五”重點推廣的污水源熱泵技術(shù)在山西快速起步。,二、山西污水源熱泵的示范工程,對于水資源十分貧乏的山西來講，充分發(fā)揮有限的水資源，特別是把城市污水作為可再生能源來開發(fā)有著十

7、分重大的節(jié)能意義。山西是在全國率先應用推廣污水源熱泵的省份之一。 2006年1月1日《中華人民共和國可再生能源法》正式實施，2006年4月26日山西省第一例污水源熱泵工程在太原市實施示范工程，本示范工程的概況如下：山西省國瑞大廈為水源熱泵工程示范項目包括二十九層高層住宅，產(chǎn)權(quán)交易市場及附屬辦公用房、商務(wù)綜合樓，是目前全國單體面積實施污水源熱泵工程最大的項目之一。建筑物位于太原市平陽路與八一街交叉路口東北角，最大的特點是路邊

8、有一條通往污水處理廠的污水管道，污水的流量充沛、穩(wěn)定，取水點離建筑物30米，取水條件優(yōu)越。,項目第一期工程是二十二層的國瑞大廈（山西省產(chǎn)權(quán)交易市場及附屬辦公用房），位于項目地塊東南側(cè)，框剪結(jié)構(gòu)，總建筑面積31338平方米，建筑高度87.4米，地上二十二層，地下室二層為公共建筑，建筑物的空調(diào)熱負荷為1860.2kw，空調(diào)冷負荷為2325.2kw。 二期工程為高層住宅樓，總建筑面積66945平方米，地上二十九層，地下二層，建筑

9、為商住樓，住宅面積58754平方米，首層商場2607平方米，建筑熱負荷為2976.4kw，建筑冷負荷為3733.8kw。 兩期工程都采用污水源熱泵采暖空調(diào)系統(tǒng)，采用3臺熱泵機組，單臺熱泵機組的制冷量為1560kw，制熱量為1560kw。,采用污水源熱泵工程的最大難點是要把原生污水實行連續(xù)穩(wěn)定的流動作熱交換而又不能堵塞系統(tǒng)的設(shè)備和管路，要把污水中的雜物再次沖回污水管網(wǎng)，真正實現(xiàn)連續(xù)換熱而又不堵塞的熱交換過程，本示范工程通過防

10、阻機的技術(shù)完成了這一難題，污水機房設(shè)在地下室二層，標高為-8.7米，建筑物室內(nèi)外高差1.2米，城市污水主干管為2×2米的方涵，取水點埋在馬路下-7.7米處，處于滿流有壓狀態(tài)，本方涵高峰時流量7300m3/h，平均流量5000 m3/h，低峰時4000m3/h，污水溫度平均16-18度，最低13度，最高21度?？紤]到擴展規(guī)劃為實施23萬平方米的供熱面積，本設(shè)計引水能力為2300 m3/h。目前本工程實際供暖面積13萬平方米，冬季

11、污水最大流量僅910 m3/h，夏季污水最大流量為1110 m3/h。,三、山西實施污水源熱泵示范工程的經(jīng)濟分析,1、示范項目投資項目的總預算 本示范項目為辦公樓31338平方米，高層住宅樓66945平方米，不包括土地購置費，未考慮稅金及不可預見費，本工程總投資預算為2.516億人民幣。,2、示范工程增量成本的概算,單位：萬元,3、采用集中供熱平米造價的預算,結(jié)論：,國瑞范大廈原生態(tài)污水熱泵示

12、范工程單位面積的增量成本為119-64＝55元/m2，總計增量費用172.36萬元。高層住宅原生態(tài)污水源熱泵示范工程的單位面積增量成本為118-64＝54元/m2，總計增量費用361.50萬元。一、二期工程的總計增量成本應為533.86萬元。,4、污水源熱泵示范工程的運行費用,我們曾作了3個方案進行運行費用的比較。方案1：以污水作為冷熱源的熱泵工程方案主機COP＝3～5.5方案2：公建部分，以及高層住宅，溴化鋰機組＋燃氣鍋爐方案

13、3：電制冷機組＋燃氣鍋爐房,三種方案的運行費用比較如下：,采用方案一：住宅部分 16.9元/m2，年運行費99.29萬元/年底層商鋪 22.5元/m2，年運行費5.87萬元/年采用方案二：住宅部分 55.9元/m2，年運行費328.43萬元/年底層商鋪 77元/m2， 年運行費70.07萬元/年采用方案三：住宅部分 35.4元/m2，年運行費207.99萬元/年底層商鋪 49.1元/m2，年運行費12.8萬

14、元/年,如果加上辦公樓進行比較方案一的年運行費用為175.67萬元方案二的年運行費用為589.81萬元方案三的年運行費用為374.66萬元可見方案一運行費用最為經(jīng)濟，方案二的運行費用為方案一的3.36倍，方案三的運行費用為方案一的2.1倍。,從以上分析結(jié)論為：污水源熱泵的運行費用最低，最經(jīng)濟。那么，從目前運行費用的情況究竟如何呢？目前運行費用為冬季采暖3.5元/m2/月，基本上與預算接近。,5、山西污水源熱泵示范工程的環(huán)境效益,

15、采用污水源熱泵工程的節(jié)煤量，按深圳建筑科學研究院的計算一年可節(jié)約標煤287T/a。其產(chǎn)生的環(huán)境效益是巨大的，一年可減排CO2、SO2、NOx等717.5噸，煙塵8.68噸，煤渣數(shù)百噸。,6、山西污水源熱泵示范工程的權(quán)威評估：,山西國瑞大廈污水源熱泵示范工程是目前山西唯一得到國家級驗收合格的可再生能源示范工程，并且取得了國家財政部、國家建設(shè)部發(fā)放的有關(guān)資金補貼800余萬元。2009年12月4日，國家財政部、住宅和城鄉(xiāng)建設(shè)部對山西國瑞大廈污

16、水源熱泵工程組織了專家驗收，驗收結(jié)論為該項目由于周邊無集中供熱管線，因此以充分利用可再生能源盡量減少常規(guī)燃燒礦物燃料產(chǎn)生的廢物對大氣的環(huán)境污染為原則，采用城市原生態(tài)污水源熱泵冷、熱、生活熱水三聯(lián)供技術(shù)，并為該項目節(jié)能減排技術(shù)在山西省乃至我國北方地區(qū)的廣泛應用起到較好的示范作用。該項目一、二期于2008年6月全部竣工驗收，投入運行，通過兩年的運行，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，技術(shù)實用、經(jīng)濟、可靠。,本示范項目先后被評為2007年山西省太原市可再生能源示

17、范項目，太原市建筑節(jié)能試點示范項目，太原市綠色十佳建筑，該項目作為國家財政部、建設(shè)部第三批可再生能源建筑應用示范項目，為節(jié)能減排技術(shù)在山西乃至北方地區(qū)廣泛應用起到了較好的示范作用。,四、山西省實施污水源熱泵工程的總量及污水處理方式,山西是繼哈爾濱、北京后在全國最早應用和推廣污水源熱泵工程的省份，據(jù)不完全統(tǒng)計，山西省已實施污水源熱泵工程項目80萬平方米，這其中有原生有原生態(tài)污水，也有處理過的二級污水。污水的處理有以下五種方式：,1、污水通

18、過一級污水泵經(jīng)污水防阻機，經(jīng)二級污水泵進殼管式換熱器，典型工程為山西國瑞大廈示范工程，主要優(yōu)點是類似的工程實例多，有較完善的運行管理經(jīng)驗，缺點是設(shè)備體積龐大，維護清理工作量大。,2、污水通過一級污水泵進污水防阻機，經(jīng)二級污水泵進板式換熱器，典型的工程為太原市老年公寓，優(yōu)點是換熱器體積小，換熱器的傳熱效率高，缺點是盡管加大了板式換熱器的流道寬度，但還是容易造成堵塞，有一定的風險，不易大力推廣。,3、污水通過一次污水泵進寬流道專用換熱器完成

19、換熱，典型工程為山西臨汾污水處理廠熱泵工程，優(yōu)點是最不易堵塞，且好為護，缺點是設(shè)備重量太大。4、污水經(jīng)過水泵直接進板式換熱器，前部僅加快速排污過濾網(wǎng)，典型的工程為太原市楊家堡污水處理廠污水源熱泵工程，優(yōu)點是傳熱效率高，只適合在污水處理廠經(jīng)過處理達排放標準的污水上使用。,5、污水經(jīng)污水泵進入防阻機過濾后，污水直接進入熱泵機阻的蒸發(fā)器，山西已有個別工程實例，做的不是十分滿意，其中個別工程失敗，我個人的意見是不會同意這種不講科學的冒險行為

20、，水中的毛發(fā)、纖維會堵塞蒸發(fā)器銅管，造成局部水流量過低而引起局部過冷狀態(tài)而凍壞熱泵機組，這方面已有工程事故發(fā)生。,五、山西實施污水源熱泵工程中的問題,我市污水以其水量大，水質(zhì)穩(wěn)定，常年溫度在13-25度為特點，污水作為熱泵機組最為經(jīng)濟的冷熱源已成為不爭的事實，從污水中淘“金”已不是夢想，城市污水源熱泵正大步朝我們走來。實施污水源熱泵技術(shù)的完美奉獻，真正的技術(shù)難點不在熱泵機組的本身，污水源熱泵工程多年的實踐，深感實施污水的連續(xù)過濾而不堵塞

21、才是真正的工程難點，為此，全國從事污水源熱泵工程技術(shù)的同行們都在為此不懈的努力。當前，污水源熱泵工程推廣困難的原因大致有如下幾個原因：,1、認識觀念上的滯后，對污水源熱泵的特點還沒有充分的認識。2、沒有合理開發(fā)利用污水資源的規(guī)劃。3、利用污水的連續(xù)過濾防止堵塞的設(shè)備不夠科學完善，以致在使用過程中多次發(fā)生過濾網(wǎng)撕裂，造成設(shè)備短時不能正常運行，直接影響了冬季的供暖。4、污水源熱泵工程中的防水防阻機設(shè)備較笨重，維護管理的難度較大。,5、

22、應強化對污水中毛發(fā)和纖維的過濾設(shè)備研究。污水中會有大量的毛發(fā)以及紡織物纖維，這部分廢棄物同生物膜一樣很難清除，常常是附著在換熱器表面上，形成污垢，直接增加了換熱器的熱阻，降低換熱效率。山西在這方面的研究已取得了一些進展，如山西四方節(jié)能研究所、山西美盛環(huán)境工程技術(shù)有限公司研制的一種小型過濾器對污水中毛發(fā)有很好的攔截作用。,6、污水源熱泵工程中的污水換熱器普遍存在著換熱效率低，換熱器體積過大的問題，這樣就會使污水處理的機房面積增大，高度增高

23、。7、不講科學發(fā)展觀，發(fā)展和應用可再生能源要結(jié)合當?shù)氐馁Y源情況，發(fā)展污水源熱泵技術(shù)也是一樣，山西有個別工程使用原生態(tài)污水直接進熱泵機組，造成熱泵機組的蒸發(fā)器堵塞，流量過小，導致蒸發(fā)器過冷結(jié)冰，造成了很大的經(jīng)濟損失。,六、從城市污水中淘“金”，大力推廣污水源熱泵技術(shù),2006年1月1日開始實施的《中華人民共和國可再生能源法》，巨大地推動了全國各省市開發(fā)城市污水能源的積極性。污水能源是余熱可再生的清潔能源，據(jù)研究城市的低位廢熱40％潛在

24、城市污水中，合理的回收這部分低位熱量，利用污水作為冷熱源對建筑進行采暖空調(diào)可以直接減少其它短缺的能源消耗。同時可以達到廢物利用的目的，是資源再生利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設(shè)節(jié)約型社會，發(fā)展綠色生態(tài)建筑的重要措施。城市污水源熱泵的推廣有如下優(yōu)勢：,1、城市污水PH值基本為7，沒有腐蝕性。2、每立方米城市污水中，含有5000-10000大卡的低位熱量，相當燃燒1-1.5kg的標準煤。3、用專利技術(shù)保證污水的連續(xù)過濾而不堵塞。4、如果污水溫度高可

25、階梯式的開發(fā)熱量。5、完全替代礦物能源，這現(xiàn)SO2、CO2的零排放。6、COP>4節(jié)能效果十分明顯。7、夏季空調(diào)產(chǎn)生的余熱排入污水中，減少了一般空調(diào)用冷卻塔帶來的噪聲，水質(zhì)污染以及城市的熱島效應。8、隨著人們生活水平的提高，城市污水的流量也愈來愈大，污水資源的利用基本上是零風險。9、節(jié)省勞動力，實現(xiàn)智能化的管理，機房無人值守。10、國家及地方政府有推廣再生能源的經(jīng)濟扶持政策。,11、無需建立儲煤場、渣場節(jié)約了土地資源。據(jù)了解，繼哈

26、爾濱、北京、山西最早推廣使用污水源熱泵技術(shù)后，污水源熱泵工程已在東北的遼寧、吉林、黑龍江得到廣泛的應用。特別是2007年后，在山東威海、江蘇南通、河北石家莊、江西南昌、陜西西安、重慶以及廣西、天津、上海等地都涌現(xiàn)了一大批運行效果良好的污水源熱泵工程，2009年一向較為技術(shù)啟動較滯后的青海、西寧也正式啟動了污水源熱泵工作，可以說污水源熱泵應用的潛力不可估量，污水源熱泵發(fā)展的機遇已來臨。山西省開發(fā)和利用污水源熱泵已經(jīng)有了相當?shù)慕?jīng)驗，這為以后

27、開發(fā)污水資源奠定了堅實的基礎(chǔ)。,據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，2008年山西省建制鎮(zhèn)以上城鎮(zhèn)污水排放量約88876×104m3，平均日排放量243.5×104m3。其中，地級市51283×104m3，占57.7%；縣級市8235×104m3，占9.3%；縣城16737×104m3，占18.8%；建制鎮(zhèn)12621×104m3，占14.2%。,按地域統(tǒng)計分析，晉南的臨汾、運城地區(qū)污水量16452&#

28、215;104m3，占18.5%；晉東南的長治、晉城地區(qū)污水量13558×104m3，占15.3%；中部的太原、陽泉、晉中、呂梁等地區(qū)污水量40022×104m3，占45%；北部的忻州、朔州、大同地區(qū)污水量約18845×104m3，占21.2%。,作為一種可再生能源，污水的溫度與水量同樣重要。夏季時污水溫度各地相差不大，一般在20~25℃之間。冬季時各地污水溫度差距較大。設(shè)市城市和部分條件較好的縣城污水管網(wǎng)

29、較完善，污水管道封閉運行，污水溫度一般在10~13℃之間。大部分縣城由于污水管網(wǎng)不完善，明渠排水普遍存在，污水熱損失較大，因而污水溫度較低，一般在4~6℃之間。少數(shù)縣城污水管網(wǎng)與河溝相連，大量河水混入污水，導致污水溫度極低，可達2~3℃。建制鎮(zhèn)目前基本沒有污水管網(wǎng)，暫時不具備污水源熱泵利用條件。,預計全省可供利用的污水量約30~40×104m3，污水變化按5℃計算，可提供熱量618~824×104GJ/d，可提供14

30、0~190×104m2的建筑物冬季采暖所需。,中水即污水處理廠凈化處理以后的再生水，利用中水作為熱源供暖，不影響污水處理廠運行，因而具有較大的發(fā)展前景，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，2008年山西省縣以上城市已經(jīng)建成污水處理廠66座，污水處理能力195.9×104 m3/d，年處理能力44813×104m3，平均日處理水量123×104m3。其中地級市污水處理廠21座，處理能力128.6×104 m3/d

31、，年處理能力34343×104m3，平均日處理水量94×104m3；縣級市污水處理廠11座，處理能力23.3×104 m3/d，年處理能力5031×104m3，平均日處理水量13.8×104m3；縣城污水處理廠34座，處理能力44×104 m3/d，年處理能力5439×104m3，平均日處理水量14.9×104m3。,中水溫度一般比污水低1~3℃，其變化規(guī)

32、律與污水相同。設(shè)市城市和少數(shù)縣城中水溫度較高，一般在8~10℃之間；多數(shù)縣城中水溫度在4~5℃之間，少數(shù)縣城最低可達2℃左右?？紤]到水溫的影響，設(shè)市城市最有條件開展中水熱泵供熱的推廣應用。 扣除水量不穩(wěn)定和水溫較低的情況，預計目前可利用的中水資源約有108×104 m3/d，預計可提供430×104m2的建筑物冬季采暖所需。,當然，污水源熱泵工程也只是利用可再生能源的一部分，我們因地制宜，發(fā)揮資源的優(yōu)勢組合，切實把