污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在烏魯木齊地區(qū)的運用

張衛(wèi)江，龔建新，謝玉琴，王曉燕

（新疆烏魯木齊水文水資源勘測局，烏魯木齊 830000）

1 引言

烏魯木齊市委、市政府在會議上多次強調(diào)將解決烏魯木齊市冬季大氣污染問題，這項工作將繼續(xù)作為市委、市政府今后的重點工作，下決心抓緊時間完成“藍天工程”。

目前，烏魯木齊市政府相關(guān)部門在總結(jié)前階段“藍天工程”實施經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合烏魯木齊市地理、環(huán)境、污染類型、能源結(jié)構(gòu)等，提出了在烏魯木齊市實際可操作的供熱能源消耗結(jié)構(gòu)和冬季大氣污染治理綜合方案。烏魯木齊市有較充沛、集中的污水源，為可再生能源的利用提供了多元化的能源支撐。

2 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)概述

熱泵技術(shù)是應(yīng)用低品位再生能源的重要技術(shù)之一。按熱泵利用的低位冷熱源的不同，熱泵可分為空氣源熱泵、土壤源熱泵、水源熱泵。從系統(tǒng)的能效、設(shè)備的投資、運行的經(jīng)濟性等綜合考慮，水源熱泵比空氣源熱泵、土壤熱泵更具優(yōu)勢。按水的來源，水熱泵又可分為地下水源熱泵、地表水源熱泵、污水源熱泵、海水源熱泵等。

3 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在烏魯木齊市應(yīng)用的可行性分析

3.1 烏魯木齊市氣候條件

烏魯木齊地區(qū)平均高程低，降水稀少。平原區(qū)年降水量約300 mm，山區(qū)年降水量約400 mm。降水年內(nèi)分配主要集中在春、夏季，尤其是5、6月份較多，秋，冬季降水較少，多以積雪形式堆積，春季氣溫回升，產(chǎn)生融雪洪水。烏魯木齊山區(qū)年平均氣溫約2.6℃，平原區(qū)平均氣溫為4.1℃。氣溫年際變化不大，年內(nèi)變化較大，一月份最冷，平均-15.2℃，實測極端最低氣溫-42.2℃（烏魯木齊幸福路氣象站，1956年）;七月份最熱，平均24.7℃，極端最高氣溫43.5℃，＞10℃年積溫3500，無霜期一般174 d。

3.2 烏魯木齊市水資源條件

烏魯木齊供水量是指各種水源工程為用戶提供的（包括輸水損失）供水量。按地表水源、地下水源和污水回用量分類統(tǒng)計。用水量是指分配給用戶的（包括輸水損失）水量，按農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水分類統(tǒng)計。農(nóng)業(yè)用水包括農(nóng)田灌溉用水和林牧漁業(yè)用水;生活用水包括城鎮(zhèn)居民、公共用水和農(nóng)村居民、牲畜用水;工業(yè)用水為取水量，不包括企業(yè)內(nèi)部的重復(fù)利用量。

2008年烏魯木齊總供水量9.9億m3，地表水供水量5.3億m3，占供水量的53%，地下水供水量4.3億m3，占供水量的44%，污水回用量0.28億m3，占供水量的5%。

2008年烏魯木齊農(nóng)業(yè)用水約6.0億m3，占用水總量的65%，工業(yè)用水1.1億m3，占用水總量的 12%，生活用水2.1億m3，占總水量的23%。

根據(jù)烏魯木齊市水資源公報編委會編制的《2008年度水資源公報》，2008年烏魯木齊市污水排放總量達1.9億t，其中城市市政排水管末端廢污水處理量8 763萬t，占排放總量的46%。市政排水管網(wǎng)現(xiàn)狀原生污水利用量幾乎為零。

烏魯木齊市區(qū)地形南高北低，自南向北呈狹長地帶。烏魯木齊市排水系統(tǒng)按照地勢和區(qū)域分為河?xùn)|、河西污水排水系統(tǒng)、水磨溝排水系統(tǒng)、頭屯河區(qū)排水系統(tǒng)等8個排水系統(tǒng)。水磨溝排水系統(tǒng)、河?xùn)|排水系統(tǒng)、河西排水系統(tǒng)的部分管線污水排放總量為43.1萬m3/d，年污水排放量為1.6億m3。以上污水量不包括排入管線的春季融雪水量和夏秋季的雨水水量。

4 某建筑群污水源熱泵系統(tǒng)

4.1 項目概述

為響應(yīng)國家提倡的綠色建筑理念，從節(jié)約能源、減低污染的角度出發(fā)，新疆某新能源有限公司根據(jù)當?shù)厮Y源條件，決定在新疆烏魯木齊市建設(shè)的“萬星小區(qū)”水源熱泵供熱/制冷系統(tǒng)，開展可再生能源建筑應(yīng)用水源熱泵示范工程。項目供熱/冷服務(wù)建筑面積共50萬m2，采用城市生活污水為水源的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進行冬季采暖、夏季制冷。

建設(shè)項目供熱/制冷服務(wù)建筑面積共50萬m2，總熱負荷約3.9萬kW，均為新建建筑，滿足國家建筑節(jié)能≥50%的標準。污水源熱泵冬季每天運行24 h，取水規(guī)模4 543 m3/h，其中一期17萬m2，取水規(guī)模1 462 m3/h;夏季平均每天運行8 h，需水3 760 m3/h，取水水源為城市排水管網(wǎng)污水。

4.2 污水水量和水溫監(jiān)測

4.2.1 污水監(jiān)測測次

為了分析計算河灘快速路河南路立交橋西北側(cè)地下箱涵污水主管線污水水量、水溫，烏魯木齊水文水資源勘測局進行了為期6個月的實地監(jiān)測，自2009年12月～2010年4月累積監(jiān)測36個測次。

4.2.2 污水監(jiān)測的主要原則

1）通過監(jiān)測2組24 h流量、水溫日過程，1組為節(jié)假日24 h變化過程，另1組為非節(jié)假日24 h變化過程，分析排污管線中污水水量、水溫的日變化規(guī)律，得出日污水水量最低谷時段。

2）根據(jù)排污管線中污水水量、水溫的日變化規(guī)律及水量最低谷時段，在冬季各月（12～4月）合理分布測次，監(jiān)測最低谷時段的水量、水溫。以最低谷的水量監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析論證來水量能否滿足污水源熱泵系統(tǒng)的用水量。

3）最低谷時段的監(jiān)測盡可能涵蓋每周周一至周日，每月上、中、下旬，以提高其監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性。

4）1月份為烏魯木齊市氣溫較低的月份，1月份環(huán)境溫度是比較低的，所需要的熱量是較高的，因此在1月份加大測驗次數(shù)，增加監(jiān)測測次的密度。

4.2.3 污水監(jiān)測成果

根據(jù)污水監(jiān)測測次和監(jiān)測主要原則，對烏魯木齊市河灘快速路河南路立交橋西北側(cè)地下箱涵排水管檢查井污水水量和水溫進行監(jiān)測，監(jiān)測成果見表1和表2。

表1 烏魯木齊市河灘路排污管線污水監(jiān)測點流量、水溫過程

表2 烏魯木齊市河灘路排污管線污水監(jiān)測點實測最小流量、水溫過程

通過上述實測水量資料分析可知：若按日平均流量計算，則烏魯木齊市河灘路排污管線1.8 m×1.8 m箱涵管日水量在10.7萬m3/d～12.8萬m3/d，河灘路直徑為1.2 m園管排污管線日水量為7.3萬m3/d左右，河灘路排污管線污水總量在17.9萬m3/d～20.1萬m3/d。若按最小流量計算，則烏魯木齊市河灘路排污管線1.8 m×1.8 m箱涵管日水量為7.8萬m3/d，河灘路直徑為1.2 m園管排污管線日水量為4.9萬m3/d，河灘路排污管線污水總量在12.7萬m3/d。

4.3 可靠性分析

烏魯木齊市地形為南北長20～30 km，東西最窄處3～5 km，南高北低，按照城市布局，工業(yè)區(qū)主要位于烏魯木齊市西北部，烏魯木齊市南端是水源保護區(qū)，無重工業(yè)。河灘路為烏魯木齊市天山區(qū)和沙依巴克區(qū)的界限，天山區(qū)和沙依巴克區(qū)是烏魯木齊市人口密度和建筑密度最高的兩個區(qū)，因此河灘路主排污管線匯集了天山區(qū)和沙依巴克區(qū)的生活污水。河灘路主排污管線（河灘路排污管線1.8 m×1.8 m箱涵管及直徑為1.2 m園管排污管線）目前檢測到的水深只有20余厘米，遠未達到設(shè)計標準。由此分析河灘路主排污管線污水主要為生活污水，水源是可靠的。

4.4 可行性分析

通過烏魯木齊市河灘路排污管線污水水量、水溫監(jiān)測分析，烏魯木齊市河灘路排污管線按最小流量計算，其污水總量為12.7萬m3/d，按日平均流量計算，則污水總量在17.9萬m3/d～20.1萬m3/d。因此，烏魯木齊市河灘路排污管線污水水量可以滿足污水源熱泵系統(tǒng)的用水要求。

通過實測水溫資料分析最低水溫為13.2℃，冬季水溫變化范圍在14.8℃ ～13.2℃，夏季水溫變化范圍在17.9℃ ～14.6℃，可以滿足水源熱泵提取4℃水溫的要求。

5 結(jié)論

1）污水源熱泵系統(tǒng)是采用城市原生污水或處理水作為水源的一種熱泵技術(shù)，是城市可再生能源應(yīng)用的一個重要組成部分。烏魯木齊高新區(qū)50萬m2建筑可再生能源建筑應(yīng)用污水源熱泵示范工程取水所在區(qū)域人口居住相對集中，其污水量比較大，水量、水溫相對穩(wěn)定。并且，隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展，污水量將會不斷增加，城市污水熱源具備相當大的開發(fā)潛力。

2）河灘快速路河南路立交橋西北側(cè)地下箱涵排水管檢查井污水水量為每日水量為7.8萬m3/d，旁邊污水園管檢查井為每日水量為4.9萬m3/d，合計12.7萬m3/d，可以保證水源熱泵用水要求。

3）在自然條件下，監(jiān)測點實測污水溫度在14.0℃左右，污水水溫在13.2℃ ～14.8℃，且長年穩(wěn)定，本項目擬計劃從污水中提取4℃的熱量，則其退水水溫將降為9.2℃左右，取水口距離下游污水處理廠7 km左右，區(qū)間尚有污水不間斷匯入補給，通過計算下游污水溫度不低于11.0℃。

[1]中國建筑科學研究院.GB50366-2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]中國市政工程東北設(shè)計研究院.GB50335-2002污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]沈冬云.水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在江西地區(qū)運用的可行性分析[J].中國西部科技，2010，9（1）：51-52.

[4]丁衛(wèi)東，袁魯濱.水源熱泵技術(shù)在供熱空調(diào)工程中的應(yīng)用[J].節(jié)能，2002（5）：25-27.

[5]李江風.烏魯木齊河流域水文氣候資源與區(qū)劃[M].北京：氣象出版社，2006.