城市污水源熱泵有效設(shè)計(jì)和有效應(yīng)用

1、城市污水源熱泵有效設(shè)計(jì)和有效應(yīng)用-2一、課題研究的背景、目的和意義一、課題研究的背景、目的和意義v1.1 我國(guó)城市污水排放及處理現(xiàn)狀我國(guó)城市污水排放及處理現(xiàn)狀v1.2 城市污水的特點(diǎn)城市污水的特點(diǎn)v1.3 污水源熱泵的特點(diǎn)及研究的意義污水源熱泵的特點(diǎn)及研究的意義v1.4 污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析-3我國(guó)城市污水排放及處理現(xiàn)狀我國(guó)城市污水排放及處理現(xiàn)狀v到到2004年底，全國(guó)年底，全國(guó)661個(gè)城市建有污水處理個(gè)城市建有污水處理廠廠708座，處理能力為座，處理能力為4912萬(wàn)立方米萬(wàn)立方米/日；日；v北京市北京市 ，每天約產(chǎn)生，每天約產(chǎn)生300萬(wàn)噸的污水，到萬(wàn)噸的污水，到200

2、8年，城市污水的處理率將達(dá)到年，城市污水的處理率將達(dá)到90%以上，以上，日處理污水量達(dá)日處理污水量達(dá)270萬(wàn)萬(wàn)m3 ；v可供暖面積將達(dá)到可供暖面積將達(dá)到2280萬(wàn)萬(wàn)m2 ，供冷面積將，供冷面積將達(dá)到達(dá)到1100萬(wàn)萬(wàn)m2，生活熱水供應(yīng)量將達(dá)到萬(wàn)，生活熱水供應(yīng)量將達(dá)到萬(wàn)m3/d 。-4表1 2008年前北京各污水處理廠建設(shè)計(jì)劃與潛能計(jì)算結(jié)果-5城市污水的特點(diǎn)城市污水的特點(diǎn)v冬暖夏涼冬暖夏涼 v全年水溫變化小和受氣候影響小全年水溫變化小和受氣候影響小 v污水排熱量穩(wěn)定污水排熱量穩(wěn)定 v來(lái)源充足，接入方便來(lái)源充足，接入方便 -6污水源熱泵的特點(diǎn)及研究的意義污水源熱泵的特點(diǎn)及研究的意義v環(huán)保效益顯著環(huán)保

3、效益顯著 v高效節(jié)能高效節(jié)能 v運(yùn)行穩(wěn)定可靠運(yùn)行穩(wěn)定可靠 v一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣 -7污水源熱泵工作原理污水源熱泵工作原理v冬季：冬季： Q2Q1+Q3 Q24Q3v夏季：夏季： Q1Q2+Q3 Q25Q3-8污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析-9污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析v初投資：元初投資：元/m2（水源熱泵機(jī)房）；（水源熱泵機(jī)房）；v運(yùn)行費(fèi)用：夏季，元運(yùn)行費(fèi)用：夏季，元/m2 冬季，元冬季，元/m2；v節(jié)省地源熱泵中打井等費(fèi)用，有效利用低位節(jié)省地源熱泵中打井等費(fèi)用，有效利用低位熱能資源；熱能資源；v污水源熱泵的運(yùn)行效率較高、費(fèi)用較低，具污水源

4、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。有環(huán)保節(jié)能的重要意義。-10二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析-11國(guó)外污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用國(guó)外污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用v20 世紀(jì)世紀(jì)80 年代初在瑞典、挪威等北歐國(guó)家建造的年代初在瑞典、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)行一些以污水為低溫?zé)嵩吹拇笮蜔岜谜鞠嗬^投入運(yùn)行 ；v瑞典斯德哥爾摩有瑞典斯德哥爾摩有40 %的建筑物采用熱泵技術(shù)供熱，的建筑物采用熱泵技術(shù)供熱，其中其中10 %是利用污水處理廠的出水是利用污水處理廠的出水 ；v挪威奧斯陸挪威奧斯陸 ，第一臺(tái)污水熱泵機(jī)組已在，第一臺(tái)污水熱泵機(jī)組已在1983 年投年投入

5、使用入使用 。v對(duì)于約對(duì)于約10 人的住宅，采用熱泵技術(shù)回收家庭生活污人的住宅，采用熱泵技術(shù)回收家庭生活污水余熱可節(jié)能達(dá)水余熱可節(jié)能達(dá)50 %，對(duì)于，對(duì)于10人以上的住宅可節(jié)能人以上的住宅可節(jié)能達(dá)達(dá)60 %。-12國(guó)內(nèi)污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用國(guó)內(nèi)污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用v哈爾濱馬家溝河畔的一處哈爾濱馬家溝河畔的一處600m2西餐酒吧利用污水西餐酒吧利用污水作為熱量來(lái)源來(lái)供暖制冷；作為熱量來(lái)源來(lái)供暖制冷；v1999年北京工業(yè)大學(xué)在高碑店污水處理廠建設(shè)污水年北京工業(yè)大學(xué)在高碑店污水處理廠建設(shè)污水源熱泵供源熱泵供3000m2辦公樓采暖空調(diào)；辦公樓采暖空調(diào)；v 2004年，密云污水處理廠的年，密云污水處理廠的20

6、00m2辦公樓，用上辦公樓，用上了了“污水空調(diào)污水空調(diào)” ；v2005年哈爾濱工業(yè)大學(xué)新源熱能科技有限責(zé)任公司年哈爾濱工業(yè)大學(xué)新源熱能科技有限責(zé)任公司成立成立 ，“城市原生污水源熱泵空調(diào)城市原生污水源熱泵空調(diào)” ；v國(guó)家也出臺(tái)了相應(yīng)的污水利用政策國(guó)家也出臺(tái)了相應(yīng)的污水利用政策 -13v污水源熱泵污水源熱泵 污水源熱泵系統(tǒng)的原理是夏季污水源熱泵系統(tǒng)的原理是夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到污水源中，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冬季將污水中的熱量提取供房間采暖。暖。 三、三、 污水源熱泵系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)污水源熱泵系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì) -14污水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能原理污水源熱泵系統(tǒng)

7、節(jié)能原理 系統(tǒng)制熱時(shí)：系統(tǒng)制熱時(shí)： 說(shuō)明性能系數(shù)說(shuō)明性能系數(shù)COP隨冷源溫度隨冷源溫度T0的升高而增大，隨的升高而增大，隨T0的降低的降低而減小。而減小。 說(shuō)明性能系數(shù)說(shuō)明性能系數(shù)COP隨熱源溫度隨熱源溫度T的升高而減小，隨的升高而減小，隨T的降低而的降低而增大。增大。0TTTCOP2000()COPTTTT0200()TCOPTTT -15污水源熱泵系統(tǒng)流程圖污水源熱泵系統(tǒng)流程圖 -16污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究v污水源的條件污水源的條件 水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定v過(guò)濾器過(guò)濾器-17河道取水口及排水口布置圖河道取水

8、口及排水口布置圖-18取水管線(xiàn)圖取水管線(xiàn)圖-19蓄水池平面及立面圖蓄水池平面及立面圖-20污水泵房流程圖污水泵房流程圖-21熱泵機(jī)房設(shè)備平面布置圖熱泵機(jī)房設(shè)備平面布置圖-22污水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題污水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 v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)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。方案，使得工程造價(jià)最低，運(yùn)行費(fèi)用也最低。 v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)，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。水溫及水量，由此確定方案中其他設(shè)備的配套使用。

9、v污水利用時(shí)，污染、腐蝕、結(jié)垢都是不可避免的問(wèn)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)。案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。v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防腐性強(qiáng)，并定期檢查。性，而且管材的選擇也要防腐性強(qiáng)，并定期檢查。 -23 本項(xiàng)目為北京市某污水源熱泵采暖空調(diào)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)目瀕工程，位于北

10、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)。一特殊可再生能源的熱泵利用技術(shù)。四、四、 實(shí)際工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介實(shí)際工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介-24供熱供冷系統(tǒng)方案供熱供冷系統(tǒng)方案-25-26v污水提取工藝流程污水提取工藝流程 1、 河道取水河道取水管道輸送管道輸送沉濾池沉濾池高效過(guò)濾處理高效過(guò)濾

11、處理循環(huán)水泵循環(huán)水泵高效換熱高效換熱器器管道輸送管道輸送排入河道排入河道 2、 河道取水河道取水管道輸送管道輸送沉濾池沉濾池高效過(guò)濾處理高效過(guò)濾處理循環(huán)水泵循環(huán)水泵高效換熱高效換熱器器反沖過(guò)濾器反沖過(guò)濾器排入化糞池排入化糞池-27v污水用量設(shè)計(jì)計(jì)算污水用量設(shè)計(jì)計(jì)算 夏季污水利用溫差為夏季污水利用溫差為10 ，污水水量，污水水量為為 631m3/h ；冬季污水利用溫差為；冬季污水利用溫差為5，污水水量為污水水量為 670m3/h ；因此污水設(shè)計(jì)量；因此污水設(shè)計(jì)量為為680m3/hv污水輸送管道直徑污水輸送管道直徑 污水取水采用虹吸管，管徑為：污水取水采用虹吸管，管徑為：425mm 排水泵站出水管

12、管徑為：排水泵站出水管管徑為：320mm-28v運(yùn)行模式運(yùn)行模式 項(xiàng) 目機(jī)組熱源冷源冬季采暖熱泵機(jī)組二次水夏季空調(diào)熱泵機(jī)組二次水冷水機(jī)組二次水冬季生活熱水熱泵機(jī)組二次水過(guò)度季生活熱水電鍋爐夏季生活熱水熱泵機(jī)組冷卻水-29設(shè)備選型設(shè)備選型 項(xiàng)目項(xiàng)目熱（冷）負(fù)荷熱（冷）負(fù)荷（kWkW）設(shè)備容量（設(shè)備容量（kWkW）機(jī)組開(kāi)啟臺(tái)數(shù)機(jī)組開(kāi)啟臺(tái)數(shù)供暖供暖45854585502850283 3臺(tái)熱泵機(jī)組臺(tái)熱泵機(jī)組生活熱水生活熱水530530冬季冬季熱泵機(jī)組熱泵機(jī)組530530過(guò)度季節(jié)過(guò)度季節(jié)電鍋爐電鍋爐530530夏季夏季熱泵機(jī)組冷卻水熱泵機(jī)組冷卻水空調(diào)空調(diào)61456145126112613 3245024

13、501 1623362333 3臺(tái)熱泵機(jī)組臺(tái)熱泵機(jī)組1 1臺(tái)冷水機(jī)組臺(tái)冷水機(jī)組熱泵機(jī)組：法國(guó)熱泵機(jī)組：法國(guó)CIAT的的LWP4200產(chǎn)品產(chǎn)品3臺(tái)，臺(tái)，冷水機(jī)組：美國(guó)麥克維爾公司的冷水機(jī)組：美國(guó)麥克維爾公司的WSC126LBH產(chǎn)品產(chǎn)品1臺(tái)。臺(tái)。 -30熱交換器熱交換器無(wú)錫紅旗壓力容器制造有限公司 浮頭管殼式換熱器-316萬(wàn)萬(wàn)m2寫(xiě)字樓初投資及運(yùn)行費(fèi)用分析寫(xiě)字樓初投資及運(yùn)行費(fèi)用分析 v初投資的估算：初投資的估算：272元元/m2 ； 不包括暖通系統(tǒng)末端設(shè)備的投資及安裝費(fèi)用。不包括暖通系統(tǒng)末端設(shè)備的投資及安裝費(fèi)用。 v年運(yùn)行費(fèi)用估算：元年運(yùn)行費(fèi)用估算：元/m2 。-32污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研

14、究 v污水溫度測(cè)試的必要性污水溫度測(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)水源的要求為：水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)水源的要求為： 水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定。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)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)重要的作用的運(yùn)行更起著至關(guān)重要的作用 。-33污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究v 結(jié)果分析與比較結(jié)果分析與比較 高碑店污水處理廠20002001年冬季二級(jí)出水的水溫變化圖 -34污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究2005.12.272005.12.31

15、2006.01.062006.01.102006.01.14-10-50510溫度/時(shí)間 污水溫度 室外溫度 2006.8.12006.8.152006.8.192006.8.252006.8.302426283032343638溫度/時(shí)間 污水溫度 室外溫度 污水暴露空氣中流動(dòng)，溫度的變化率大約為污水暴露空氣中流動(dòng)，溫度的變化率大約為1.0/公里公里河道中的污水仍然是水源熱泵很好的熱源河道中的污水仍然是水源熱泵很好的熱源/熱匯！熱匯！-35v污水換熱器設(shè)計(jì)要求污水換熱器設(shè)計(jì)要求 首先，滿(mǎn)足工藝要求，盡量減少熱量損失。首先，滿(mǎn)足工藝要求，盡量減少熱量損失。 其次，要求具有一定的強(qiáng)度，便于安裝和

16、維護(hù)。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。垢，清洗方便，處理量大。v管殼式換熱器的選擇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，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。便于清洗和檢修，采用不銹鋼材質(zhì)，防腐蝕性能好。 五、五、 污水換熱器的選擇污水換熱器的選擇 -36v換熱器工程計(jì)算公式：換熱器工程計(jì)算公式：v 管殼式換熱器中的換熱過(guò)程：管內(nèi)污水管殼式換熱器中的換熱過(guò)程：管內(nèi)污水管內(nèi)壁管內(nèi)壁黏泥黏泥管內(nèi)壁管內(nèi)壁管外壁管外壁二次水二次水 v 傳熱系數(shù)的計(jì)算：