四联智能技术股份有限公司 陕西西安 710075
摘要：本文介绍污水源（再生利用）热泵的特点。通过对空气、地源热泵、锅炉和污水源热泵的分析比较，显示了污水源热泵采暖系统的经济性、环保节能效果。详细介绍西安大兴新区污水源（再生利用）热泵集中供热、冷系统组成、运行情况分析及提高利用率。
关键词：污水再生利用水源热泵；节能减排；低碳环保；高效经济
一．污水源（再生利用）热泵系统特点与优势
污水源（再生利用）热泵系统是利用城市污水（生活废水、工业废水、工业设备及生产工艺排放的废水），经过处理的污水，通过系统污水换热器与中介水进行热交换，通过中介水进入热泵主机，主机做功消耗少量的电能，机组在冬天将污水资源中的低品质热能“汲取”出来，由空调管网供给室内采暖系统（或生活热水系统）；夏天，将室内的热量带走，并通过空调水系统热交换，再释放到污水中，给室内制冷系统。
由于城市污水中所赋存的热能是一种可回收和利用的清洁能源，因此，利用其中的热能，是城市污水资源化利用的有效途径。污水处理厂的出水量大，水质稳定，常年温度在 13～２５℃，污水源（再生利用）热泵是以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调设备；热泵机组具有热量输出稳定，ＣＯＰ值高，换热效果好等优点。因此它具有广阔的发展前景，特别是对于北方冬季采暖，如西安城市排放污水，它的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低。这种介质温度特性使得污水源热泵比传统空调系统运行效率更高，节能和节省运行费用效果显著。应该大力推广应用。
根据相关资料对不同供冷（供热）方式的经济分析费用比较，污水源热泵系统与传统的制冷加锅炉系统相比，可节约４０％的运行费用，解决了锅炉采暖燃烧过程产生的排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音；比空气源热泵系统节约３０％；水源热泵系统的初投资为地源热泵的７０％左右。综合考虑初投资和运行费用等因素，污水源热泵系统的经济性、节能效果和环保效果最为显著。
二．西安大兴新区污水源（再生利用）热泵集中供热、冷系统工程介绍
西安大兴新区自2011年被授予陕西省首批低碳试点园区以来，积极寻求致力于绿色环保项目的开发和应用。为解决该区域老百姓未来采暖问题，加大低碳节能技术的推广应用，大兴新区政府经过专家多方论证，决定利用第一污水处理厂的再生水，采用污水源热泵技术解决该区域的居民供暖需求，该工程从2013年开工建设至今已经完成7个区域工程。2016年冬天西安大兴新区居民迎来了一个“温暖”的季节，实现两个住宅小区约50.06万平方米采暖。设计供热能力为200万平方米。
本工程应用BOT模式运营，项目由技术、实践经验丰富的四联智能技术股份有限公司负责实施及管理，该地区再生水源热泵集中供热（冷）项目的供热区域约52公顷。系统由一座占地面积较大的再生水提升泵站（5000m³）、3公里长的取水及配水管网、区域的热泵机房等部分组成。截止目前，项目已全面建成投用，实际完成供热面积以达到140万平方米。供热能力已达到200万平方米，是目前已建全国规模最大的再生水源热泵集中供暖（冷）项目。2017年将运营供热面积110万平方米。系统目前主要用于冬季采暖，没有用于夏季住宅区的制冷系统。
三．运行过程及效果
西安大兴新区三民村地区城市集中供热（冷）项目采用的是国家极力倡导的节能减排新技术——污水源（再生利用）热泵系统。根据实际该系统利用城市一级排放水作为热源，经污水处理厂的污水；输入至系统提升泵站，经提升加压后，进入各个站的污水换热器，并将污水中的热能传递给中介水，由中介水进入热泵主机进行能量转换，提取的热（冷）量供给建筑物，实现集中供热（冷）。污水系统单独循环，经过换热设备后交换热量或冷量返回污水排水管，污水不进入热泵机组及用户侧供暖管道，不会污染环境与其他设备或水系统。系统具有能效高、换热效果好、热量输出稳定等特点，系统已经投入运行的有两个区域，供热面积约50万平方米。根据实际运行记录，系统制热效果良好。
四．系统运行状态分析：以3#系统运行为例
3#机房热泵机组共三台供热量为：3*2100kw，供热系统循环水泵三台，高区循环水泵2台，中介水循环泵3台，污水给水泵一台，污水换热器9台。根据运行数据，正常采暖时，机组制热量合计4750kw，机组运行耗电量合计933kw，系统循环泵耗电量105kw，高区循环泵耗电量 48kw，污水泵耗电量105kw。通过对系统实际运行数据核算，机组制热效率高，COP值基本在4.9——5.3范围。系统运营成本低，项目经济效益好。并且系统运行正常、稳定，效果好。
在系统实际供热时，采暖入户水温达到45℃左右，室内温度保持在18℃以上，满足集中供暖要求。在保障工程高效节能的同时，给住户提供了舒适环保的居住环境，项目室内末端使用地板低温地辐采暖。其热量散发均匀，自下而上散热传递，给人以脚暖头凉的良好感觉和自然的舒适感。
全面建成运营后，相比较传统的燃煤采暖系统可以年节约标准煤4000余吨，减少二氧化碳排放10000余吨，二氧化硫排放300余吨，氮氧化合物150余吨，烟尘约几百吨。较传统燃煤供热可节能50%，较燃油、燃气供热可节能30%。该项目碳排放、PM2.5排放量为零，在大气治污减霾、节能减排方面具有重大意义和推广价值。
五．大力发展节能减排技术 为人类创造更加美好的明天
随着全面建设小康社会的逐步推进，建设事业迅猛发展，建筑能耗迅速增长。我国人口众多，人均能源资源相对匾乏，因此，我国建筑用能面临着巨大的严峻挑战。所以在可利用资源条件下，运用BOT、EMC等模式，大力推广以污水源热泵为核心的建筑节能技术。通过本工程可为大型污水源热泵系统的能源利用实施提供宝贵的经验。项目获得陕西省科技厅“陕西省重大科技创新项目”。
六．地板辐射系统供冷的探讨
根据地板辐射系统供冷的设计规程，地板辐射供冷系统相关研究资料及一些实验成果资料分析。资料显示对于北方比较干燥区域，以地面温度与室内温度差5℃计算，采用地板辐射供冷时室内温度应低于30℃的保证率，西安地区满足这个条件，建筑的维护结构的保温性能条件较好。采用地板供冷是房间围护结构温度降低，人体辐射散热量增大，人体的实际感受温度会比室内实际空气温度降低2℃。所以室内空气温度30℃时相当于采用传统空调方案时房间温度为28℃，对于气候比较干燥的北方地区，地板供冷系统可以在不发生结露的情况下取得较好的降温效果。因此该住宅区域应用地板辐射制冷在理论和实际上都具有可行性，可在在部分区域进行试验，如果能够达到室内空调使用效果，那该系统不仅节能显著、环保，还减少了噪音，更具有很大的经济效益。
参考文献：
[1]王子介.低温辐射供暖与辐射供冷.[M]
[2]周文忠.李建兴.污水源热泵系统和污水冷热能利用前景分析［Ｊ］．暖通空调２００４，３４
[3]冯彦刚． 城市污水资源化的研究北京.北京工业大学，２００１．［２］
论文作者:张靠远
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/3
标签：污水论文; 系统论文; 热泵论文; 温度论文; 大兴论文; 采暖论文; 源热泵论文; 《基层建设》2017年第21期论文;