城市污水源熱泵設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、城市污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì),一、課題研究的背景、目的和意義,1.1 我國(guó)城市污水排放及處理現(xiàn)狀1.2 城市污水的特點(diǎn)1.3 污水源熱泵的特點(diǎn)及研究的意義1.4 污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析,1.1我國(guó)城市污水排放及處理現(xiàn)狀,到2004年底，全國(guó)661個(gè)城市建有污水處理廠(chǎng)708座，處理能力為4912萬(wàn)立方米/日；北京市 ，每天約產(chǎn)生300萬(wàn)噸的污水，到2008年，城市污水的處理率將達(dá)到90%以上，日處理污水量達(dá)270萬(wàn)m3 ；可

2、供暖面積將達(dá)到2280萬(wàn)m2 ，供冷面積將達(dá)到1100萬(wàn)m2，生活熱水供應(yīng)量將達(dá)到7.4萬(wàn)m3/d 。,表1 2008年前北京各污水處理廠(chǎng)建設(shè)計(jì)劃與潛能計(jì)算結(jié)果,1.2城市污水的特點(diǎn),冬暖夏涼 全年水溫變化小和受氣候影響小 污水排熱量穩(wěn)定 來(lái)源充足，接入方便,1.3污水源熱泵的特點(diǎn)及研究的意義,環(huán)保效益顯著 高效節(jié)能 運(yùn)行穩(wěn)定可靠 一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣,,污水源熱泵工作原理,冬季： Q2＝Q1+Q3 Q

3、2≥4Q3夏季： Q1＝Q2+Q3 Q2≥5Q3,1.4污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析,1.4污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析,初投資：158.5元/m2（水源熱泵機(jī)房）；運(yùn)行費(fèi)用：夏季，18.4元/m2 冬季，18.9元/m2；節(jié)省地源熱泵中打井等費(fèi)用，有效利用低位熱能資源；污水源熱泵的運(yùn)行效率較高、費(fèi)用較低，具有環(huán)保節(jié)能的重要意義。,二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析,國(guó)外污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用,20

4、世紀(jì)80 年代初在瑞典、挪威等北歐國(guó)家建造的一些以污水為低溫?zé)嵩吹拇笮蜔岜谜鞠嗬^投入運(yùn)行 ；瑞典斯德哥爾摩有40 %的建筑物采用熱泵技術(shù)供熱，其中10 %是利用污水處理廠(chǎng)的出水 ；挪威奧斯陸 ，第一臺(tái)污水熱泵機(jī)組已在1983 年投入使用 。對(duì)于約10 人的住宅，采用熱泵技術(shù)回收家庭生活污水余熱可節(jié)能達(dá)50 %，對(duì)于10人以上的住宅可節(jié)能達(dá)60 %。,國(guó)內(nèi)污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用,哈爾濱馬家溝河畔的一處600m2西餐酒吧利用污水作為熱量

5、來(lái)源來(lái)供暖制冷；1999年北京工業(yè)大學(xué)在高碑店污水處理廠(chǎng)建設(shè)污水源熱泵供3000m2辦公樓采暖空調(diào)； 2004年，密云污水處理廠(chǎng)的2000m2辦公樓，用上了“污水空調(diào)” ；2005年哈爾濱工業(yè)大學(xué)新源熱能科技有限責(zé)任公司成立 ，“城市原生污水源熱泵空調(diào)” ；國(guó)家也出臺(tái)了相應(yīng)的污水利用政策,污水源熱泵 污水源熱泵系統(tǒng)的原理是夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到污水源中，冬季將污水中的熱量提取供房間采暖。,三、 污水源熱泵

6、系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì),污水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能原理,系統(tǒng)制熱時(shí)： 說(shuō)明性能系數(shù)COP隨冷源溫度T0的升高而增大，隨T0的降低而減小。 說(shuō)明性能系數(shù)COP隨熱源溫度T的升高而減小，隨T的降低而增大。,,,,污水源熱泵系統(tǒng)流程圖,,,污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究,污水源的條件 水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定過(guò)濾器,,,河道取水口及排水口布置圖,取水管線(xiàn)圖,蓄水池平面及立面圖,污水泵房流程圖,熱泵機(jī)房設(shè)備平面

7、布置圖,污水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題,能源的綜合利用率來(lái)評(píng)價(jià)方案的可行性，得出最優(yōu)方案，使得工程造價(jià)最低，運(yùn)行費(fèi)用也最低。 污水源熱泵工程施工中首先要實(shí)地測(cè)試污水的水質(zhì)，水溫及水量，由此確定方案中其他設(shè)備的配套使用。 污水利用時(shí)，污染、腐蝕、結(jié)垢都是不可避免的問(wèn)題，但是如何將此負(fù)面影響降低到最小限度就是方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。污水利用不能對(duì)環(huán)境造成影響或二次污染，因此在污水的取排水施工過(guò)程中應(yīng)該注意管道輸送的密閉性，而且管材的選擇也要

8、防腐性強(qiáng)，并定期檢查。,本項(xiàng)目為北京市某污水源熱泵采暖空調(diào)工程，位于北京市亦莊高新開(kāi)發(fā)區(qū)。項(xiàng)目瀕臨市區(qū)涼水河，河內(nèi)常年流有溫度波動(dòng)較小的污水，污水資源是熱泵機(jī)組非常適合的熱源和冷源，充分利用污水資源，不僅節(jié)約大量的能源，保護(hù)環(huán)境，而且可以展示污水這一特殊可再生能源的熱泵利用技術(shù)。,四、 實(shí)際工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,供熱供冷系統(tǒng)方案,,污水提取工藝流程 1、 河道取水——管道輸送——沉濾池——高效過(guò)濾處理——循環(huán)水泵——高效換熱器——管道輸

9、送——排入河道 2、 河道取水——管道輸送——沉濾池——高效過(guò)濾處理——循環(huán)水泵——高效換熱器——反沖過(guò)濾器——排入化糞池,污水用量設(shè)計(jì)計(jì)算 夏季污水利用溫差為10℃ ，污水水量為 631m3/h ；冬季污水利用溫差為5℃，污水水量為 670m3/h ；因此污水設(shè)計(jì)量為680m3/h污水輸送管道直徑 污水取水采用虹吸管，管徑為：425mm 排水泵站出水管管徑為：320mm,運(yùn)行模式,設(shè)備選型,熱泵機(jī)組：法國(guó)

10、CIAT的LWP4200產(chǎn)品3臺(tái)，冷水機(jī)組：美國(guó)麥克維爾公司的WSC126LBH產(chǎn)品1臺(tái)。,熱交換器,無(wú)錫紅旗壓力容器制造有限公司 浮頭管殼式換熱器,6萬(wàn)m2寫(xiě)字樓初投資及運(yùn)行費(fèi)用分析,初投資的估算：272元/m2 ； 不包括暖通系統(tǒng)末端設(shè)備的投資及安裝費(fèi)用。 年運(yùn)行費(fèi)用估算：50.10元/m2 。,污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究,污水溫度測(cè)試的必要性 水源是應(yīng)用水源熱泵的前提。 水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)水源的要

11、求為： 水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定。 污水源的水溫、水量和水質(zhì)對(duì)污水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行更起著至關(guān)重要的作用 。,污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)工具,污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果分析與比較,,高碑店污水處理廠(chǎng)2000－2001年冬季二級(jí)出水的水溫變化圖,污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究,,污水暴露空氣中流動(dòng)，溫度的變化率大約為0.5～1.0℃/公里河道中的污水仍然是水源熱泵很好的熱源/熱匯！,污水換熱器設(shè)計(jì)要求 首先，滿(mǎn)足工藝要求，盡量減少熱量損

12、失。 其次，要求具有一定的強(qiáng)度，便于安裝和維護(hù)。 第三，污水換熱器更重要的是要防腐蝕性能好，抗 垢，清洗方便，處理量大。管殼式換熱器的選擇 浮頭式換熱器的特點(diǎn)：整個(gè)管束可從殼體中抽出，便于清洗和檢修，采用不銹鋼材質(zhì)，防腐蝕性能好。,五、 污水換熱器的選擇,換熱器工程計(jì)算公式： 管殼式換熱器中的換熱過(guò)程：管內(nèi)污水——管內(nèi)壁黏泥——管內(nèi)壁——管外壁——二次水 傳熱系數(shù)的計(jì)算： 結(jié)果：故本工程選取設(shè)計(jì)平均傳