污水源熱泵供熱制冷能源可行性研究

吳瀟

摘 要：隨著社會的不斷快速發展，能源短缺問題變得越來越嚴重，這也使得了人們越來越重視節能方面的工作。污水源熱泵，作為利用可再生清潔能源的一種重要方式，在日益重視環境問題以及對節約能源的要求越來越高的城市發展規劃中，勢必會受到更多的重視目光。濟南能源建設發展有限公司擬在濟南光大水務水質凈化二廠、華山片區建設污水源熱泵能源站，本文對其可行性進行闡述。

關鍵詞：污水源熱泵系統；集中供熱系統；熱力學；可行性

1、引言

隨著時代的發展，越來越多的新能源得到了廣泛的應用，這在很大程度上促進了社會的健康穩定發展。現階段，各種類型的熱源冷源熱泵系統都被人們熟知。目前新能源供熱的形式主要包括污水源熱泵系統、地源熱泵系統、空氣源熱泵系統以及太陽能蓄熱系統等等，其中污水源熱泵系統以其較低的初投資和較高的能效比在多元化的供熱市場中占據著獨特的優勢。

濟南能源建設發展有限公司擬在濟南光大水務水質凈化二廠、華山片區（以三廠為污水源）建設污水源熱泵能源站，污水總處理規模40萬噸/天，其中，華山片區利用濟南光大水務水質凈化三廠的低品質污水熱量建設供熱規模為235萬m2污水源熱泵供熱能源站，包括21個熱泵站，每個站內建設污水源熱泵機組，其余不足部分采用空氣源熱泵機組作為補充。水質凈化二廠建設供熱規模為80萬m2污水源熱泵供熱能源站，解決周邊居民供熱及公建的供熱需求，設計供熱規模共計315萬m2。

2 項目建設必要性

2.1本項目的實施，有利于現有資源充分利用，發揮巨大優勢

早在1982年，北歐就已經對污水源熱泵技術進行應用。現階段，我國污水源熱泵熱泵技術也已成熟。水質凈化二廠及華山片區周邊區域，由于分屬不同的單位，不利于統籌管理。同時，兩個污水處理廠的日處理污水總量在40萬噸，蘊含著巨大的低品位熱能，利用污水余熱進行供熱以替代現狀內熱源，不僅能夠減少現有熱源對化石能源的消耗，還能增加可再生能源的合理開發利用。

污水采暖具有無與倫比的優越性。城市污水是由工業廢水和生活污水組成，水量巨大，是一種蘊含豐富低位熱能的可再生熱能資源。污水源熱泵空調系統則是以城市污水作為建筑的冷熱源，解決建筑物冬季采暖、夏季空調和全年熱水供應的重要技術，也是城市污水資源開發利用的有效途徑。同時減少了城市廢熱和污染物的排放，美化了環境。

2.2本項目的實施，有利于濟南城市的可持續發展

中國十二五規劃推動的制造升級、消費升級以及環保需求，成為驅動原生污水源開發與利用的三大引擎。污水源熱泵系統是我國當前各類熱泵技術中發展和應用前景最被看好的一種。能源供應緊張的現狀為能源利用方式敲響了警鐘。大力發展可再生能源，為可持續發展提供保障已逐漸成為人們的共識。

2.3本項目的實施，有利于濟南市能源結構的調整

新能源和可再生能源的利用，是一個城市對綠色能源的重視程度和現代科學技術水平進步的重要體現。濟南市大量煤炭的直接燃燒引起了嚴重的環境污染，為了實現濟南的碧水藍天，用清潔能源代替煤炭、調整能源結構是濟南市近期的重要任務。

2.4本項目的實施，有利于濟南市環境的保護

為解決濟南市燃燒煤炭給環境造成的污染問題，濟南市政府采取了引進天然氣、清潔能源等多項措施，本項目采取的污水源熱泵系統的運行過程中對環境沒有任何污染，以電為動力沒有燃燒，所以不會排煙，也沒有燃燒廢棄物，對濟南防止空氣污染、保護環境，還濟南一個藍天，實現自然生態平衡具有重要的作用，相比原來采暖用的煤、油、氣是理想的清潔能源。

3、機組特點分析

4、運行費用分析比較

按照每天運行24小時，濟南地區冬季采暖運行120天，污水源熱泵及燃氣鍋爐綜合利用系數均取0.54（氣候調節系數）。電費取0.6元/kWh。天然氣熱值按8500大卡/立方米，按照濟南市調整氣價取3.3元/立方米，熱能利用效率取0.85。運行費用如下：

1、燃氣鍋爐

（1）主機運行費用：鍋爐每小時耗氣量為：Q=1950kW×860÷8500÷0.85=232m3/小時，運行費用如下：

232m3×3.3元/m3×24h×120天×0.54=119.07萬元

（2）附機運行費用：循環泵輸入功率約為22kW，運行費用如下：

22kW×24h×0.6元/kWh×120天×0.8=3.04萬元

運行費用合計：122.11萬元

單位面積年運行費用：37.57元/平米/年

2、污水源熱泵系統

（1）主機運行費用：制熱時主機輸入功率505kW，運行費用如下：

505kW×0.6元/kWh×24 h×120天×0.54=47.12萬元

（2）附機運行費用：輔機輸入功率約52kW（循環水泵輸入功率22kW，中介水水泵輸入功率約30kW），運行費用如下：

52 kW×0.6元/kWh×24 h×120天×0.8=7.19萬元

運行費用合計：54.31萬元

單位面積年運行費用：16.71元/平米/年

由上述計算可見，污水源熱泵運行費用僅為燃氣鍋爐運行費用的44.48%。每年僅運行費用就可以節約60余萬元，若采用污水源熱泵供暖幾年時間即可收回多出部分投資。

5、節能減排效果

本項目通過污水源熱泵技術提取中水的低品位熱量供熱，實現了低品位能源的開發利用，采用高能效比的污水源熱泵機組及高效節能產品，替代燃煤鍋爐集中供熱方式，與燃煤鍋爐集中供暖方式作對比，均以所消耗的一次能源（標煤）為評價標準，項目實施后每年可節約52590t標煤，節能效果顯著。

項目實施后每年可節約52590t標煤，可以減少煙塵排放量5.29t，減少二氧化碳排放約83494.09t，減少二氧化硫排放約67.84t，以及減少氮氧化物的排放。應用污水水源熱泵技術可以變廢為寶，實現城市廢熱的回收利用，擴大污水的用途，同時降低了污水排放溫度，環境效益明顯。

6、結束語

總而言之，相同工程規模下，污水源熱泵系統較燃氣鍋爐初投資較高，但系統運行費用大大降低，幾年內就可回收多出部分投資，同時，污水源熱泵系統符合國家現行產業發展政策，具有很好的節能效益、環保效益、經濟效益及社會效益，因此，本項目經過綜合考慮采用污水源熱泵機組來滿足水質凈化二廠及華山片區周圍居民及部分公建的供暖需求。

參考文獻：

[1]濟南將用貸款發展污水源熱泵供熱制冷項目[J].供熱制冷，2017（04）：12.

[2]曹正霞. 濟南市某小區污水源熱泵供熱系統的實例分析與評價[D].哈爾濱工業大學，2016.