污水源热泵中心能源站设计研究

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1、污水源热泵中心能源站设计研究杨灵艳朱清宇中国建筑科学研究院摘要：本项目以日排水量20万方的污水处理厂处理后污水作为热泵低位热源，建立能源站，为周围公建以及住宅小区集中供冷、供热。本文以项目一期为例，针对污水处理厂排水的特点，探讨污水源热泵系统设计中的相关问题，并将项目与传统电制冷加锅炉的供冷、供热方式进行环保性比较，其节能环保效果十分显著。关键词：污水源热泵热泵站集中供能环保性0前言随着我国城镇化建设的不断发展，工业企业发展速度的不断加快，生活及工业污水的排放量也逐渐增大。现阶段，大部分的污水在经

2、过污水厂处理后，达到国家排放标准后直接排放，而排放的污水在所经历的各个处理过程中，水温在冬季一般都在10℃以上，直接排放造成了能量的大量损失。采用污水源热泵系统，冬季可以将污水中的低品味的热能提取出来，经过热泵做功，达到可以供用户供热的温度；夏季可以将制冷系统产生的冷凝热量排放到污水当中。一机两用，可以同时满足用户的供冷、供热需求。1项目介绍该项目位于山东省某市高新区内，污水源热泵中心能源站直接建在污水处理厂中。周围为高新区内多家企业规划用地，潜在用能客户众多。1.1一期建设规模污水源热泵中心能源

3、站的建设分为两期进行，一期供能面积为12.5万平米，供能半径为500米，二期供能面积为29万平米，供能半径为2000米。一期所供全部为新建建筑，类型既有公建也有住宅，为了更好的采用污水源热泵作为冷热源，一期建筑末端所用风机盘管以及地板供热的设计中适当降低了温度，冬季风机盘管设计温度为46/39℃，地板供热采用高低分区后，以板式换热器相隔后，设计温度为45/37℃。夏季风机盘管供冷设计温度为5/12℃，设计中冬、夏季均采用了7℃的大温差，目的是为了降低水流量，从而降低水泵的耗功，提高系统能效比。总设

4、计冷负荷为6400kw，热负荷为5400kw。污水源热泵中心能源站一期设计以此为据。1.2污水源特性该项目污水处理厂污水来的90%以上来源于高新区内的工业企业，生活污水所占比例较小，由于各个企业工艺处理过程的需要，污水的水温排水温度高于生活污水排水温度，且微生物含量低于普通生活污水，污水经过污水处理厂处理工艺后，排水水质经检测已经达到国家A级排放标准，但是是否能作为热泵的低位热源，还需要对水温、水量和水质进行全面的分析。1.2.1水温污水排水温度，是影响污水源热泵应用效果的重要因素，为了全面评估污

5、水是否能满足污水源热泵冬季供热和夏季供冷的需要，对污水处理厂在供热期和供冷期内的污水排水温度需进行全面监测，监测结果如图1所示。由图1可以看出，污水的日均排水温度在供热季（11月15日至次年3月15日）徘徊在16-19℃之间，在制冷季（6月20日至9月30日）在25-28.5℃之间。由此可以看出，污水水温非常适合应用污水源热泵系统，是非常理想的热泵低位热源。夏季污水作为冷却水，效果明显优于冷却塔的冷却工况。图1污水日均排水温度分布图1.2.2水量污水的水量，是决定污水源热泵系统能否稳定的满足用户需

6、要的重要因素，因此，须对供热和供冷季节的污水排水量进行监测，监测结果如图2所示。污水日排水量分布图可以看出，污水厂的日累积排水量在供热季最低处理量为122863m3/d；最高处理量为215500m3/d；整个供热季日均处理量为；169042m3/d，日均小时处理量为7043m3/h。在制冷季最低处理量为165945m3/d；最高处理量为279429m3/d；整个制冷季日均处理量为211547m3/d，日均小时处理量为8814m3/h。完全满足污水源热泵中心能源站一期供冷污水需求量1650m3/h，

7、供热污水需求量1470m3/h。图2污水日排水量分布图1.2.3水质状况表1污水水质状况调查表（mg/l）Ph7.45硫酸盐719.53锰0.34浊度(NTU)10.11氨氮22.8总油0.19色度(倍)22.21总磷3.05钙离子224.03BOD3.86溶解性总固体2253.35镁离子56.87COD59.46电导率(ms/m)234.29钾离子22.4氯化物482.09TOC14.37钠离子421.95二氧化硅8.14碳酸氢根385.03硝酸根4.57总硬度793.71NH4+35.59氟化

8、物0.84总碱度315.91铁0.15钡离子0.07污水厂排水的水质，对污水源热泵机组中换热器材质的选择有决定性作用，尤其是具有腐蚀性的酸根及具有氧化性的高价金属离子浓度。因此，虽然污水处理厂排水已经达到国家A级排放标准，具体在污水源热泵系统中应用，还要进行更详细的分析化验。化验的结果如表1所示。可以看出，污水排水中，硫酸盐、氯离子、硬度都很高，均超过了《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005）中的相关标准。因此，要在污水源热泵中心能源站的方案论证及设计过程中