2011年第12期總第39卷第250期建筑節(jié)能■新能源與綠色建筑No 12 in 2011(Total No 250. Vol39)NEW ENERGY GREEN BUILDINGdoi:10.3969jism.1673-7237012012沈水灣污水處理廠污水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)楊德福(遼寧省建筑設(shè)計(jì)研究院沈陽110005)摘要:針對(duì)沈水灣污水處理廠得天獨(dú)厚的條件,在廠區(qū)杗暖空調(diào)設(shè)施改造過程中采用了污水源熱泵技術(shù);在該工程設(shè)計(jì)過程中,增加板式換熱器換熱中介,很好地解決了污水對(duì)水源熱泵機(jī)組的腐蝕問題;采用污水源熱泵系統(tǒng),有很大的節(jié)能效益關(guān)鍵詞:污水源熱泵;板式換熱器;節(jié)能中圖分類號(hào):TU831文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1673-7237(2011)12-04703Sewage-Source Heat Pump System Design of Shenshuiwan Sewage Treatment PlantYANG De-fuLiaoning Provincial Building Design and Research Institute, Shenyang 110005, China)Abstract: According to advantageous condition of Shenshuisan Sewage treatment plant, the sewoage-source heat pump system is utilizedduring the process of air conditioning faciity reconstruction. The plate heat exchanger is added to solve the corrosion problems of sewage toheat pump units in the engineering design. Adopting the sewage-source heat pump systerKey words: sewage-source heat pump; plate heat exchanger, energy-saving項(xiàng)目介紹溫度比環(huán)境溫度低10~15℃。因此,熱泵具有良好的本工程為沈陽振興環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司沈水熱源污水源熱泵利用溫差在5℃,因此,污水源熱泵灣污水處理廠污水源熱泵工程釆暖空調(diào)設(shè)計(jì),項(xiàng)目完全可以高效率運(yùn)行。為改造工程,工程竣工時(shí)間為2010年11月。污水處(3)污水量的保誑。城市污水水量的變化主要是生理廠污水源穩(wěn)定,水量充足,所以,在改造過程中考慮活污水的變化,而生活污水的出水量基本保持不變污水源熱泵技術(shù),主要是用污水源熱泵代替原有燃油3污水水源熱泵簡介鍋爐,并且對(duì)污水處理廠內(nèi)的綜合樓、活動(dòng)室污泥脫3.1污水源熱泵工作原理水間、鼓風(fēng)機(jī)房汽車庫等十多個(gè)單體等進(jìn)行采暖空調(diào)污水源熱泵是利用污水“冬暖夏涼”的特征,并利末端改造。僅綜合樓、活動(dòng)室需要夏季空調(diào)、冬季采用污水源熱泵技術(shù),通過少量的高位電能輸入,實(shí)現(xiàn)暖,其他均只考慮冬季采暖。總采暖面積約6600m2,冷熱量由低位能向髙位能的轉(zhuǎn)移,從而達(dá)到為使用對(duì)考慮廠區(qū)未來發(fā)展,機(jī)房設(shè)備需預(yù)留采暖面積40002象供熱或供冷。綜合樓為最高建筑,建筑高度12250m。3.11污水源熱泵工作原理2本工程冷熱源情況分析31.11運(yùn)行機(jī)制根據(jù)甲方提供相關(guān)數(shù)據(jù),處理后污水參數(shù)為:冬主要技術(shù)原理是污水源熱泵的運(yùn)作機(jī)制,即將污季污水溫度115~125℃,夏季污水溫度20~22℃,水中的熱量或冷量傳遞給建筑物?？煞譃?個(gè)能量轉(zhuǎn)污水處理量為10×10ta;出水水質(zhì):PH:70~82:SS:移過程:10-20 mg/L: COD: 35-40 mg/Lo第一過程:污水源熱泵機(jī)組的介質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)蒸污水源優(yōu)樊發(fā)需要吸收熱量,介質(zhì)的蒸發(fā)溫度為3℃,此時(shí)污水(1)污水水質(zhì)問題。城市污水包括工業(yè)廢水、工業(yè)在蒸發(fā)器中經(jīng)過與介質(zhì)換熱,并將熱量釋放給介質(zhì),冷卻水及生活污水而城市二級(jí)污水是經(jīng)過一級(jí)物化介質(zhì)吸收熱量蒸發(fā)。處理和二級(jí)生化處理,去除了污水中大量的雜質(zhì)降第二過程:污水源熱泵機(jī)組自身介質(zhì)循環(huán),蒸發(fā)低了污水的腐蝕度,更有利于污水中熱能提取。的氣體被壓縮機(jī)吸入并壓縮,變成高溫、高壓的氣體,(2)污水水溫保障。城市污水冬暖夏涼,常年溫度進(jìn)入冷凝器實(shí)現(xiàn)熱量向冷凝器轉(zhuǎn)化的過程,而冷凝穩(wěn)定,污水水溫在冬季比環(huán)境溫度高15~20℃夏季器是與末端系統(tǒng)連接的。收稿日期:20110621;修回日期:20110705第三過程:污水源熱泵機(jī)組的高溫、高壓的介質(zhì)進(jìn)入冷凝器冷凝,放出熱量,并與系統(tǒng)水進(jìn)行熱交換冬季供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度:(18±2)℃;實(shí)現(xiàn)將在蒸發(fā)器內(nèi)吸收的熱量和輸入的電能的總和夏季制冷室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度:27+2℃,噪聲≤40dB(A)輸出給暖系統(tǒng)水的過程,.暖系統(tǒng)水帶著熱量釋放4,2熱負(fù)荷、冷負(fù)荷的計(jì)算給房間,達(dá)到制熱的目的。在整個(gè)過程中,機(jī)組的能量結(jié)合沈陽地區(qū)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對(duì)該項(xiàng)目熱負(fù)荷冷負(fù)荷輸入輸出比最高可達(dá)到45,即電機(jī)輸入電能是1kca的計(jì)算為:冷負(fù)荷為270kW,冷負(fù)荷指標(biāo)90W/m2時(shí),末端系統(tǒng)得到的能量是45kca在整個(gè)過程中消熱負(fù)荷為630kW,熱負(fù)荷指標(biāo)84Wm2耗少量的電能,極大地利用污水的能量,從而達(dá)到節(jié)43污水源熱泵機(jī)房設(shè)計(jì)能的目的,制冷過程是制熱過程的逆過程水源熱泵機(jī)房是整個(gè)廠區(qū)改造的重點(diǎn),也是采暖311.2工藝流程空調(diào)實(shí)現(xiàn)的大腦,考慮到污水特殊性,水源熱泵系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)這種能量的傳輸過程,必須有數(shù)個(gè)冷熱媒由螺桿式水源熱泵機(jī)組、寬流道板式換熱器、冷凍水的循環(huán)系統(tǒng),包括:①污水的取水排水系統(tǒng);②中介水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、污水提升泵、補(bǔ)水泵、軟化水循環(huán)系統(tǒng);③末端循環(huán)系統(tǒng)。箱等組成。水源熱泵原理參見圖1,污水源側(cè),污水經(jīng)32系統(tǒng)特點(diǎn)取水口提升后輸送至水源熱泵機(jī)房,與換熱器換熱后321高效節(jié)能排掉,提取了污水5℃溫差;冷卻水側(cè),冷卻水通過換污水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行方式,使能量輸入與輸出熱器與污水換熱后進(jìn)入水源熱泵機(jī)組,循環(huán)換熱。冷之比達(dá)到1:4以上,即輸入1kW宀h的電能,就能夠得凍水側(cè)冷凍水經(jīng)水源熱泵機(jī)組后輸送至各個(gè)末端到4kWh以上的熱量,節(jié)能30%~75%采暖費(fèi)與燃由設(shè)在鍋爐房內(nèi)的2臺(tái)螺桿式水源熱泵機(jī)組提煤供熱相比為70%,與燃?xì)庀啾葹?0%,與燃油相比供冷、熱源,供夏、冬季空調(diào)使用,夏季僅開啟1臺(tái)水為30%。采暖時(shí)每使用1t污水,可獲得500源熱泵機(jī)組制冷,冬季采暖時(shí)2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行,機(jī)組制10000kcal熱能,相當(dāng)于1.5~3kg標(biāo)煤供熱的有效冷/制熱量能根據(jù)末端負(fù)荷情況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。選用熱值螺桿水源熱泵機(jī)組2臺(tái),制冷/制熱量439.5/470.2kW32.2綠色環(huán)保冷水/熱水流量756/756m3h,冷卻水流量756mh污水源熱泵系統(tǒng)不需要鍋爐、冷卻塔等設(shè)備。沒冷水127℃,熱水45/40℃,制冷/制熱耗電量有煤、油及天然氣燃燒排放污染物,無室外機(jī),不會(huì)產(chǎn)83.2102.5kW。夏季冷凍水供水溫度為7℃,回水溫生令人不適的熱島效應(yīng),噪音大大低于傳統(tǒng)空調(diào)。在度為12℃:夏季污水供水溫度為21℃,回水溫度為冬季取暖時(shí),利用1萬噸污水為建筑供熱4個(gè)月,可27℃;冬季污水供水溫度為12℃,回水溫度為7℃;減二氧化碳排放量5040t冬季空調(diào)熱水供水溫度為45℃,熱水回水溫度為40℃。323運(yùn)行穩(wěn)定,安全可靠污水取水口設(shè)在污水處理廠匯水口,匯水口為污水的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定,其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)3條污水處理流線的匯合點(diǎn),是污水處理流線的終遠(yuǎn)小于室外氣溫的波動(dòng),使得熱泵機(jī)組運(yùn)行可靠穩(wěn)點(diǎn),水質(zhì)最好,設(shè)污水泵2臺(tái),1用1備,將污水提升定。污水源熱泵系統(tǒng)使用電能驅(qū)動(dòng)熱泵,吸收污水熱送至水源熱泵機(jī)房,跟換熱器換熱后排至附近污水量(或向污水排放熱量)無須燃燒設(shè)備,從而不存在爆井。另外污水處理廠每隔一段時(shí)間要停產(chǎn)檢修,匯水炸、燃燒等隱患?？跁?huì)出現(xiàn)斷水情況,因此,設(shè)計(jì)考慮在其中一個(gè)澄清4污水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)池內(nèi)設(shè)污水泵2臺(tái),在廠區(qū)污水處理流線做檢修時(shí),41室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)澄清池內(nèi)的水可滿足24h用水量,以做備用。40(45)℃6℃二1原污凝發(fā)換主熱Ⅹ壓縮機(jī)l1℃050)℃9℃環(huán)泵二次水循環(huán)泵取水井/循環(huán)泵圖1污水源熱泵原理圖Fig. I Schematic diagram of sewage-source heat pump44室內(nèi)末端設(shè)計(jì)織為側(cè)送風(fēng)。其他建筑單體均僅考慮冬季采暖,采用綜合樓建筑面積3000m,共3層,主要是辦公立式明裝風(fēng)機(jī)盤管采暖管線入戶方向按照原采暖入室,空調(diào)房間均設(shè)置臥式暗裝吊頂型風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)戶方向,盡可能利用原有采暖入戶閥門井,采暖為同器,考慮到改造工程盡可能不影響到目前室內(nèi)裝修,程式,管道均為明裝。部分風(fēng)機(jī)盤管吊裝在走廊內(nèi)側(cè)送側(cè)回?；顒?dòng)室建筑5污水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能性分析面積430m2,單層建筑,層高8m,為室內(nèi)運(yùn)動(dòng)場地按照民用電計(jì)算,電價(jià)05元/W山計(jì)算見采用明裝風(fēng)機(jī)盤管,吊裝于側(cè)墻30m高度,氣流組表1。表1夏、冬季用電費(fèi)用項(xiàng)目計(jì)算過程計(jì)算結(jié)果夏季15d負(fù)荷率100%115 kwx15 dx8 w/dx100%13800kW45d負(fù)荷率66%115kWx45d8hd×66%27324kW夏季總運(yùn)行費(fèi)用(13800kW+27324kW×0.5元20562元夏季每平方米運(yùn)行費(fèi)用20562÷300069元冬季10d負(fù)荷率10%270 kwx10 dx 24 h/dx100.64800kW30d負(fù)荷率66%270 kWx30 dx24 h/dx66%128304kW110d負(fù)荷率33%235224kw合計(jì)電量64800+128304+235224428328kW冬季運(yùn)行費(fèi)用428328×0.52l4164元冬季每平方米運(yùn)行費(fèi)用214164÷6600324元/m2經(jīng)過一個(gè)采暖季運(yùn)行,經(jīng)使用單位反饋,一個(gè)冬驗(yàn)看,污水腐蝕性大,污水源熱泵機(jī)組壽命短。因此天采暖季電費(fèi)20萬左右(按照民用電價(jià)計(jì)算);原先使筆者在該工程設(shè)計(jì)過程中,增加板式換熱器這個(gè)中間用燃油鍋爐時(shí),每年費(fèi)用近100萬,而且釆暖效果較換熱中介很好地解決了污水對(duì)水源熱泵機(jī)組的腐蝕差,廠房采暖溫度偏低。改造后廠房采用熱風(fēng)采暖,采的問題。暖效果較好,節(jié)能效果明顯。(3)從投入運(yùn)行至今,運(yùn)行良好,節(jié)能效果明顯。6結(jié)論(1)板式換熱器的選型計(jì)算是工程實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)本參考文獻(xiàn)工程污水處理廠處理后的二級(jí)出水,水質(zhì)遠(yuǎn)好于城市[1王芳范曉偉我國水源熱泵研究現(xiàn)狀門充體機(jī)械2091(4原生污水,且筆者選用寬流道板式換熱器并考慮由(2馬最良姚楊姜益強(qiáng)壽在我國熱錄技術(shù)發(fā)展進(jìn)步中應(yīng)關(guān)注的幾個(gè)于污垢降低傳熱的可能,板換面積考慮了一定的附加問題門相工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量200215系數(shù)。從目前運(yùn)行情況看,實(shí)際運(yùn)行效果不錯(cuò)但是畢竟是城市污水,換熱器壁容易掛垢筆者建議建設(shè)單作者簡介:楊德福981)男遼寧人畢業(yè)于西南交通大學(xué),工程師,位定期清洗板式換熱器保證換熱器高效率運(yùn)行。暖通專業(yè)(defuryang@163.com)(2)從其他采用專用污水源熱泵工程運(yùn)行實(shí)際經(jīng)乒業(yè)阿克蘇市德盛保溫防火建材項(xiàng)目開工建設(shè)近日,總投資5000萬元、占地50畝的阿克蘇德溫砂漿及5萬噸新型涂料的產(chǎn)能,可實(shí)現(xiàn)年銷售收入盛保溫防火建材項(xiàng)目在阿克蘇西工業(yè)園區(qū)開工建設(shè),5億元,年銷售利潤15億元,上繳稅金8000余萬元。建設(shè)期2年計(jì)劃2013年7月全面建成投產(chǎn)。該項(xiàng)目的建設(shè),既填補(bǔ)了阿克蘇地區(qū)無保溫防火該項(xiàng)目將新建生產(chǎn)車間7000平方米,成品倉庫建材生產(chǎn)線的空白,也對(duì)阿克蘇地區(qū)房地產(chǎn)開發(fā)建3000平方米,辦公室、職工公寓、配電房及機(jī)修車間筑物安全施工、裝飾裝修業(yè)起到積極作用,具有產(chǎn)品等設(shè)施4880平方米引進(jìn)XPS擠塑板及新型涂料設(shè)新穎、節(jié)能降耗、環(huán)保利廢等諸多特點(diǎn)對(duì)推進(jìn)新型工備各一套。項(xiàng)目建成后,將達(dá)到年產(chǎn)10萬立方XPS業(yè)化發(fā)展具有重要意義。擠塑板、20萬平方保溫裝飾一體化板、1萬噸無機(jī)保(來源:新疆維吾爾自治區(qū)散辦墻改辦)趙小勇20110-10)