天津市河东万达广场污水源热泵方文档格式.docx
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三、传统的城市集中供冷采暖运营成本分析17
（一）单位Kwh的运营成本分析17
（二）单位面积的运营成本分析18
四、二者运营成本比较18
第七章污水源热泵系统性能分析19
一、传统集中采暖系统19
二、污水源热泵系统19
三、两者性能比较分析20
第八章结论21
一、运营成本大幅降低21
二、系统性能优势明显21
第一章项目规划
一、项目概述
（一）项目概况
本项目位于天津市，工程名称为天津市河东万达广场。
总建筑面积为41万平米；
居住户数为1425户，总居住人数为3990人。
（二）项目研究范围
结合天津市委倡导循环经济，树立科学发展观，大力推广清洁能源的政策，本方案考虑采用污水源热泵绿色节能方式，提供采暖和热水所需的热量，最大限度地降低运营成本。
二、项目规划
本项目采用污水源热泵系统，以排污河的原生污水作为冷热源。
能源站服务范围总建筑面积41万平米。
具体如下表
项目
单位
数量
总建筑面积
平方米
410000
一、商业综合体建筑面积
210000
大型商业建筑面积
110000
写字楼建筑面积
100000
二、居住型公寓建筑面积
200000
小型商业建筑面积
27600
居住型公寓建筑面积
17100
公寓配套设施建筑面积
1400
三、市政设施建筑面积
容积率
50
建筑密度
%
60.00
居住人口
人
3990
居住户数
户
1425
人口毛密度
人/hm3
487
平均层数
层
8.3
平均每户建筑面积
m2/户
120
日照间距
W/L
>
1:
1.2
绿地率
10.00
机动车泊位
个
非机动车泊位
三、规划依据
1、《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）
2、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）
3、《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调》（2003）
4、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134—2001）
5、《水源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）
6、《全国民用建筑工程设计技术措施节能篇—暖通空调.动力》（2007）
7、《全国民用建筑工程设计技术措施节能篇—给水排水》（2007）
8、《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
四、规划内容
1、规划技术内容
将天津市该建筑区域作为对象，利用新能源与节能技术，研究其供冷供暖规划方案：
污水源热泵系统利用排污河的原生污水温度高于室外环境温度的特点，从污水中提取低品味热能，经热泵主机做功提升到高品位热能，从而为建筑采暖提供能量。
2、规划功能内容
1）住宅采暖服务
利用污水源热泵吸收城市污水中的热量，经地板辐射向室内提供热量，从而达到采暖的目的。
2）公共建筑供冷服务
夏季空调供冷季节，污水源热泵还可利用污水厂排放的污水温度低于室外环境温度的特点，从污水中提取冷量，为部分公共建筑提供供冷服务，COP可以达到5.0以上，节能高效。
第二章项目背景和必要性
一、项目背景
（一）国家能源背景
1、能源紧缺
能源资源不足是我国目前面临的一个严重问题。
我国人口众多，人均占有资源相对贫乏。
政府部门的统计资料显示，我国人均剩余可开采石油储量仅为3.0吨，约为世界平均水平的1/9，石油对外依赖度已经超过40%；
煤炭、天然气和森林资源的人均拥有量分别仅为世界平均值的约1/2、1/23和1/6。
按照现有用能速度，我国目前已探明的石油资源只能使用20年，而煤炭作为我国的主要能源资源也只能使用100年。
另一方面，我国目前的人均能源消耗水平仅为世界平均水平的55%，相当于美国人均能源消耗水平的10%，其增长潜力巨大。
一边是能源存量短缺，另一边是能源消耗快速增长，我国能源形势十分严峻。
人均能耗消费水平见图2-1。
图2-1人均能耗消费水平
我国城乡建筑每年都要消耗大量的能源。
根据统计，到2000年，房屋建筑耗能量为3.5亿tce，约占全国总能源消耗量的27.5%，并且呈逐年稳步增长趋势。
一方面，我国正处在高速建设期，每年城乡房屋建筑竣工面积约为20亿平方米；
另一方面，我国单位建筑面积能耗高，单位面积采暖能耗达到气候条件相近的发达国家的三倍以上。
大量的高能耗建筑的投入使用必将导致建筑能耗总量快速上升。
以我国现有建筑能耗水平计算，到2020年建筑能耗将达到10.89亿tce，为2000年的3倍，也就是说，差不多相当于2000年全国能源总消耗量。
建筑能耗增长见图2-2。
图2-2建筑能耗增长趋势图
2、环境污染
环境状况是我国面临的另一大问题。
2002年燃煤造成的SO2和烟尘排放量约占排放总量的70～80%；
SO2排放形成的酸雨面积已占国土面积的1/3；
CO2排放量约9.0亿吨，约占全球排放总量的13%。
中国主要污染物排放总量均居世界第一位。
城市热岛效应也日益严重。
环境污染直接或间接造成的经济损失占国民生产总值的比例已经达到3～4%。
（二）国家相关政策
毋庸讳言，能源和环保问题已经成为制约我国经济增长、实现到2020年人均国内生产总值在2000年基础上翻两番的国民经济发展战略目标的瓶颈因素。
为此，中央提出建设节约型社会、构建资源节约型和环境友好型社会的战略目标，从而促进能源、环境和经济社会的协调、和谐、可持续发展。
2007年10月15日胡锦涛主席在代表十六届中央委员会向十七大作报告时，提出了实现全面建设小康社会奋斗目标的新要求，指出进一步的工作方向为“建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式”。
国务院办公厅发布了一系列关于节能减排的通知。
国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知中，明确指出开发利用可再生能源。
国务院关于加强节能工作的决定指出，推进建筑节能，全面实施重点节能工程。
国家发展与改革委员会编制了“中长期节能专项规划”，建筑节能被列为重点节能领域之一，建筑节能工程成为十大节能工程之一，建筑节能工程包括：
新建建筑全面严格执行50%节能标准，四个直辖市和北方严寒、寒冷地区实施新建建筑节能65%的标准，并实行全过程严格监管。
建设低能耗、超低能耗建筑以及可再生能源与建筑一体化示范工程，对现有居住建筑和公共建筑进行城市级示范改造，推进新型墙体材料和节能建材产业化。
建设部制定了“建设部建筑节能‘九五’计划及2010年规划”、“建设部建筑节能‘十五’计划纲要”、“建设部建筑节能技术政策”、“民用建筑节能管理规定”、“关于固定资产投资工程项目可行性研究报告节能篇（章）编制及评估的规定”等一系列政策、规定。
建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见中指出，推进可再生能源在建筑中应用是贯彻落实科学发展观，调整能源结构，保证国家能源安全的重要举措；
推进可再生能源在建筑中应用是实施国家能源战略的必然选择；
推进可再生能源在建筑中应用是满足能源需求日益增长，改善人民生活质量，提高建筑用能效率的现实要求。
国家重点支持相关技术领域中应用可再生能源的示范工程、技术集成及标准制定，其中包括地表水及地下水丰富地区利用淡水源热泵技术供热制冷工程。
近年来，我国制定颁布了《公共建筑节能设计标准》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》、《建筑照明设计标准》等一系列节能标准，《建筑能效测评与标识管理办法》与《建筑能效测评与标识技术导则》已进入征求意见阶段，《居住建筑节能设计标准》也在编制中。
各地方也相继编制了地方性节能标准实施细则以及相关的节能检验标准。
各级政府部门的高度重视和相关标准的颁布执行必将推动我国建筑节能工作的发展。
可以说，建筑节能已成为我国国民经济发展中的一个重要方面，建筑的节能环保已经成为当今建筑产业发展的一个重要方向，相关产业的发展刻不容缓。
二、热泵的发展现状
（一）热泵的基本概念
“热泵”是借鉴水泵而来。
水泵是消耗一定的机械能，将水从低位泵送到高位的设备；
与之相对应的说，热泵是消耗一定的机械能，将低温位热能“泵送”到高温位热能加以应用的设备。
（二）热泵的优点
在自然界和工业生产中，存在大量的低温位热源，储藏于空气、土壤、水等介质中，以及废气、废水等工业介质中，利用热泵可以回收这些低温位热量，产生的高温位的热量来供应生产和生活的应用。
热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源，而且拥有较高的能量利用率。
表2-1不同热量提供方式的能量利用率
能量提供方式
燃油锅炉
燃气锅炉
电锅炉
热泵
性能系数
0.70～0.90
0.80～0.95
1.0
2.8
另外，热泵的应用可以带来良好的环境效益，在提高能源利用率的同时，减少对电能的需求，进而为减少温室气体CO2的排放发挥作用。
（三）热泵基本分类
在实际应用中，根据热泵系统换热设备中进行热量传递的载能介质，可以将热泵设备归纳为四种类型：
空气-空气热泵：
在这类热泵中，热源和供热的介质都是空气，这是最简单和普通的热泵形式。
空气-水热泵：
在这类热泵中，热源为空气，供热介质为水。
一般冬季按制热循环，可以供热水进行采暖；
夏季按制冷循环运行，供冷水用于空调。
制热与制冷循环的切换通过换向阀改变热泵工质的流向来实现。
水-空气热泵：
在这类热泵中，热源为水，供热（冷）介质为空气。
水-水热泵：
无论是制热还是制冷运行时，均以水作为介质。
一般可用切换热泵工质回路来实现制冷或制热，有时更方便的是用水回路中的多向阀来完成切换。
如果水质较好，可允许水源水直接进入蒸发器，在某些特殊场合，为了避免污染，常采用中间换热器来实现水源水与进行过水处理的封闭冷水系统的热交换。
（四）热泵的优点
三、污水源热泵的特点
污水源热泵空调系统就是利用污水做为冷热源，并通过热泵机组，加热热媒或冷却冷媒，最终为建筑提供热量或冷量的系统。
污水中所蕴含的热能是典型的可再生能源，因此，污水源热泵空调系统也是可再生能源的一种利用方式，是一种具有节能、环保意义的绿色供热空调系统。
污水源热泵空调系统的主要特点：
1、绿色能源，环保效益显著
由于采用污水作为冷热源取代了锅炉、制冷机及冷却塔等，无需燃煤或燃油，不必向大气排放污染物，不用远距离输送热量，只需消耗少量的电能，因此污水源热泵的运行不会产生任何污染。
空调系统夏季向污水排热，冬季从污水取热，而由于海洋本身是一个巨大的动态能量平衡系统，可以自然地保持其能量接收和发散的相对均衡，因此属于绿色能源，其利用具有深远的环境效益。
比较燃煤锅炉CO2排放量与用相同燃料产电驱动热泵所排放的CO2量，使用热泵平均可减少30％的CO2排放量，在一些场合甚至可减少50％。
因此海水源热泵系统对环境保护的贡献相当大。
2、高效节能，运行费用低
由于水的热容量较大，因此水源热泵具有较高的COP值，一般在3.2～5.5以上，因此水源热泵系统可以通过少量的电能输入获得较高的能量输出，运行高效节能。
3、一机多用，使用灵活
污水源热泵冬季可以代替锅炉为建筑供热，夏季可以代替制冷机组和冷却塔为建筑供冷，同时该系统还可提供卫生用热水，不需另外配置专用洗浴锅炉或热水器而能得到持续不断的热水供应。
而经过利用后排出的污水可以用来冲厕，从而实现污水源热泵的一机多用。
污水源源热泵系统中的各热泵机组还可根据用户的实际情况自由调节供冷与供热模式而不互相影响，使用极为灵活。
第三章污水源热泵系统技术方案
一、总体原理
（一）总体原理图
（二）总体原理说明
在污水河设置取水口，取水经过设有回转式齿耙机械格栅的沉淀池粗过滤后，进入设有两道细格栅的吸水池，实现泥水分离后再经过旋流除砂、高精度压滤器处理后，通过壳管式换热器换热，将冷热量转移给媒介水，由中央机房热泵
机组集中制备采暖热水，通过管网输送至住宅、公建空调末端。
二、负荷估算
具体冷热负荷由设计院给出：
总热负荷30944KW、总冷负荷为37377KW。
三、主机选型参数
（一）设计采暖工况条件
蒸发器侧进出水温：
10/5℃冷凝器侧进出水温度：
40/45℃
（二）前置换热器选择
本项目采用污水河原生污水，水中除含有大量悬浮物外，水中铵根离子浓度较高，为保护主机换热铜管，应设置管壳前置换热器，换热管材质为304不锈钢，可有效防止换热管腐蚀及堵塞。
四、机房位置选择
小区内设置热泵机房，位置宜选择在供热中心区域。
但热泵机房噪音污染严重，必须单独设置全地下室热泵机房。
五、水源的取水
（一）取水口位置的选择
取水口选择应兼顾水量足、取水稳定方便的原则，结合小区热能站的布置。
（二）取水量的确定
本项目对水源的条件要求是冬季最低温度10-13度，夏季为28度。
根据设计院所给负荷，污水源侧温度按5度温差计算，则所需污水流量为37000
0.859/5=6356.6吨/小时。
（三）取回水口的确定
在靠近机房的污水河边设置取水口，为避免水回流，在远离取水口的下游设置污水回水口。
取水口与回水口分别敷设管道至机房。
六、水源水的处理
（一）水源水的处理流程
（二）主要水处理设备
1、一级粗格栅过滤
取水设置一级粗格栅，采用回转式齿耙机械格栅过滤（为污水处理成熟产品），过滤精度为10-20目/英寸。
可以连续有效去除水体中大量悬浮物、杂质等，及时将截留杂质堆积外运。
2、二级细格栅过滤
在水泵吸水池内设置两道细格栅，过滤精度为40目/英寸，可以有效去除水体中较小粒径悬浮物、杂质等。
通过降低过滤流速截留污泥，吸水池底板坡度>
5%，有效沉积污泥，利用污泥泵及时清淤。
吸水池储水容积为满足污水供水泵5分钟吸水量。
3、三级机械过滤器—旋转除砂器
为了保障换热器的安全运行，加装旋转除砂器，可以有效去除水中的砂子等颗粒，可有效保护壳管式换热器的安全稳定运行。
4、四级机械过滤器—压滤器
为了保障换热器的安全运行，加装四级压滤器，过滤等级为80目/英寸，我公司在长期的实践研发中，在传统机械过滤器的基础上，调整过滤孔径并增加自动反冲洗功能，可以有效彻底去除水中的毛发及短纤，可有效保护水泵等设备的安全稳定运行。
压滤器装置大样图
1：
链轮2：
链条3：
固定架4：
电机5：
水池
6：
钢刷7：
滚动轴瓦8：
转动筒9：
钢刷
5、换热器微生物膜处理技术措施
水源热泵系统能否持久稳定的运行，关键是看前置换热器的换热效果。
而影响换热器的换热效果主要来源于下述问题：
一方面是换热器的腐蚀堵塞问题；
另一方面是换热器管的结垢堵塞问题。
腐蚀问题使得换热面受到损伤，同时剥落的杂质易引起换热管的堵塞，从而降低换热器使用寿命；
结垢问题减小换热面流通截面，使得换热管的换热效率降低，同时水垢剥离物严重时会引起换热管的堵塞。
对于上述因腐蚀结垢问题引起换热效率降低的现象，考虑设置胶球清洗装置，定期清洗壳管式换热器换热管内壁，保障其换热效果。
具体见如下介绍。
前置壳管式换热器考虑采用胶球清洗装置。
选用合适的海绵胶球，球的湿态直径比换热管内径略大一点（20mm），且湿态比重和水相近，将胶球从装球室处投入装球室内，数量为换热管数量的10％左右，然后启动胶球泵，打开系统两端球阀，胶球就在比循环水进口压力略高一些的水流带动下进入换热器的水室，因胶球是一个多微孔柔性的弹性体，在循环水进口压差的作用下被挤压通过换热管对换热管内壁进行一次抹擦，使管内壁污垢随水流出，胶球随循环水经出水管进入收球网，在收球网板的阻拦下，把胶球分离出来，由胶球泵抽出重新回到装球室，如此循环往复对换热管实行连续自动运行清洗。
七、采暖热水的输送
采暖管网采用二级泵系统，均设在机房内。
一级泵服务机房内一级管网，与主机一一对应；
二级泵根据室外分区设置，每个区设置两台，不设备用。
室外热水管网采用异程布置，各单元入口处设动态平衡阀。
第五章污水源热泵系统投资分析
一、污水源热泵系统投资估算
1、工程投资
（1）能源中心部分投资
a、站房设备及安装费
主要为热泵主机、换热器、水泵、能源中心管网、阀门及配套系统设备及安装。
b、水处理费
主要包括：
旋流除砂器、压滤器、胶球装置。
c、自控系统费用
主要为冷热量自动计量及收费管理系统及节能监控及自动化控制系统等费用。
d、能源中心土建费用
（2）取水回水费用
（3）采暖部分费用
（4）换热机房的投资
根据计算，污水源热泵采暖及热水系统估算总投资为6389.8万元，各项费用构成如下：
序号
分项工程
工程量
估算指标
估算价格
备注
（万元）
一
能源中心机电投资
1
热泵主机费
37.38
Mw
0.50元/W
1869
根据南通新城小区再生水源热泵项目的实施经验
2
污水换热器
0.20元/W
747.6
3
泵组及阀门
4
管线安装费
0.35元/W
1308.3
5
水处理费
0.15元/W
560.7
6
自控费用
0.20元/W
7
电气费用
9345
Kw
0.125元/W
117
8
小计
6097.8
二
取源水管网费
取水头
100
污水取水管网
3000
m
1000元/m
300
顶管
60
1500元/m
9
按DN800估算
409
三
合计
6506.8
二、污水源热泵系统运营成本分析
（一）单位Kwh的运营成本分析
设定天津市平均电价为0.49元/KWh，夏季供冷运行100天，冬季采暖运行142天，运行时间是10小时。
1、夏季供冷工况每Kwh的成本
=
=0.12元/KWh
式中：
s1——能源中心每KWh的输出功率的运行成本，元/KWh；
ƒ——平均运行电价，元/KWh；
η1——管网的损耗，取5%；
η2——水泵的损耗，取15%；
COP—系统能效比，夏季系统COP可达5.0。
2、冬季采暖工况每Kwh的成本
=0.14元/KWh
COP—系统能效比，冬季系统COP可达4.2。
（二）单位面积的运营成本分析
1、夏季供冷工况每㎡的成本
S=sWt/A=0.12
37377
10/（4.1
10
）=10.94元/㎡
s1——夏季单位面积供冷费用，元/㎡；
W——设计供冷功率，37377KW；
t——夏季供冷小时数，10h；
A——建筑面积，4.1
㎡。
2、冬季采暖工况每㎡的成本
S=sWt/A=0.14
30944
142
）=15.00元/㎡
s1——冬季单位面积采暖费用，元/㎡；
W——设计采暖功率，30977KW；
t——冬季采暖小时数，10h；
三、传统的城市集中供冷采暖运营成本分析
（一）单位Kwh的运营成本分析
=0.13元/KWh
COP—系统能效比，夏季系统COP可达4.8。
2.夏季供冷工况每㎡的成本
S=sWt/A=0.13
）=11.85元/㎡
1、冬季采暖工况KWh运行成本
设定天津冬季采暖运行142天,采暖以燃煤锅炉为例，煤的理论热值为5000kcal/kg，价格以0.45元/kg计，折合0.08元/KWh。
=0.17元/KWh
s1——燃煤锅炉每KWh的输出功率的运行成本，元/KWh；
ƒ——燃煤锅炉的运行费用，元/KWh；
COP—系统能效比，燃煤锅炉取0.60。
S=sWt/A=0.17
30977
）=18.24元/㎡
四、二者运营成本比较
污水源热泵与传统集中采暖年运行费用比较如下：
能源方式
单位KWh（元/KWh）
单位面积（元/㎡）
采暖
供冷
传统集中供冷与采暖系统
0.17
0.13
18.24
11.85
污水源热泵系统
0.14
0.12
15.00
10.94
表中可以清晰地反应出，相比于传统集中采暖系统，采用污水源热泵系统年运行费用可节约20%以上，年运行费用较传统集中供冷与采暖系统节省约170万。
第七章污水源热泵系统性能分析
一、传统集中采暖系统
传统的集中采暖系统，冬季采暖所需的全部热量以及部分生活热水均由燃气锅炉提
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