污水源热泵供热制冷能源可行性研究

吴潇

摘 要：随着社会的不断快速发展，能源短缺问题变得越来越严重，这也使得了人们越来越重视节能方面的工作。污水源热泵，作为利用可再生清洁能源的一种重要方式，在日益重视环境问题以及对节约能源的要求越来越高的城市发展规划中，势必会受到更多的重视目光。济南能源建设发展有限公司拟在济南光大水务水质净化二厂、华山片区建设污水源热泵能源站，本文对其可行性进行阐述。

关键词：污水源热泵系统；集中供热系统；热力学；可行性

1、引言

随着时代的发展，越来越多的新能源得到了广泛的应用，这在很大程度上促进了社会的健康稳定发展。现阶段，各种类型的热源冷源热泵系统都被人们熟知。目前新能源供热的形式主要包括污水源热泵系统、地源热泵系统、空气源热泵系统以及太阳能蓄热系统等等，其中污水源热泵系统以其较低的初投资和较高的能效比在多元化的供热市场中占据着独特的优势。

济南能源建设发展有限公司拟在济南光大水务水质净化二厂、华山片区（以三厂为污水源）建设污水源热泵能源站，污水总处理规模40万吨/天，其中，华山片区利用济南光大水务水质净化三厂的低品质污水热量建设供热规模为235万m2污水源热泵供热能源站，包括21个热泵站，每个站内建设污水源热泵机组，其余不足部分采用空气源热泵机组作为补充。水质净化二厂建设供热规模为80万m2污水源热泵供热能源站，解决周边居民供热及公建的供热需求，设计供热规模共计315万m2。

2 项目建设必要性

2.1本项目的实施，有利于现有资源充分利用，发挥巨大优势

早在1982年，北欧就已经对污水源热泵技术进行应用。现阶段，我国污水源热泵热泵技术也已成熟。水质净化二厂及华山片区周边区域，由于分属不同的单位，不利于统筹管理。同时，两个污水处理厂的日处理污水总量在40万吨，蕴含着巨大的低品位热能，利用污水余热进行供热以替代现状内热源，不仅能够减少现有热源对化石能源的消耗，还能增加可再生能源的合理开发利用。

污水采暖具有无与伦比的优越性。城市污水是由工业废水和生活污水组成，水量巨大，是一种蕴含丰富低位热能的可再生热能资源。污水源热泵空调系统则是以城市污水作为建筑的冷热源，解决建筑物冬季采暖、夏季空调和全年热水供应的重要技术，也是城市污水资源开发利用的有效途径。同时减少了城市废热和污染物的排放，美化了环境。

2.2本项目的实施，有利于济南城市的可持续发展

中国十二五规划推动的制造升级、消费升级以及环保需求，成为驱动原生污水源开发与利用的三大引擎。污水源热泵系统是我国当前各类热泵技术中发展和应用前景最被看好的一种。能源供应紧张的现状为能源利用方式敲响了警钟。大力发展可再生能源，为可持续发展提供保障已逐渐成为人们的共识。

2.3本项目的实施，有利于济南市能源结构的调整

新能源和可再生能源的利用，是一个城市对绿色能源的重视程度和现代科学技术水平进步的重要体现。济南市大量煤炭的直接燃烧引起了严重的环境污染，为了实现济南的碧水蓝天，用清洁能源代替煤炭、调整能源结构是济南市近期的重要任务。

2.4本项目的实施，有利于济南市环境的保护

为解决济南市燃烧煤炭给环境造成的污染问题，济南市政府采取了引进天然气、清洁能源等多项措施，本项目采取的污水源热泵系统的运行过程中对环境没有任何污染，以电为动力没有燃烧，所以不会排烟，也没有燃烧废弃物，对济南防止空气污染、保护环境，还济南一个蓝天，实现自然生态平衡具有重要的作用，相比原来采暖用的煤、油、气是理想的清洁能源。

3、机组特点分析

4、运行费用分析比較

按照每天运行24小时，济南地区冬季采暖运行120天，污水源热泵及燃气锅炉综合利用系数均取0.54（气候调节系数）。电费取0.6元/kWh。天然气热值按8500大卡/立方米，按照济南市调整气价取3.3元/立方米，热能利用效率取0.85。运行费用如下：

1、燃气锅炉

（1）主机运行费用：锅炉每小时耗气量为：Q=1950kW×860÷8500÷0.85=232m3/小时，运行费用如下：

232m3×3.3元/m3×24h×120天×0.54=119.07万元

（2）附机运行费用：循环泵输入功率约为22kW，运行费用如下：

22kW×24h×0.6元/kWh×120天×0.8=3.04万元

运行费用合计：122.11万元

单位面积年运行费用：37.57元/平米/年

2、污水源热泵系统

（1）主机运行费用：制热时主机输入功率505kW，运行费用如下：

505kW×0.6元/kWh×24 h×120天×0.54=47.12万元

（2）附机运行费用：辅机输入功率约52kW（循环水泵输入功率22kW，中介水水泵输入功率约30kW），运行费用如下：

52 kW×0.6元/kWh×24 h×120天×0.8=7.19万元

运行费用合计：54.31万元

单位面积年运行费用：16.71元/平米/年

由上述计算可见，污水源热泵运行费用仅为燃气锅炉运行费用的44.48%。每年仅运行费用就可以节约60余万元，若采用污水源热泵供暖几年时间即可收回多出部分投资。

5、节能减排效果

本项目通过污水源热泵技术提取中水的低品位热量供热，实现了低品位能源的开发利用，采用高能效比的污水源热泵机组及高效节能产品，替代燃煤锅炉集中供热方式，与燃煤锅炉集中供暖方式作对比，均以所消耗的一次能源（标煤）为评价标准，项目实施后每年可节约52590t标煤，节能效果显著。

项目实施后每年可节约52590t标煤，可以减少烟尘排放量5.29t，减少二氧化碳排放约83494.09t，减少二氧化硫排放约67.84t，以及减少氮氧化物的排放。应用污水水源热泵技术可以变废为宝，实现城市废热的回收利用，扩大污水的用途，同时降低了污水排放温度，环境效益明显。

6、结束语

总而言之，相同工程规模下，污水源热泵系统较燃气锅炉初投资较高，但系统运行费用大大降低，几年内就可回收多出部分投资，同时，污水源热泵系统符合国家现行产业发展政策，具有很好的节能效益、环保效益、经济效益及社会效益，因此，本项目经过综合考虑采用污水源热泵机组来满足水质净化二厂及华山片区周围居民及部分公建的供暖需求。

参考文献：

[1]济南将用贷款发展污水源热泵供热制冷项目[J].供热制冷，2017（04）：12.

[2]曹正霞. 济南市某小区污水源热泵供热系统的实例分析与评价[D].哈尔滨工业大学，2016.