張 勇， 張 抗， 張 寧

(合肥工業(yè)大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230009)

合肥市污水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用分析

張 勇， 張 抗， 張 寧

(合肥工業(yè)大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230009)

建筑能耗占我國(guó)能源消費(fèi)總量30%以上，而空調(diào)能耗約占建筑能耗的40%，污水源熱泵是一種穩(wěn)定、高效、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，也是可再生能源利用的形式之一。隨著合肥市凈水廠建設(shè)力度的加大，污水資源的利用有廣闊的應(yīng)用前景，為了有效發(fā)揮資源和能源的優(yōu)勢(shì)，科學(xué)合理的利用污水系統(tǒng)，該文詳細(xì)計(jì)算和分析了案例項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)項(xiàng)目的可行性做出了研判。

污水源熱泵；可再生能源；運(yùn)行成本；投資回收期

污水源熱泵系統(tǒng)是采用城市原生污水或再生水作為水源的一種熱泵技術(shù),是城市可再生能源應(yīng)用的一個(gè)重要組成部分。

居住相對(duì)集中、具備一定規(guī)模的城市,其污水量比較大,水量、水溫相對(duì)穩(wěn)定。并且,隨著城市的不斷發(fā)展,污水量將會(huì)不斷增加,城市污水熱源具備相當(dāng)大的開(kāi)發(fā)潛力[1]。

隨著國(guó)家大力推廣可再生能源應(yīng)用項(xiàng)目,近年來(lái)國(guó)內(nèi)陸續(xù)成功建成了許多污水源熱泵應(yīng)用項(xiàng)目,大力推動(dòng)了城市節(jié)能減排工作[2-3]。

“十二五”期末,建筑領(lǐng)域累計(jì)年節(jié)能140萬(wàn)t標(biāo)煤,減排當(dāng)量CO2341萬(wàn)t的能力。其中:新建建筑節(jié)能135萬(wàn)t標(biāo)煤,既有建筑節(jié)能改造節(jié)能5萬(wàn)t標(biāo)煤,可再生能源建筑應(yīng)用常規(guī)能源替代量14萬(wàn)t標(biāo)煤,綠色建筑節(jié)能3萬(wàn)t標(biāo)煤。合肥市建筑節(jié)能“十三五”規(guī)劃的節(jié)能指標(biāo)會(huì)進(jìn)一步加大,要實(shí)現(xiàn)更高的節(jié)能目標(biāo)(50%→65%→更高),關(guān)鍵在于包括污水源熱泵等可再生能源建筑應(yīng)用的技術(shù)推廣與建筑設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)革新。

合肥城區(qū)污水處理設(shè)計(jì)日平均總規(guī)模97.5萬(wàn)t/d(2012年),冬季水溫14 ℃～11 ℃, 夏季水溫22 ℃～25 ℃, 污水水質(zhì)達(dá)到文獻(xiàn)[4]中的一級(jí)A和一級(jí)B的排放要求,最大設(shè)計(jì)流量約為28 430 m3/h,冬季供熱量約209 MW,夏季供冷量約138 MW。采用污水源熱泵技術(shù),冬季可以提供580萬(wàn)m2供熱面積,減少CO2排放量65萬(wàn)t;夏季可以提供197萬(wàn)m2制冷面積,減少CO2排放量37萬(wàn)t。

1 案例技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析

擬規(guī)劃建設(shè)的合肥市高鐵西站商務(wù)區(qū)項(xiàng)目,擬采用再生水供冷、供熱。項(xiàng)目位于安徽省合肥市蜀山區(qū),總投資約7 542萬(wàn)元,供冷、熱建筑面積約54萬(wàn)m2,項(xiàng)目冷熱源采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)[5-7],系統(tǒng)散熱、取熱采用附近清溪凈水廠污水。

1.1 清溪凈水廠污水應(yīng)用條件

合肥市清溪凈水廠位于清溪路北側(cè)、清二沖東側(cè),臨近南淝河。污水處理設(shè)計(jì)規(guī)模為20 萬(wàn) m3/d,最大處理能力 26萬(wàn)m3/d。再生水出水平均溫度:冬季為12 ℃,夏季為25 ℃,按照其日處理水量為20萬(wàn)t進(jìn)行污水源熱泵設(shè)計(jì),假設(shè)清溪凈水廠每天二十四小時(shí)處理水量均勻?yàn)? 315 kg/s;水源熱泵再生水側(cè)供回水溫差為5 ℃,因此水源熱泵夏季制冷工況運(yùn)行時(shí)的供冷負(fù)荷為Q1(制冷COP值按5.2計(jì)算),冬季制熱工況運(yùn)行時(shí)的供熱負(fù)荷為Q2(制熱COP值按4.7計(jì)算)[8-9]。

1.2 冷、熱負(fù)荷估算

表1 各類型建筑面積及負(fù)荷指標(biāo)

由于清溪凈水廠的污水流量限制(最大供冷量40.5MW,最大供熱量61.4 MW),無(wú)法對(duì)項(xiàng)目區(qū)域的所有周邊建筑提供冷、熱配套,在優(yōu)先滿足高鐵西站的供冷供熱需求后,其余部分將根據(jù)用戶類型擇優(yōu)接入,因高鐵西站及其周邊的總體規(guī)劃尚未完成,表1中的建筑類型及面積均參考了合肥高鐵南站。

1.3 初投資概算

污水源熱泵區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)初投資主要包括機(jī)房建設(shè)初投資、設(shè)備初投資、安裝初投資以及輸送管網(wǎng)初投資等,估算初投資費(fèi)用見(jiàn)表2所列。

表2 初投資計(jì)算表

1.4 運(yùn)行收入分析

1.4.1 配套建設(shè)費(fèi)

配套建設(shè)費(fèi)(表3)依項(xiàng)目產(chǎn)權(quán)建筑面積計(jì)算,按照不同的建筑類型進(jìn)行收費(fèi)。

表3 配套建設(shè)費(fèi)

1.4.2 用戶用能繳費(fèi)

合肥市熱電集團(tuán)向用戶推介的能源價(jià)格為公建按0.45～0.5元/kW·h,為便于收費(fèi),采取冷熱同價(jià),折中后確定為0.45元/kW·h,居民采暖收費(fèi)仍參照合肥市物價(jià)局核定的0.35元/kW·h的標(biāo)準(zhǔn)。用戶用能標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4所列。

表4 用戶用能繳費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 運(yùn)行成本

1.5.1 直接運(yùn)行費(fèi)用

本項(xiàng)目的運(yùn)行成本主要來(lái)自于主機(jī)運(yùn)行的耗電量和水泵運(yùn)行耗電量[10],其計(jì)算結(jié)果如表5、表6所列。

表5 夏季不同運(yùn)行工況耗電量統(tǒng)計(jì)表 kW·h

表6 冬季不同運(yùn)行工況耗電量統(tǒng)計(jì)表 kW·h

由于項(xiàng)目利用了可再生能源,考慮供電部門給予一定的用電優(yōu)惠,參照工業(yè)用電收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)費(fèi),其用電價(jià)格為0.747 5元/kW·h,表7即基于這一電價(jià)計(jì)算。

表7 全年運(yùn)行能耗及運(yùn)行費(fèi)用表

1.5.2 其他運(yùn)行成本

(1) 固定資產(chǎn)折舊費(fèi):經(jīng)統(tǒng)計(jì),設(shè)備及管網(wǎng)的固定投資額度為6 192萬(wàn)元,按平均年限法計(jì)算折舊,折舊年限為20年,殘值率5%,則年折舊費(fèi)用為309.6萬(wàn)元/年。

(2) 維修費(fèi):按照設(shè)備及管網(wǎng)固定投資額度的2%考慮,則維修費(fèi)為123.84萬(wàn)元/年。

(3) 人員工資及福利:能源中心全年運(yùn)行7個(gè)月,建議按照4班3運(yùn)轉(zhuǎn)制進(jìn)行人員配備,根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜性,建議人員編制如表8所列。

表8 能源中心人員配置表

人員工資及福利按平均8萬(wàn)元/人年,則所有人員的工資及福利為168萬(wàn)元/年。

1.6 投資回收期

考慮項(xiàng)目所供冷供熱的總建筑面積較大,需逐步建設(shè)完成并投入使用,建設(shè)配套建設(shè)費(fèi)從第2年開(kāi)始收取,分別按第2年30%,第3年、第4年均為35%的比例分期收取。運(yùn)行收入則按第2年30%、第3年65%、第4年起100%的方式計(jì)入。按現(xiàn)行5年以上同期銀行貸款利率為5.9%,根據(jù)計(jì)劃建設(shè)周期1年,可對(duì)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)投資回收期進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如表9所列。

表9 項(xiàng)目動(dòng)態(tài)投資回收期 萬(wàn)元

從表9可以看出,前3年為項(xiàng)目的建設(shè)和市場(chǎng)培育期,第4年進(jìn)入成熟運(yùn)營(yíng)狀態(tài),整個(gè)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)投資回收期為7年。

2 結(jié)束語(yǔ)

城市污水源熱泵利用城市污水作為冷熱源,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響,同時(shí)又能提升空調(diào)的效率,是一項(xiàng)綠色空調(diào)(建筑)技術(shù)。

在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)該注意因地制宜,科學(xué)合理的利用能源。相關(guān)政府部門也應(yīng)積極給出政策支持,制定城市污水源能源利用的專項(xiàng)規(guī)劃,對(duì)污水源的供能范圍、供能面積,取排水的要求、環(huán)境要求等給出指導(dǎo)意見(jiàn);加大關(guān)鍵技術(shù)研究,編制適宜于地方污水源熱泵技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)或細(xì)則;出臺(tái)相關(guān)激勵(lì)政策,鼓勵(lì)和推動(dòng)具備條件的建筑優(yōu)先應(yīng)用,樹(shù)立典型,形成示范。

[1] 吳榮華，張承虎，孫德興.城市污水冷熱源應(yīng)用技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r研究[J].暖通空調(diào)，2005(6)：25～28.

[2] 崔福義，李曉明，周 紅.污水資源及其在熱泵供熱中的應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù)，2005(1)：51～55.

[3] 呂 鑑，馮彥剛.城市污水低位熱能回收利用的研究[J].工業(yè)用水與廢水，2002(1)：10～13.

[4] GB 18918-2002，城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] GB 50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[6] GB 50366-2009,地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(暖通空調(diào)·動(dòng)力)[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[8] GB 50189-2015，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[9] 建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司. 全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施節(jié)能專篇(暖通空調(diào)·動(dòng)力)[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

[10] GBT 19409-2013，水(地)源熱泵機(jī)組[S].

2016-08-03；修改日期：2016-08-15

張 勇(1963-)，男，四川內(nèi)江人，合肥工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院教授級(jí)高工．

TU833.3;TU834.33;TU992.25

A

1673-5781(2016)04-0502-03