太原市再生水资源余热利用分析与探索

刘宝香 李晓崴

(1.太原市供热管理中心，山西 太原 030012;2.太原市排水管理处，山西 太原 030006)

0 引言

当今社会环境污染与能源危机已成为全人类必须面对并要加以解决的重大课题，近年来，随着社会生产力的不断发展，社会文明程度的不断进步，人们的环保责任意识不断加强。就采暖行业而言，人们不但需要高质量的供暖，同时还对该行业在环保、节能和安全文明生产方面提出了更高的要求，在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的供暖空调系统应运而生，而再生水源热泵技术正是满足这些要求的比较有代表性的低耗能新型供暖空调技术。

水源热泵空调系统是一种可以利用地球表面浅层水源(如地下水、河流和湖泊)和人工再生水源(工业废水、中水、地热尾水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位热能的转移。将水体和地层蓄能作为冬、夏季的供暖热源和空调冷源，即在冬季，把水体或地层中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖;夏季，把室内的热量“取”出来，释放到水体和地层中去。水源热泵只提取水中的热或冷而不消耗水，并且基本做到水体或地层蓄能的年平均能量平衡，不会造成任何污染。

1 城市概况

1.1 基本情况

太原市地处大陆内部，在全国气候区划中，属于暖温带大陆性季风气候类型。冬季干冷漫长、严寒少雪，夏季炎热多雨，春季升温急剧，秋季降温迅速，四季分明。全年平均气温11.9℃，最冷月为1月，平均气温为－3.5℃，最热月为7月，平均气温为26.1 ℃。

1.2 太原市供热情况

太原市多年来一直以分散的小型燃煤锅炉供热为主，由于分散的小型燃煤锅炉，热效率低，除尘、脱硫设备不完善，造成了极大的能源浪费和严重的环境污染，致使太原市大气环境污染状况多年来十分严重。2006年后，太原市大力发展集中供热，使太原市的大气环境质量得到了改善。2011年太原市政府提出“太原市两到三年实现清洁环保型供热全覆盖”目标，仅2012年就实现扩网面积2 785万m2，太原市大气环境质量发生了质的变化。2013年计划全市供热扩网2 000万m2，力争达到2 500万m2。预计2015年太原市将实现清洁环保型供热全覆盖。

截至2012年年底，太原市供热面积为1.46亿m2，供热量为0.63亿GJ，供热方式比例为:燃煤热电联产供热占39%，大型燃煤锅炉房供热占24%，20 t以下分散锅炉供热占28%，燃气锅炉供热占7%，水源热泵、电供热占2%。其中有15个大型热源厂，供热面积为8 525万m2。主要热源:热电厂、工业余热、大型集中锅炉房和分散的中、小型锅炉房、城中村小锅炉以及煤气、燃油、电力等清洁能源。

1.3 太原市城市污水再生水情况

太原市在运行污水处理厂为6座，汾河以东地区自北向南分别为北郊污水处理厂、赵庄污水处理厂、杨家堡污水处理厂、世纪阳光污水处理厂，汾河以西地区自北向南分别为河西北中部污水处理厂、南堰污水处理厂。设计总处理能力61.8万t/d，出水水质除南堰污水处理厂为二级标准外，其余均达到GB 18918-2002一级A排放标准。2012年再生水产量为55.11万t/d，到“十二五”末，随着城南污水处理厂(在建)、晋源污水处理厂(规划)的竣工投产，南堰污水处理厂改扩建工程(规划)的竣工投产，太原市将产生共计约70万t/d以上的再生水。

2 再生水资源余热利用作为太原市发展城市集中供热的辅助项目的可行性分析

2.1 城市再生水应用于水源热泵的优势

1)稳定性。

中水作为热泵系统的热源具有含有大量热能可大量获得，产量及流量恒定的特点。中水的水体温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

2)节能性。

通常水源热泵消耗1 kW的能量，用户可以得到4 kW以上的热量或冷量。而锅炉供热只能将90%以上的电能或70%～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此水源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量，是一项节能、环保的高科技项目，符合发展循环经济、创建节约型社会、落实科学发展观的要求。

2.2 符合环保的要求

再生水源热泵系统没有锅炉，对减少温室气体排放、保护环境，完成城市节能减排指标有重要意义。不用消耗煤炭、石油、天然气等宝贵的一次性不可再生的能源，不排放二氧化碳及二氧化硫等气体，除使用少量的电能以外，其运行没有任何污染。供冷时可省去冷却塔，避免了冷却塔噪声和水的飘失;噪声低，不向室外排放热风，不会造成“热岛效应”，循环液在地下系统中密闭流动，不含有害物质，无任何污染。

2.3 经济效益明显

水源热泵与锅炉(电、燃料)和空气热源泵的供热系统相比，具有明显的优势。锅炉供热只能将90%～98%的电能或60%～90%的燃料内能转化为热量(燃煤锅炉为68%)，供用户使用，因此水源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量。由于中水温度全年较为稳定，一般为13℃～25℃，其制冷、制热系数分别可达5.5，4.7。与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右。其运行费用为普通中央空调的50%～60%，平均可节约30%～40%的供热制冷空调的运行费用。

2.4 技术可行性及案例

2.4.1 太原市再生水温情况

表1 再生水温情况 ℃

从表1中数据分析，再生水水温能够很好的保证水源热泵的运行要求。

1)供暖时从再生水中提取的温度取8℃;2)制冷时向再生水中释放的温度取11℃。

2.4.2 水源热泵系统对水源的要求

水源热泵系统经过多年运行和发展，目前技术已非常成熟，在我国许多城市已得到了广泛的使用。其对水源的要求是:水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。由于再生水源的特殊性，再生水源的水温、水量和水质对再生水源热泵系统的运行更是起着非常重要的作用。

2.4.3 太原市再生水水源热泵技术利用案例

杨家堡污水处理厂水源热泵项目于2007年12月投入试运行。该项目利用杨家堡污水净化厂的中水为源体，通过消耗部分电能满足冬季采暖、夏季制冷的需求，实现供暖、制冷服务面积达21 231 m2。冬季室内温度一般能达到16℃ ～21℃;夏季室内温度能达到24℃～26℃，湿度不大于65%，中水需求量约为6 000 t/d。自运行以来，效果良好。水源热泵技术在杨家堡污水净化厂内的实施，全取代上述锅炉的功能，并且夏季可供冷。该运行费用主要为电费，经过多年的运行，年运行经费约60万元(供热5个月、制冷3个月)，人工及维护费每年4万元，合计:64万元。根据2012年煤炭价格估算节约近80万元锅炉运行费用，消除了污染同时还解决了夏季制冷的问题。

3 太原市再生水用于水源热泵的设想

管网建设是制约再生水使用的一个难题，在我市再生水管网目前建设水平及规划的前提下，再生水作为水源热泵热源的使用宜采用集中和沿已有或计划铺设主管线附近两种模式使用。

3.1 杨家堡污水处理系统

负担杨家堡污水厂周边高新区等地的集中用户;另外杨家堡污水厂回用管线向东将沿学府街铺设至学府公园，向北将由汾河公园铺设至森林公园，杨家堡污水厂至学府公园沿线及周边可使用再生水，杨家堡污水厂沿汾河公园至森林公园沿线及周边可使用再生水。可供热面积为80万m2～160万m2。

3.2 河西北中部污水厂污水处理系统

负担河西厂周边长风商务区、丽花苑小区等集中用户;另河西北中部污水厂向北将铺设沿汾河至森林公园再生水管线，向南铺设至晋阳湖。再生水管线沿线及周边可使用再生水。可供热面积为80万m2～160万m2。

3.3 北郊污水净化厂污水处理系统

负担北郊污水厂周边用户，另北郊污水厂铺设至二电厂再生水管线、至太钢再生水管线、至城西水系再生水管线。沿线及周边可使用再生水。可供热面积20万m2～40万m2。

3.4 城南污水净化厂污水处理系统

负担城南污水净化厂周边用户，另外该污水厂规划实施再生水回供清徐工业园区用水，管线沿线及周边可使用再生水供热制冷。可供热面积为100万m2～200万m2。

4 结语

水源热泵技术能达到节约能源和尽快改善城市大气环境质量的目标，是开发利用新型清洁能源和可再生能源发展供热目标的先进典范，可作为太原市发展城市集中供热的辅助项目加以应用。为了有效的推动再生水资源的利用，建议相关部门在城市发展、道路建设的同时，进一步加快城市污水处理厂再生水工程及配套管网设施的建设步伐，提高再生水综合输水能力，在输水管道沿线因地制宜、合理规划供热方式;研究和制订再生水利用扶持政策和保障措施，依法实施规范化管理，努力扩大再生水用户和使用范围;研究和完善再生水水源热泵在不同领域、用户使用的优惠方案、价格机制、监督体系等相关配套的政策措施，大力发展低碳环保供热方式，推进再生水的综合利用，扩大再生水利用量。

［1］ 左泽平.关于中水水源热泵技术的运营及推广［J］.科技情报与开发，2009(3):92-93.

［2］ 江雄志，赵会芳.桥东污水厂污水(中水)源热泵系统设计［J］.中国给水排水，2005(21):70-71.

［3］ 林素菊，温晓军.某厂房水源热泵系统设计［J］.山西建筑，2012，38(18):133-134.

［4］ 吴荣华，张承彪.城市污水冷热源应用技术发展状况［J］.暖通空调，2005(10):121-123.