更好地利用原生污水能源

作者:黄世光 周宏 文章来源:中房集团南宁房地产开发公司 广西绿城水务股份有限公司 发布时间:2014-06-23


城市原生污水源热泵空调系统原理图

我国城市污水能源的利用一直比较少,一般都是经过污水处理设施处理后,作为中水用于城市绿化、景观用水、工业冷却用水等,原生污水的能源利用甚少。热泵系统的空调性能系数COP可以达到5~7(一般空调系统COP为3.0),本文将介绍污水源热泵空调系统在南宁市的发展。

随着我国深化改革的推进,科技节能和无污染再生能源利用越来越受到重视,并呈现百花齐放、日新月异的发展趋势。城市污水能源的利用一直比较少,一般都是经过污水处理设施处理后,作为中水用于城市绿化、景观用水、工业冷却用水等,原生污水的能源利用甚少。污水源热泵的开发应用为这一空白提供了一个全新的平台。一般热泵系统的基本原理是以污水、地源、净水源等作为提取和储存能量的低温热源(一般称之为冷热源),借助热量交换泵系统的聚集传导作用,消耗少量电能,在冬季把存于冷热源中的低位热能“提取”出来,为用户供热;夏季则把室内的热量“提取”出来,释放到冷热源中,从而降低室温,达到制冷的效果,同时可以利用余热回收系统,用于制取生活热水。热泵系统的空调性能系数COP可以达到5~7(一般空调系统COP为3.0),所以“热泵系统”即是以各种冷热源作为提供能量和储存能量介质的设备系统。

南宁市属湿润的亚热带季风气候,气候温和,夏长冬短,年平均气温在21.6℃左右。因此南宁市全年空调系统以制冷为主,制暖较少,平常热水的使用不算多,一般只在宾馆全年供应漱洗热水。热泵系统在南宁市的应用仍处于起步阶段,是作为清洁能源的新生力量,基本是以地热泵系统和污水源热泵系统作为主,均有工程实例和运行中的项目。热泵系统目前较多应用于中央空调系统和集中热水供应系统,办公大楼、宾馆是主要使用群体。

热泵系统的类型和对比

在南宁市市区,有较好实施条件的热泵系统有地热泵和水源热泵两种。

地热泵系统一般利用地下浅层地热资源(包括地下水、土壤或地表滞水等),它只需在建筑四周的绿地上,往地下50~60m深入打孔,取地下18℃左右的水,以构成能量转换的基础。实际项目中,地热泵系统因为占用土地问题,以及运行中存在热效率较低和堵塞问题,使得在繁华市区推广的难度很大。

水源热泵系统的效率相对较高,而且具有不占用土地,机组占用空间少,可以安装在地下室等优点,其技术和经济优势在水资源较为丰富的城市更为突出。水源热泵系统的水源问题是关键,在南宁市一般考虑地下水、内河地表水和污水源作为热泵系统冷热源,地下水源因开采受限和回灌成本高可行性不大,内河地表水主要是水温随季节变化大,取水途径困难等因素,需要因地制宜开发项目。以城市生活污水为冷热源的污水源热泵系统是目前城市热泵系统的一个新方向,它具备明显的优势:

城市污水源比较丰富,在各城市干道的污水干渠一般污水量都较大,且污水管网分布广覆盖全面,使得污水源丰富。同时,南宁市市区的城市污水基本上是生活污水,水温稳定在18~20℃,各种重金属和酸碱腐蚀性物质含量少,pH值在7.2左右,整体上很适合作为冷热源水体,特别是在城市污水处理厂周边的楼宇可以采用处理后的中水作为冷热源,水质更优。

一直来困扰较大的污水中漂浮物、油渍等污染物隔离问题得到了解决。采用原生污水热泵防阻机,可以利用连续反冲洗原理把污水中的固体污杂物截留,使污水换热器实现连续无堵塞换热,换热后的污水回到防阻机进行反冲洗,再返回流入污水管网。

获取污水热源的成本较低,可以结合楼宇或小区的污水管一并建设,连接到市政的污水管网距离一般也比较近,所以整体上一次性项目投资比地热泵系统要节省。

原生污水源热泵系统的组成

原生污水源热泵系统最多的应用于中央空调系统和热水系统的热能交换,整个系统由引退水工程、热泵机组(热交换)、空调或热水器(也称末端系统)等3部分组成,一套典型的原生污水源空调系统如图1所示,其核心关键部分是热交换机组。污水源热泵的关键技术是防堵、防垢、防腐和高效换热,这4个问题都集中在污水换热器之上,污水换热器成为污水源热泵系统最关键的设备。

原生污水智能型污水防阻机,这是经过结构优化,增强了设备反冲洗效果,以智能控制系统全方位监测、采集运行数据,并准确地控制旋转电机状态,调控流量、温度、压力等要素,达到良好防堵效果的机组,从而解决堵塞问题。

原生污水智能型热能采集器,必须采用专为污水介质专门设计的,一般有板式换热器和管式换热器两种,原生污水可直接进入设备进行无阻塞、高效的换热,配置智能化控制系统检测、采集运行数据,有自动清洗换热面功能和故障报警分析等功能,从而解决防垢、高效换热等问题。

项目投资分析与节能效果

原生污水源热泵系统的设备投资一般略低于普通的电能中央空调冷却塔和热水制热系统,设备投资约节省25%。引水、退水工程投资则根据市政污水管与安装场所的距离、工程环境而定,选择项目是应尽可能考虑距离短易施工的,以减少该部分的投资。综合以上因素,一般原生污水源热泵系统的项目投资基本上和普通电能中央空调冷却塔、热水制热系统持平,或者略高出10%左右;而运行费用上,污水源热泵系统却可以节省30%~35%,如采用污水处理厂处理后的中水且水量充足,大水量交换时可以达到40%。

工程应用实例

南宁市喜相逢大酒店污水源热泵空调系统改造项目就是一项典型的成功案例,该酒店建筑面积23000m2,空调面积16000m2,2006年安装投入运行的是870kw水冷螺杆机组和350kw风冷热泵机组、热水机组,全年运行电费139.5万元,维护费7万元。采用污水源热泵空调系统改造替换原空调制冷、制暖系统和热水供暖都比较简便,不需要改动末端系统,重新配置了两台冷量为482kw、热量为553kw的污水源热泵机组,具体选型为2台RBL-150B污水源热泵机组,每台制热功率104kw,制冷功率80kw;引水利用附近的琅东污水处理厂处理后的中水,水量充沛,水质优良无漂浮杂质,水温常年稳定在19~21℃,热交换后退水仍返回琅东污水处理厂。整个改造项目总投资约310万元,作为示范项目申请了国家节能专项补助资金128万元,投入运行后实际年运行费维护84.3万元,节能达到42.5%,经济效益和社会环保效益都很突出。

污水源热泵系统在城市中规划与推广应用

污水源热泵系统目前设备系统的技术已经相当成熟,应用于新建或改造项目都很简便。在城市中推广应用主要是考虑污水源的问题,一般来讲其规划原则上是在污水处理厂周边和市政污水干管附近,市场还是很突出的。南宁市目前具备使用推广污水源热泵系统的在市区内是比较广泛的,主要干道的污水管网附近有一定量楼宇,现正在由设计院编制专项节能规划设计方案,论证审查通过后将起到极大的推进作用。

总体而言,污水源热泵系统是一项节能突出的环保系统,它的技术稳定,经济优势明显,是值得大力推广的节能清洁工程,目前随着工程实例的不断增加,正逐步得到社会的认可,它的推广将为我们到来更好的环境、经济效益。

【参考文献】

1 北京市政工程设计安研究总院. 南宁市污水专项规划(2010-2020)
2 哈尔滨工业大学;中国建筑标准设计研究院. 污水源热泵系统设计与安装
3 吴荣华;孙德兴;马广兴;.城市污水源热泵系统的节能与环保评价法;中国给水排水;2005年12期

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