合肥市污水源熱泵系統應用分析

張 勇， 張 抗， 張 寧

(合肥工業大學 建筑設計研究院，安徽 合肥 230009)

合肥市污水源熱泵系統應用分析

張 勇， 張 抗， 張 寧

(合肥工業大學 建筑設計研究院，安徽 合肥 230009)

建筑能耗占我國能源消費總量30%以上，而空調能耗約占建筑能耗的40%，污水源熱泵是一種穩定、高效、節能的空調系統，也是可再生能源利用的形式之一。隨著合肥市凈水廠建設力度的加大，污水資源的利用有廣闊的應用前景，為了有效發揮資源和能源的優勢，科學合理的利用污水系統，該文詳細計算和分析了案例項目的技術經濟指標，對項目的可行性做出了研判。

污水源熱泵；可再生能源；運行成本；投資回收期

污水源熱泵系統是采用城市原生污水或再生水作為水源的一種熱泵技術,是城市可再生能源應用的一個重要組成部分。

居住相對集中、具備一定規模的城市,其污水量比較大,水量、水溫相對穩定。并且,隨著城市的不斷發展,污水量將會不斷增加,城市污水熱源具備相當大的開發潛力[1]。

隨著國家大力推廣可再生能源應用項目,近年來國內陸續成功建成了許多污水源熱泵應用項目,大力推動了城市節能減排工作[2-3]。

“十二五”期末,建筑領域累計年節能140萬t標煤,減排當量CO2341萬t的能力。其中:新建建筑節能135萬t標煤,既有建筑節能改造節能5萬t標煤,可再生能源建筑應用常規能源替代量14萬t標煤,綠色建筑節能3萬t標煤。合肥市建筑節能“十三五”規劃的節能指標會進一步加大,要實現更高的節能目標(50%→65%→更高),關鍵在于包括污水源熱泵等可再生能源建筑應用的技術推廣與建筑設備系統技術革新。

合肥城區污水處理設計日平均總規模97.5萬t/d(2012年),冬季水溫14 ℃～11 ℃, 夏季水溫22 ℃～25 ℃, 污水水質達到文獻[4]中的一級A和一級B的排放要求,最大設計流量約為28 430 m3/h,冬季供熱量約209 MW,夏季供冷量約138 MW。采用污水源熱泵技術,冬季可以提供580萬m2供熱面積,減少CO2排放量65萬t;夏季可以提供197萬m2制冷面積,減少CO2排放量37萬t。

1 案例技術及經濟性分析

擬規劃建設的合肥市高鐵西站商務區項目,擬采用再生水供冷、供熱。項目位于安徽省合肥市蜀山區,總投資約7 542萬元,供冷、熱建筑面積約54萬m2,項目冷熱源采用水源熱泵空調系統[5-7],系統散熱、取熱采用附近清溪凈水廠污水。

1.1 清溪凈水廠污水應用條件

合肥市清溪凈水廠位于清溪路北側、清二沖東側,臨近南淝河。污水處理設計規模為20 萬 m3/d,最大處理能力 26萬m3/d。再生水出水平均溫度:冬季為12 ℃,夏季為25 ℃,按照其日處理水量為20萬t進行污水源熱泵設計,假設清溪凈水廠每天二十四小時處理水量均勻為2 315 kg/s;水源熱泵再生水側供回水溫差為5 ℃,因此水源熱泵夏季制冷工況運行時的供冷負荷為Q1(制冷COP值按5.2計算),冬季制熱工況運行時的供熱負荷為Q2(制熱COP值按4.7計算)[8-9]。

1.2 冷、熱負荷估算

表1 各類型建筑面積及負荷指標

由于清溪凈水廠的污水流量限制(最大供冷量40.5MW,最大供熱量61.4 MW),無法對項目區域的所有周邊建筑提供冷、熱配套,在優先滿足高鐵西站的供冷供熱需求后,其余部分將根據用戶類型擇優接入,因高鐵西站及其周邊的總體規劃尚未完成,表1中的建筑類型及面積均參考了合肥高鐵南站。

1.3 初投資概算

污水源熱泵區域供冷供熱系統初投資主要包括機房建設初投資、設備初投資、安裝初投資以及輸送管網初投資等,估算初投資費用見表2所列。

表2 初投資計算表

1.4 運行收入分析

1.4.1 配套建設費

配套建設費(表3)依項目產權建筑面積計算,按照不同的建筑類型進行收費。

表3 配套建設費

1.4.2 用戶用能繳費

合肥市熱電集團向用戶推介的能源價格為公建按0.45～0.5元/kW·h,為便于收費,采取冷熱同價,折中后確定為0.45元/kW·h,居民采暖收費仍參照合肥市物價局核定的0.35元/kW·h的標準。用戶用能標準見表4所列。

表4 用戶用能繳費標準

1.5 運行成本

1.5.1 直接運行費用

本項目的運行成本主要來自于主機運行的耗電量和水泵運行耗電量[10],其計算結果如表5、表6所列。

表5 夏季不同運行工況耗電量統計表 kW·h

表6 冬季不同運行工況耗電量統計表 kW·h

由于項目利用了可再生能源,考慮供電部門給予一定的用電優惠,參照工業用電收費標準計費,其用電價格為0.747 5元/kW·h,表7即基于這一電價計算。

表7 全年運行能耗及運行費用表

1.5.2 其他運行成本

(1) 固定資產折舊費:經統計,設備及管網的固定投資額度為6 192萬元,按平均年限法計算折舊,折舊年限為20年,殘值率5%,則年折舊費用為309.6萬元/年。

(2) 維修費:按照設備及管網固定投資額度的2%考慮,則維修費為123.84萬元/年。

(3) 人員工資及福利:能源中心全年運行7個月,建議按照4班3運轉制進行人員配備,根據系統的復雜性,建議人員編制如表8所列。

表8 能源中心人員配置表

人員工資及福利按平均8萬元/人年,則所有人員的工資及福利為168萬元/年。

1.6 投資回收期

考慮項目所供冷供熱的總建筑面積較大,需逐步建設完成并投入使用,建設配套建設費從第2年開始收取,分別按第2年30%,第3年、第4年均為35%的比例分期收取。運行收入則按第2年30%、第3年65%、第4年起100%的方式計入。按現行5年以上同期銀行貸款利率為5.9%,根據計劃建設周期1年,可對項目的動態投資回收期進行計算,計算結果如表9所列。

表9 項目動態投資回收期 萬元

從表9可以看出,前3年為項目的建設和市場培育期,第4年進入成熟運營狀態,整個項目的動態投資回收期為7年。

2 結束語

城市污水源熱泵利用城市污水作為冷熱源,不會對環境造成負面影響,同時又能提升空調的效率,是一項綠色空調(建筑)技術。

在實施過程中應該注意因地制宜,科學合理的利用能源。相關政府部門也應積極給出政策支持,制定城市污水源能源利用的專項規劃,對污水源的供能范圍、供能面積,取排水的要求、環境要求等給出指導意見;加大關鍵技術研究,編制適宜于地方污水源熱泵技術應用的標準或細則;出臺相關激勵政策,鼓勵和推動具備條件的建筑優先應用,樹立典型,形成示范。

[1] 吳榮華，張承虎，孫德興.城市污水冷熱源應用技術發展狀況研究[J].暖通空調，2005(6)：25～28.

[2] 崔福義，李曉明，周 紅.污水資源及其在熱泵供熱中的應用[J].低溫建筑技術，2005(1)：51～55.

[3] 呂 鑑，馮彥剛.城市污水低位熱能回收利用的研究[J].工業用水與廢水，2002(1)：10～13.

[4] GB 18918-2002，城鎮污水處理廠污染物排放標準[S].

[5] GB 50736-2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S]．

[6] GB 50366-2009,地源熱泵系統工程技術規范[S].

[7] 住房和城鄉建設部工程質量安全監管司.全國民用建筑工程設計技術措施(暖通空調·動力)[M].北京：中國計劃出版社，2009.

[8] GB 50189-2015，公共建筑節能設計標準[S].

[9] 建設部工程質量安全監督與行業發展司. 全國民用建筑工程設計技術措施節能專篇(暖通空調·動力)[M].北京：中國計劃出版社，2007.

[10] GBT 19409-2013，水(地)源熱泵機組[S].

2016-08-03；修改日期：2016-08-15

張 勇(1963-)，男，四川內江人，合肥工業大學建筑設計研究院教授級高工．

TU833.3;TU834.33;TU992.25

A

1673-5781(2016)04-0502-03