首经贸大学污水源热泵热水方案.docx
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首经贸大学污水源热泵热水方案
首都经贸大学洗浴用污水余热回收工程
方案建议书
项目名称：
首都经贸大学洗浴余热回收项目
编制单位：
北京太德恒瑞科技发展有限公司
编制日期：
2011年10月09日
首都经贸大学浴池热回收项目分析…………………………………………………3
前言：
污水源热泵原理特性…………………………………………5
第一部分：
项目依据设计方案……………………………………………………6
第二部分：
工程报价…………………………………………………………………8
第三部分：
建设污水源热泵的意义…………………………………………………9
首都经贸大学浴池热回收项目分析
为实现经济社会发展目标，践行低碳环保、构造节约型社会，国家能源部提出了在“十一五”末期，能源供应基本满足国民经济和社会发展需求，能源节约需取得明显成效，能源效率需得到明显提高，结构进一步优化，技术取得实质进步，经济效益和市场竞争力显著提高，与社会主义市场经济体制相适应的能源宏观调控、市场监管、法律法规、预警应急体系和机制得到逐步完善，能源与经济、社会、环境协调发展。
在一次能源日趋紧缺的今天，要达到这一目标，需要每个人的支持与努力。
在此条件下，对原有能源的再利用将会是社会能源管理的重中之重。
生活中有很多的能源都被我们无意中的浪费掉了，例如：
市政的污水，洗浴中心或学校澡堂的洗浴用热水，电厂的冷却水等，在这些污水中，虽然不可以直接使用，但通过适当的二次处理，提取水中的余热，进行再次利用。
本方案的设计，利用热泵原理进行余热回收，把学生浴室的污水经过过滤、储存、回收热量等工序后，进一步利用，污水中的热量通过热泵带走进行洗浴用热水的补充，污水经过过滤等处理可以储存起来当中水用，进一步实现废热与废水的二次利用，达到一个高效、创新、节能、环保的新平台，为实现绿色校园，节能校园，低碳校园做出应有的贡献。
下面我们将就本方案的设计及系统做一个全面的介绍及分析。
本方案的设计系统图
1、热能回收技术
余热回收是本系统的主要设备之一，它是通过将洗浴落地水通过管网收集到水池，再利用热回收机组在满足热回收基本要求的基础上，实现高、中、低三级回收、高精度温控的专用机组。
利用热泵做工，从洗浴落地水中吸取大部分的热量释放到一次水箱中。
设备效率是1:
4，就是输入1度电产生最少4度电的热量。
2、中水处理技术
本方案中水处理系统，在使用场所就解决了洗浴污水的处理问题，减少了向市政管网排污的压力，每吨洗浴水可提取中水800升，在实现经济效益体内循环，重复利用的价值外，实现了减污排放的社会效益。
3、全自动智能化控制
本方案设备完全自动化控制，热泵机组由美的提供，控制系统完全智能化，降低工程后期的人工维护。
本系统相比于传统洗浴系统的优点：
1、本洗浴系统使人们自觉地进入到资源节省的状态，可减少用水50%。
2.通过水处理，可制中水80%以上。
因此与普通洗浴相比可节水90%
3，本洗浴系统由于洗浴能量消耗标准发生变化（即洗浴落地水能量循环利用）所以可以实现100%的热量来源于太阳能和空气能，但洗浴落地水能量循环利用过程需要消耗落地水循环能量的20%电能，因此使节能80%变成现实
水是地球上一切生命赖以生存的基础，人类生产活动和生活活动中不可缺少的重要物质，是不可替代的重要自然资源。
自从20世纪60年代以来，世界上许多国家和地区相继出现了以水资源紧缺和水污染加剧为主要标志的“水危机”。
我国属于世界上最缺水的13个国家之一，很多水域受到不同程度的污染，水资源时空分布也很不均衡，水资源短缺已成为制约我国社会经济可持续发展的重要因素。
我国目前的600多个城市中，400多个是缺水城市。
缺水迫使我们要高效地和重复地利用水资源，实现污水的资源化是有效解决水危机的重要措施.
前言：
污水源热泵原理特性
所谓污水源热泵，主要是以城市污水做为提取和储存能量的冷热源，借助热泵机组系统内部制冷剂的物态循环变化，消耗少量的电能，从而达到制冷制暖效果的一种创新技术。
与其他热源相比，污水源热泵的技术关键和难点在于防堵塞、防污染、与防腐蚀。
原理：
污水源热泵的主要工作原理是借助污水源热泵压缩机系统，消耗少量电能，在冬季把存于水中的低位热能“提取”出来，为用户供热，夏季则把室内的热量“提取”出来，释放到水中，从而降低室温，达到制冷的效果。
其能量流动是利用热泵机组所消耗能量（电能）吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源，而起所消耗能量作用的是使介质压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。
污水源热泵系统由通过水源水管路和冷热水管路的水源系统、热泵系统、末端系统等部分相连接组成。
根据原生污水是否直接进热泵机组蒸发器或者冷凝器可以将该系统分为直接利用和间接利用两种方式。
直接利用方式是指将污水中的热量通过热泵回收后输送到采暖空调建筑物；间接利用方式是指污水先通过热交换器进行热交换后，再把污水中的热量通过热泵进行回收输送到采暖空调建筑物。
与其他供热材料相比，污水源热泵具备的优势表现为：
◆与燃煤、燃气、然油等锅炉房系统相比，我国年污水排放量达464亿m3，可节省用煤量0.33亿吨，以全国年总能耗30亿吨标煤计算，达到了1.1%，若按暖通空调的一次能源消耗量10亿吨标煤计算，达3.3%。
同时每年可减少排放量达72万吨。
据相关统计，15万平方米供冷、供热、以及供生活热水，年可节约标煤1万吨，减排二氧化硫300吨、烟量2200万立方米、颗粒物6400吨，年少排炉渣2800吨、废水600吨。
◆另外，污水源热泵系统将污水热能连同热泵机组本身产生热能一并转移到室内,能效比高达4.5-6.0,能源利用率是电采暖的3-4倍,污水源热泵与空气源热泵相比,夏季冷凝温度低,冬季蒸发温度高,能效比和性能系数大大提高,而运行工况稳定,比传统中央空调节省30﹪-40﹪的运行费用。
且污水源热泵技术系统无需设冷却塔,利用的是城市原生污水，节约了大量水资源的同时又开发创造出新的清洁型新能源。
第一部分项目依据及设计方案
1、工程项目实施依据
在浴室内部的基础建设中考虑利于落地水回收的统一循环渠道，尽量缩短落地水排放距离，减少热损。
人们的洗浴水温在40℃，洗浴结束时水温在30℃，从维护人类生态环境的角度出发“10℃洗浴”将成为一个洗浴能量消耗标准。
系统第一制热能源为太阳能和空气能热泵，自来水通过太阳能集热系统或空气能将水加热，再将使用与回收利用串联起来。
被加热水的温升不再是从自来水原始温度开始加热。
本系统采用水源热泵，将洗浴后的26-35C的落地水进行热能回收，把洗浴落地水降至7C°以下排入中水处理系统，将26-35C的落地水下降到7C°所获得的温差能量为21-28C°，热回收机组从落地水中提取23度温差热能，相当于每吨落地水可提取27kwh的热能。
加到自来水上使其变成温水，再用太阳能集热器对温水进行加热。
上述制热和余热回收均采用热能回收技术进行换能取热。
热能回收技术的关键是吸收不易利用的低品位热能经工质转化为高品位热能。
耗用1度电能产生4倍效能。
本机组不仅具有运行费用低、节约能源、环保无污染的特点，在操作上我们又引进了全套电脑自控设备，操作高度智能化，可手动遥控控制，可电脑控制。
节省人力物力，无须专人全天后看守,减少大量费用，使用更经济。
1、高效节能：
以洗浴后的废水作为能源，一年四季不受温度的影响，由于是吸收水体中的热能，大大减少了电能的消耗，所以工作稳定，热泵热水机组的能效比cop值4远高于传统制热，投入1kw的电能，可获得4kw左右的能量。
2、环保安全：
此设备是以水为介质，系统运行无燃烧过程，无污染排放物，水源水循环封闭利用，不会造成水源污染。
电器控制全部智能化，绝对安全。
3、占地面积小：
机组体积小，节省了建筑场地。
本设计采用目前最为节约的且无污染的热泵式热能回收器，利用洗浴落地水余热作为补充能源。
2、工程概况及涉及范围:
该项目位于北京市丰台区，建筑功能为学生浴室，原有太阳能热水工程70吨以及辅助燃气锅炉，现就客户存在热水供水不足的问题，提出节能改造方案，以满足客户正常用水需求。
初步设定本设计方案需解决客户用水不足的问题，经综合考虑，在现采用空气源加污水源热泵，提供热水为50℃恒温热水130吨，利用中水处理系统进行水资源再利用，以满足客户每日最大用水需求。
本方案设计主要为污水源热泵系统
3、气象参数:
城市夏季平均温度年平均温度冬季平均温度地面水温度地下水温度
北京26.1℃11.8℃-3.7℃4℃10℃
4、设计依据：
1.《给排水设计手册》中国建筑工业出版社，1988年第一版。
2.《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
3.《工业管道工程施工及验收规范》GBJ50235—97
4.《安装工程质量检验评定手册》1990年第一版。
5.《管道工程安装手册》1987年第一版。
5、设备选型
1）、本工程考虑选用污水源热泵10匹机3台，结合空气源热泵RSJ－900/MS-820两台，以满足浴室热水需求。
2）、工程增加30吨加热水箱一台，作为设备加热用储水箱，以满足机组运行及浴室正常用水。
3）、控制系统采用美的控制，实现整个系统全自动控制，节约人力，方便各工种在短时间内掌握操作技巧。
第二部分工程报价
污水源加空气源系统报价清单
序号
设备名称
规格型号
数量
单位
单价/元
合价/元
备注
1
空气能机组
（中温循环系列）
RSJ－900/MS-820
2
台
115000
230000
2
水箱
30吨
1
项
75000
75000
3
机组配电
国标件
1
项
6000
6000
4
控制系统
美的控制
1
套
4500
4500
5
机组循环泵
南方特种
2
台
4500
9000
一备一用
6
污水源热泵
3
台
45000
135000
7
控制系统
国标件
1
套
4500
4500
8
机组配电
国标件
1
项
4800
4800
9
机组循环泵
南方特种
2
台
4500
9000
一备一用
10
其他配套附属设备
1
项
2500
2500
11
总系统设备基础
主机基础及水箱、水泵基础
1
项
8000
8000
12
总系统电线电缆
国标件
1
项
12600
12600
13
管道材料及其他材料
国标件
1
项
20500
20500
14
安装人工费
1
项
22500
22500
15
运输及吊装费用
1
项
4000
4000
16
设备及安装小计（元）
1+2+3+4+……+15
547900
第三部分建设污水源热泵的意义
一、建设意义
（1）缓解能源消耗紧张：
在全国建筑能耗占总能耗的很大比例，而在建筑能耗中暖通空调的能耗更是占有举足轻重的位置，预测2020年我国暖通空调能耗量将达到10亿吨标煤，占总能耗的30%以上。
开发利用低位可再生洁净能源是暖通空调能源消耗的新模式。
可再生性清洁能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和工业余热、城市废热等等，相对其他类型的冷热源，城市污水具有独特优势，是一种理想的低位冷热源。
利用污水作为冷热源对建筑进行采暖空调可以直接减少其他短缺能源的消耗，同时还可以达到废物利用的目的，是资源再生利用，发展循环经济，建设节约型社会，友好环境的重要措施。
目前满液式热泵机组在蒸发器进水温度1℃以上时，机组制热性能系数也在4以上，以火力发电效率0.33计算，热泵机组的一次能源利用率大于1.33。
而效率较高的集中供热系统（燃煤或燃气）一次能源利用率也仅在0.65-0.9之间。
因此热泵系统节能量达50%。
（2）保护、友好环境：
我国能源消耗中，煤占70%以上，以煤为主的能源结构下，暖通空调用能是大气污染的主要因素之一。
在全球空气污染最严重的10个城市中，中国占有5个，包括北京、上海、沈阳、西安和广州，北京冬季供暖期中
（总悬浮颗粒物）、
、
、
等严重超标。
资料表明，70%的
、90%的
、60%的
和85%的矿物燃料生成的
来自燃煤，暖通空调引起的污染物排放量占总排放量的15%以上。
燃煤排放
引起的酸雨污染已扩展全国整个面积的30%-40%，造成的经济损失接近国民生产总值的2%。
另外，全球
等温室气体的排放给人类带来重大损失，全球温暖化的经济成本是全球经济总产值（GWP）的10%~20%。
暖通空调的能源消耗给环境带来了巨大压力。
（3）有显著经济效益：
利用污水源热泵系统供暖空调除具有重要的节能、环保意义以外，同时具有巨大的经济效益。
由于热泵系统的主要能源消耗为电，因此电价费用的高低直接决定了该系统的运行成本，目前很多区域均享受民用电价，例如哈尔滨地区、沈阳地区等，我们以民用电价0.55元/度来比较热泵系统与集中供热的运行费用。
以该地区建筑面积1万m2为例，供暖设计负荷按40w/m2（实际发生量）计算，供热负荷为400kW，污水源热泵的运行费用为：
供热设计负荷÷热泵制热系数×辅助能耗系数×供暖平均负荷系数×运行天数×天运行小时数×电价=400÷4×1.10×0.7×141×24×0.55=14.3（万元）
地区集中供热系统按面积分摊费用为建筑面积19.8元/m2。
每万m2建筑面积分摊费用为19.8万元。
因此热泵系统较集中供热系统每万m2节省运行费用5.5万元，节省率为27.7%。
当然在收取19.8元/m2的分摊费用中，集中供热系统的热力公司也含有部分经济利润，单纯利用热泵的运行成本与集中供热的分摊费用来比较有欠妥之处。
但热泵系统具有较大的一次能源节能潜力，从国民经济的角度上看，经济效益是非常显著的，因为实际的火力发电成本也就0.2~0.3元/度，而且我国冬季供暖期间电力是过剩的。
二、污水的热能利用
城市污水是一种宝贵的可再生资源，包括污水回用、污泥利用和热能回收，其中污水热能回收是城市污水资源化的重要组成部分之一。
城市污水携带的热量是城市废热之一，占城市废热排放的很大比例，据调查日本城市污水废热比例占40%，我国平均比例在16%左右，经济发达地区占30%以上，随着居民生活水平的不断提高，该比例还会逐年大幅度增加。
因此，要节能环保，要进行废热回收利用，城市污水是必不可少的重要的一项。
另外，城市污水是通过市政污水管网排放至污水处理厂，即可通过污水干线分散利用，也可在污水处理厂集中利用建设热泵站。
2.1污水特性分析
城市污水源热泵空调系统是利用污水流量大，水质稳定，常年温度在13℃至25℃等特点，以污水作为冷、热源进行制冷、制热循环的一种空调系统。
以北京地区为例，监测资料显示，冬季城市污水的温度在12—20℃，水中蕴藏着大量的低温热能，是污水源热泵空调较好的低温热源；夏季城市污水的温度在20—25℃之间，且日变幅较小，可以作为污水源热泵空调冷凝热量的散热体。
但是城市原生污水的水质不能适应现有的水源热泵机组。
由于污水成分很复杂，会造成换热
器表面结垢、阻塞甚至是腐蚀的现象。
由于这些现象的存在。
使得换热器的传热效率降低。
流体的流动阻力加大。
降低换热器的使用寿命。
有时甚至使换热器无法工作。
在污水利用过程中．经常出现的水质问题是结垢、腐蚀、生物生长、淤塞和起泡，这些问题都是由污水中的污染物引起。
因此针对不同材质的换热器．为了保证污水的水质不影响污水源热泵系统的应用，处理主要从以下几个方面考虑。
2.1.1控制结垢
通过长时间对污水源热泵系统的监测，系统经过一段时间的运行，换热器表面会形成一层软垢，通常的稳定期在15天左右，而控制软垢的增长可提高换热器内污水流速来进行抑制软垢的增长。
另一种方法是定期清洗换热器，通过实践记录，采暖季过后或制冷期过后可定期进行清洗。
2.1.2防止腐蚀
如果总溶解固体（TDS）的数值高就提高了水的电导性，这就造成了高的腐蚀性。
另溶解的气体和高氧化状态下的金属离子也能造成腐蚀。
冷却水处于酸性状态下也容易形成腐蚀。
据美国得克萨斯州的Lubbock市的JonesStation电厂报道，当循环冷却水中存在氨离子时，氨离子转化成硝酸，使pH值从7.4—7.9降低到6.5甚至更低。
对此，可以加入二氧化碳，通过提高重碳酸盐碱度而调节pH值阻垢剂（如铬酸盐、聚磷酸盐、锌离子和聚硅酸盐）能够减少污水的潜在腐蚀性。
另外，热泵换热器采用抗腐蚀性强的海军铜管作为换热器的换热管，从材质上解决污水具有的腐蚀性。
2.1.3减少淤塞
通过阻止颗粒性物质的形成和沉降能够控制淤塞。
智能污水防阻机过滤网孔径2mm，只有小于2mm的杂质才可进入热泵系统，换热直径18mm，完全可避免换热管淤积的情况，实践也证明这一点。
污水源热泵比燃煤锅炉环保，污染物的排放比空气源热泵减少40%以上，比电供热减少70%以上。
它节省能源，比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃煤锅炉节省1/2以上的燃料。
由于污水源热泵的热源温度全年较为稳定，其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40%左右，其运行费用仅为普通中央空调的50%-60%。
同时国家对污水源热泵系统的应用给予很大政策、资金扶持。
国家规定利用污水源热泵系统给予50元/m2的补助。
因此，我们深信污水源热泵有着广阔的应用前景。
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