污水源热泵工程在山西的应用情况

污水源热泵工程在山西的应用情况太原市建筑设计研究院申达孝各位领导、各位专家、各位从事建筑节能工作的同事和朋友：大家好！很高兴能有这样一个机会，能同全国及山西省可再生能源的专家以及来自各地的学者和从事节能减排工作的同事共同学习和探讨有关建筑节能，特别是如何在建筑节能中推广和使用可再生能源的问题。近几年来，我们国家通过和颁布了《中华人民共和国可再生能源法》特别是二OO八年四月一日开始实施的《中华人民共和国节约能源法》使得节能减排的工作有了法律依据。伴随着《能源法》的大力贯彻，我国的节能服务产业有了空前的发展。其主要表现在遍布全国的EMCA组织，同全世界接轨，节能减排已成为一种新型的产业正逐渐发展壮大，其必将对我国从事节能减排服务工作，有效地开展利用可再生能源起到巨大的推动作用。一、山西实施污水源热泵采暖空调的背景在我国，暖通空调能耗巨大，随着人民生活水平的提高，建筑能耗将持续增加，因此，利用可再生清洁能源的空调供暖方式，对实现能源和环境的协调发展具有重大意义.众所周知，山西是能源大省，煤炭资源占全国之首，是重要的煤炭化工基地。山西共有设市城市22个，县城84个，县城以外建制镇478个，2008年山西省设市城市和县城供热面积发展到26278万平方米，集中供热普及率为54.8％，其中住宅20356.1万平方米，占77.5％。集中供热总热量达到40020万GJ，根据有关方面估算，2008年山西省建筑总能耗达2981万吨标煤，占全省能源消耗总量的24.2％。按城乡总建筑面积（12424893万平方米）计算，单位建筑面积能耗为23.88kg/m2标准煤。从地图上看，山西就象一个婴儿一样，依偎在母亲河——黄河的怀抱之中，但山西很少能直接从黄河水中受益，多年来山西从黄河中提水每年平均1.2亿立方米，最多不过2亿立方米，而宁夏每年饮黄河水66亿立方米，山东每年饮黄河水达100亿立方米，山西这个黄河母亲怀抱中的婴儿总是喝不到水。山西是一个水资源极为贫乏的内陆省份，根据1993年国家计委批准的万家寨引黄工程最后批准方案，山西将每年引黄河水12亿立方米，这样将从根本上缓解山西的缺水问题，山西全省水资源总量为123079亿立方米，人均水资源量为263立方米，仅为全国人均水资源量（2186立方米）的16.7％。近十多年来由于人为过度超量开采地下水以及采煤等多种因素山西境内的多处盆地已形成漏斗状。有上百条河流干涸断流，因此，在山西完全依靠水源热泵以地下水为低位热源的思路是不能完全满足可再生能源发展的需要的。对于一个人均水资源拥有量只有全国人均水资源拥有量16.7％的省份来说，把每一滴有限的水资源用到最大潜力，把水资源的潜能挖尽才能做到物尽其用，采用一向被视为废物而白白排走的城市污水作为水源热泵的低位热源，则可很好的解决这一问题，没有绝对的垃圾，只有放错位置的资源，基于山西的特殊缺水背景，从2006年开始，作为“十二五”重点推广的污水源热泵技术在山西快速起步。二、山西污水源热泵的示范工程对于水资源十分贫乏的山西来讲，充分发挥有限的水资源，特别是把城市污水作为可再生能源来开发有着十分重大的节能意义。山西是在全国率先应用推广污水源热泵的省份之一。2006年1月1日《中华人民共和国可再生能源法》正式实施，2006年4月26日山西省第一例污水源热泵工程在太原市实施示范工程，本示范工程的概况如下：山西省国瑞大厦为水源热泵工程示范项目包括二十九层高层住宅，产权交易市场及附属办公用房、商务综合楼，是目前全国单体面积实施污水源热泵工程最大的项目之一。建筑物位于太原市平阳路与八一街交叉路口东北角，最大的特点是路边有一条通往污水处理厂的污水管道，污水的流量充沛、稳定，取水点离建筑物30米，取水条件优越。项目第一期工程是二十二层的国瑞大厦（山西省产权交易市场及附属办公用房），位于项目地块东南侧，框剪结构，总建筑面积31338平方米，建筑高度87.4米，地上二十二层，地下室二层为公共建筑，建筑物的空调热负荷为1860.2kw，空调冷负荷为2325.2kw。二期工程为高层住宅楼，总建筑面积66945平方米，地上二十九层，地下二层，建筑为商住楼，住宅面积58754平方米，首层商场2607平方米，建筑热负荷为2976.4kw，建筑冷负荷为3733.8kw。两期工程都采用污水源热泵采暖空调系统，采用3台热泵机组，单台热泵机组的制冷量为1560kw，制热量为1560kw。采用污水源热泵工程的最大难点是要把原生污水实行连续稳定的流动作热交换而又不能堵塞系统的设备和管路，要把污水中的杂物再次冲回污水管网，真正实现连续换热而又不堵塞的热交换过程，本示范工程通过防阻机的技术完成了这一难题，污水机房设在地下室二层，标高为-8.7米，建筑物室内外高差1.2米，城市污水主干管为2×2米的方涵，取水点埋在马路下-7.7米处，处于满流有压状态，本方涵高峰时流量7300m3/h，平均流量5000m3/h，低峰时4000m3/h，污水温度平均16-18度，最低13度，最高21度。考虑到扩展规划为实施23万平方米的供热面积，本设计引水能力为2300m3/h。目前本工程实际供暖面积13万平方米，冬季污水最大流量仅910m3/h，夏季污水最大流量为1110m3/h。三、山西实施污水源热泵示范工程的经济分析1、示范项目投资项目的总预算本示范项目为办公楼31338平方米，高层住宅楼66945平方米，不包括土地购置费，未考虑税金及不可预见费，本工程总投资预算为2.516亿人民币。序号费用明细国瑞大厦31338m2高层住宅66945m2备注1引污水费用47.7101.92污水机房防阻机换热器96262.2其它设备施工69.619.8电气配套设备14.418小计1803003中标价88.2360新增机组39.6清水循环系统1830小计145.83904费用总计373.5791.95平米造价119元118元2、示范工程增量成本的概算单位：万元3、采用集中供热平米造价的预算序号费用明细国瑞大厦31338m2高层住宅66945m2备注1热交换站402入网费1884023初投资合计2004294平米造价64元64元结论：国瑞范大厦原生态污水热泵示范工程单位面积的增量成本为119-64＝55元/m2，总计增量费用172.36万元。高层住宅原生态污水源热泵示范工程的单位面积增量成本为118-64＝54元/m2，总计增量费用361.50万元。一、二期工程的总计增量成本应为533.86万元。4、污水源热泵示范工程的运行费用我们曾作了3个方案进行运行费用的比较。方案1：以污水作为冷热源的热泵工程方案主机COP＝3～5.5方案2：公建部分，以及高层住宅，溴化锂机组＋燃气锅炉方案3：电制冷机组＋燃气锅炉房三种方案的运行费用比较如下：采用方案一：住宅部分16.9元/m2，年运行费99.29万元/年底层商铺22.5元/m2，年运行费5.87万元/年采用方案二：住宅部分55.9元/m2，年运行费328.43万元/年底层商铺77元/m2，年运行费70.07万元/年采用方案三：住宅部分35.4元/m2，年运行费207.99万元/年底层商铺49.1元/m2，年运行费12.8万元/年如果加上办公楼进行比较方案一的年运行费用为175.67万元方案二的年运行费用为589.81万元方案三的年运行费用为374.66万元可见方案一运行费用最为经济，方案二的运行费用为方案一的3.36倍，方案三的运行费用为方案一的2.1倍。从以上分析结论为：污水源热泵的运行费用最低，最经济。那么，从目前运行费用的情况究竟如何呢？目前运行费用为冬季采暖3.5元/m2/月，基本上与预算接近。5、山西污水源热泵示范工程的环境效益采用污水源热泵工程的节煤量，按深圳建筑科学研究院的计算一年可节约标煤287T/a。其产生的环境效益是巨大的，一年可减排CO2、SO2、NOx等717.5吨，烟尘8.68吨，煤渣数百吨。6、山西污水源热泵示范工程的权威评估：山西国瑞大厦污水源热泵示范工程是目前山西唯一得到国家级验收合格的可再生能源示范工程，并且取得了国家财政部、国家建设部发放的有关资金补贴800余万元。2009年12月4日，国家财政部、住宅和城乡建设部对山西国瑞大厦污水源热泵工程组织了专家验收，验收结论为该项目由于周边无集中供热管线，因此以充分利用可再生能源尽量减少常规燃烧矿物燃料产生的废物对大气的环境污染为原则，采用城市原生态污水源热泵冷、热、生活热水三联供技术，并为该项目节能减排技术在山西省乃至我国北方地区的广泛应用起到较好的示范作用。该项目一、二期于2008年6月全部竣工验收，投入运行，通过两年的运行，系统运行稳定，技术实用、经济、可靠。本示范项目先后被评为2007年山西省太原市可再生能源示范项目，太原市建筑节能试点示范项目，太原市绿色十佳建筑，该项目作为国家财政部、建设部第三批可再生能源建筑应用示范项目，为节能减排技术在山西乃至北方地区广泛应用起到了较好的示范作用。四、山西省实施污水源热泵工程的总量及污水处理方式山西是继哈尔滨、北京后在全国最早应用和推广污水源热泵工程的省份，据不完全统计，山西省已实施污水源热泵工程项目80万平方米，这其中有原生有原生态污水，也有处理过的二级污水。污水的处理有以下五种方式：1、污水通过一级污水泵经污水防阻机，经二级污水泵进壳管式换热器，典型工程为山西国瑞大厦示范工程，主要优点是类似的工程实例多，有较完善的运行管理经验，缺点是设备体积庞大，维护清理工作量大。2、污水通过一级污水泵进污水防阻机，经二级污水泵进板式换热器，典型的工程为太原市老年公寓，优点是换热器体积小，换热器的传热效率高，缺点是尽管加大了板式换热器的流道宽度，但还是容易造成堵塞，有一定的风险，不易大力推广。3、污水通过一次污水泵进宽流道专用换热器完成换热，典型工程为山西临汾污水处理厂热泵工程，优点是最不易堵塞，且好为护，缺点是设备重量太大。4、污水经过水泵直接进板式换热器，前部仅加快速排污过滤网，典型的工程为太原市杨家堡污水处理厂污水源热泵工程，优点是传热效率高，只适合在污水处理厂经过处理达排放标准的污水上使用。5、污水经污水泵进入防阻机过滤后，污水直接进入热泵机阻的蒸发器，山西已有个别工程实例，做的不是十分满意，其中个别工程失败，我个人的意见是不会同意这种不讲科学的冒险行为，水中的毛发、纤维会堵塞蒸发器铜管，造成局部水流量过低而引起局部过冷状态而冻坏热泵机组，这方面已有工程事故发生。五、山西实施污水源热泵工程中的问题我市污水以其水量大，水质稳定，常年温度在13-25度为特点，污水作为热泵机组最为经济的冷热源已成为不争的事实，从污水中淘“金”已不是梦想，城市污水源热泵正大步朝我们走来。实施污水源热泵技术的完美奉献，真正的技术难点不在热泵机组的本身，污水源热泵工程多年的实践，深感实施污水的连续过滤而不堵塞才是真正的工程难点，为此，全国从事污水源热泵工程技术的同行们都在为此不懈的努力。当前，污水源热泵工程推广困难的原因大致有如下几个原因：1、认识观念上的滞后，对污水源热泵的特点还没有充分的认识。2、没有合理开发利用污水资源的规划。3、利用污水的连续过滤防止堵塞的设备不够科学完善，以致在使用过程中多次发生过滤网撕裂，造成设备短时不能正常运行，直接影响了冬季的供暖。4、污水源热泵工程中的防水防阻机设备较笨重，维护管理的难度较大。5、应强化对污水中毛发和纤维的过滤设备研究。污水中会有大量的毛发以及纺织物纤维，这部分废弃物同生物膜一样很难清除，常常是附着在换热器表面上，形成污垢，直接增加了换热器的热阻，降低换热效率。山西在这方面的研究已取得了一些进展，如山西四方节能研究所、山西美盛环境工程技术有限公司研制的一种小型过滤器对污水中毛发有很好的拦截作用。6、污水源热泵工程中的污水换热器普遍存在着换热效率低，换热器体积过大的问题，这样就会使污水处理的机房面积增大，高度增高。7、不讲科学发展观，发展和应用可再生能源