合肥市污水源热泵系统应用分析

张 勇， 张 抗， 张 宁

(合肥工业大学 建筑设计研究院，安徽 合肥 230009)

合肥市污水源热泵系统应用分析

张 勇， 张 抗， 张 宁

(合肥工业大学 建筑设计研究院，安徽 合肥 230009)

建筑能耗占我国能源消费总量30%以上，而空调能耗约占建筑能耗的40%，污水源热泵是一种稳定、高效、节能的空调系统，也是可再生能源利用的形式之一。随着合肥市净水厂建设力度的加大，污水资源的利用有广阔的应用前景，为了有效发挥资源和能源的优势，科学合理的利用污水系统，该文详细计算和分析了案例项目的技术经济指标，对项目的可行性做出了研判。

污水源热泵；可再生能源；运行成本；投资回收期

污水源热泵系统是采用城市原生污水或再生水作为水源的一种热泵技术,是城市可再生能源应用的一个重要组成部分。

居住相对集中、具备一定规模的城市,其污水量比较大,水量、水温相对稳定。并且,随着城市的不断发展,污水量将会不断增加,城市污水热源具备相当大的开发潜力[1]。

随着国家大力推广可再生能源应用项目,近年来国内陆续成功建成了许多污水源热泵应用项目,大力推动了城市节能减排工作[2-3]。

“十二五”期末,建筑领域累计年节能140万t标煤,减排当量CO2341万t的能力。其中:新建建筑节能135万t标煤,既有建筑节能改造节能5万t标煤,可再生能源建筑应用常规能源替代量14万t标煤,绿色建筑节能3万t标煤。合肥市建筑节能“十三五”规划的节能指标会进一步加大,要实现更高的节能目标(50%→65%→更高),关键在于包括污水源热泵等可再生能源建筑应用的技术推广与建筑设备系统技术革新。

合肥城区污水处理设计日平均总规模97.5万t/d(2012年),冬季水温14 ℃～11 ℃, 夏季水温22 ℃～25 ℃, 污水水质达到文献[4]中的一级A和一级B的排放要求,最大设计流量约为28 430 m3/h,冬季供热量约209 MW,夏季供冷量约138 MW。采用污水源热泵技术,冬季可以提供580万m2供热面积,减少CO2排放量65万t;夏季可以提供197万m2制冷面积,减少CO2排放量37万t。

1 案例技术及经济性分析

拟规划建设的合肥市高铁西站商务区项目,拟采用再生水供冷、供热。项目位于安徽省合肥市蜀山区,总投资约7 542万元,供冷、热建筑面积约54万m2,项目冷热源采用水源热泵空调系统[5-7],系统散热、取热采用附近清溪净水厂污水。

1.1 清溪净水厂污水应用条件

合肥市清溪净水厂位于清溪路北侧、清二冲东侧,临近南淝河。污水处理设计规模为20 万 m3/d,最大处理能力 26万m3/d。再生水出水平均温度:冬季为12 ℃,夏季为25 ℃,按照其日处理水量为20万t进行污水源热泵设计,假设清溪净水厂每天二十四小时处理水量均匀为2 315 kg/s;水源热泵再生水侧供回水温差为5 ℃,因此水源热泵夏季制冷工况运行时的供冷负荷为Q1(制冷COP值按5.2计算),冬季制热工况运行时的供热负荷为Q2(制热COP值按4.7计算)[8-9]。

1.2 冷、热负荷估算

表1 各类型建筑面积及负荷指标

由于清溪净水厂的污水流量限制(最大供冷量40.5MW,最大供热量61.4 MW),无法对项目区域的所有周边建筑提供冷、热配套,在优先满足高铁西站的供冷供热需求后,其余部分将根据用户类型择优接入,因高铁西站及其周边的总体规划尚未完成,表1中的建筑类型及面积均参考了合肥高铁南站。

1.3 初投资概算

污水源热泵区域供冷供热系统初投资主要包括机房建设初投资、设备初投资、安装初投资以及输送管网初投资等,估算初投资费用见表2所列。

表2 初投资计算表

1.4 运行收入分析

1.4.1 配套建设费

配套建设费(表3)依项目产权建筑面积计算,按照不同的建筑类型进行收费。

表3 配套建设费

1.4.2 用户用能缴费

合肥市热电集团向用户推介的能源价格为公建按0.45～0.5元/kW·h,为便于收费,采取冷热同价,折中后确定为0.45元/kW·h,居民采暖收费仍参照合肥市物价局核定的0.35元/kW·h的标准。用户用能标准见表4所列。

表4 用户用能缴费标准

1.5 运行成本

1.5.1 直接运行费用

本项目的运行成本主要来自于主机运行的耗电量和水泵运行耗电量[10],其计算结果如表5、表6所列。

表5 夏季不同运行工况耗电量统计表 kW·h

表6 冬季不同运行工况耗电量统计表 kW·h

由于项目利用了可再生能源,考虑供电部门给予一定的用电优惠,参照工业用电收费标准计费,其用电价格为0.747 5元/kW·h,表7即基于这一电价计算。

表7 全年运行能耗及运行费用表

1.5.2 其他运行成本

(1) 固定资产折旧费:经统计,设备及管网的固定投资额度为6 192万元,按平均年限法计算折旧,折旧年限为20年,残值率5%,则年折旧费用为309.6万元/年。

(2) 维修费:按照设备及管网固定投资额度的2%考虑,则维修费为123.84万元/年。

(3) 人员工资及福利:能源中心全年运行7个月,建议按照4班3运转制进行人员配备,根据系统的复杂性,建议人员编制如表8所列。

表8 能源中心人员配置表

人员工资及福利按平均8万元/人年,则所有人员的工资及福利为168万元/年。

1.6 投资回收期

考虑项目所供冷供热的总建筑面积较大,需逐步建设完成并投入使用,建设配套建设费从第2年开始收取,分别按第2年30%,第3年、第4年均为35%的比例分期收取。运行收入则按第2年30%、第3年65%、第4年起100%的方式计入。按现行5年以上同期银行贷款利率为5.9%,根据计划建设周期1年,可对项目的动态投资回收期进行计算,计算结果如表9所列。

表9 项目动态投资回收期 万元

从表9可以看出,前3年为项目的建设和市场培育期,第4年进入成熟运营状态,整个项目的动态投资回收期为7年。

2 结束语

城市污水源热泵利用城市污水作为冷热源,不会对环境造成负面影响,同时又能提升空调的效率,是一项绿色空调(建筑)技术。

在实施过程中应该注意因地制宜,科学合理的利用能源。相关政府部门也应积极给出政策支持,制定城市污水源能源利用的专项规划,对污水源的供能范围、供能面积,取排水的要求、环境要求等给出指导意见;加大关键技术研究,编制适宜于地方污水源热泵技术应用的标准或细则;出台相关激励政策,鼓励和推动具备条件的建筑优先应用,树立典型,形成示范。

[1] 吴荣华，张承虎，孙德兴.城市污水冷热源应用技术发展状况研究[J].暖通空调，2005(6)：25～28.

[2] 崔福义，李晓明，周 红.污水资源及其在热泵供热中的应用[J].低温建筑技术，2005(1)：51～55.

[3] 吕 鑑，冯彦刚.城市污水低位热能回收利用的研究[J].工业用水与废水，2002(1)：10～13.

[4] GB 18918-2002，城镇污水处理厂污染物排放标准[S].

[5] GB 50736-2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S]．

[6] GB 50366-2009,地源热泵系统工程技术规范[S].

[7] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施(暖通空调·动力)[M].北京：中国计划出版社，2009.

[8] GB 50189-2015，公共建筑节能设计标准[S].

[9] 建设部工程质量安全监督与行业发展司. 全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇(暖通空调·动力)[M].北京：中国计划出版社，2007.

[10] GBT 19409-2013，水(地)源热泵机组[S].

2016-08-03；修改日期：2016-08-15

张 勇(1963-)，男，四川内江人，合肥工业大学建筑设计研究院教授级高工．

TU833.3;TU834.33;TU992.25

A

1673-5781(2016)04-0502-03