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lxx城市污水源热泵设计与应用 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、课题研究的背景、目的和意义一、课题研究的背景、目的和意义v1.1 我国城市污水排放及处理现状我国城市污水排放及处理现状v1.2 城市污水的特点城市污水的特点v1.3 污水源热泵的特点及研究的意义污水源热泵的特点及研究的意义v1.4 污水源热泵的经济性分析污水源热泵的经济性分析1.1我国城市污水排放及处理现状我国城市污水排放及处理现状v到到2004年底，全国年底，全国661个城市建有污水处理个城市建有污水处理厂厂708座，处理能力为座，处理能力为4912万立方米万立方米/日；日；v北京市北京市，每天约产生，每天约产生300万吨的污水，到万吨的污水，到2008年，城市污水的处理率将达到年，城市污水的处理率将达到90%以上，以上，日处理污水量达日处理污水量达270万万m3；v可供暖面积将达到可供暖面积将达到2280万万m2，供冷面积将，供冷面积将达到达到1100万万m2，生活热水供应量将达到，生活热水供应量将达到7.4万万m3/d。表1 2008年前北京各污水处理厂建设计划与潜能计算结果1.2城市污水的特点城市污水的特点v冬暖夏凉冬暖夏凉 v全年水温变化小和受气候影响小全年水温变化小和受气候影响小 v污水排热量稳定污水排热量稳定 v来源充足，接入方便来源充足，接入方便 1.3污水源热泵的特点及研究的意义污水源热泵的特点及研究的意义v环保效益显著环保效益显著 v高效节能高效节能 v运行稳定可靠运行稳定可靠 v一机多用，应用范围广一机多用，应用范围广 污水源热泵工作原理污水源热泵工作原理v冬季：冬季：Q2Q1+Q3 Q24Q3v夏季：夏季：Q1Q2+Q3 Q25Q31.4污水源热泵的经济性分析污水源热泵的经济性分析1.4污水源热泵的经济性分析污水源热泵的经济性分析v初投资：初投资：158.5元元/m2（水源热泵机房）；（水源热泵机房）；v运行费用：夏季，运行费用：夏季，18.4元元/m2 冬季，冬季，18.9元元/m2；v节省地源热泵中打井等费用，有效利用低位节省地源热泵中打井等费用，有效利用低位热能资源；热能资源；v污水源热泵的运行效率较高、费用较低，具污水源热泵的运行效率较高、费用较低，具有环保节能的重要意义。有环保节能的重要意义。二、国内外现状分析二、国内外现状分析国外污水热泵系统的应用国外污水热泵系统的应用v20 世纪世纪80 年代初在瑞典、挪威等北欧国家建造的一年代初在瑞典、挪威等北欧国家建造的一些以污水为低温热源的大型热泵站相继投入运行些以污水为低温热源的大型热泵站相继投入运行；v瑞典斯德哥尔摩有瑞典斯德哥尔摩有40%的建筑物采用热泵技术供热，的建筑物采用热泵技术供热，其中其中10%是利用污水处理厂的出水是利用污水处理厂的出水 ；v挪威奥斯陆挪威奥斯陆，第一台污水热泵机组已在，第一台污水热泵机组已在1983 年投入年投入使用使用。v对于约对于约10 人的住宅，采用热泵技术回收家庭生活污人的住宅，采用热泵技术回收家庭生活污水余热可节能达水余热可节能达50%，对于，对于10人以上的住宅可节能人以上的住宅可节能达达60%。国内污水热泵系统的应用国内污水热泵系统的应用v哈尔滨马家沟河畔的一处哈尔滨马家沟河畔的一处600m2西餐酒吧利用污水西餐酒吧利用污水作为热量来源来供暖制冷；作为热量来源来供暖制冷；v1999年北京工业大学在高碑店污水处理厂建设污水年北京工业大学在高碑店污水处理厂建设污水源热泵供源热泵供3000m2办公楼采暖空调；办公楼采暖空调；v 2004年，密云污水处理厂的年，密云污水处理厂的2000m2办公楼，用上办公楼，用上了了“污水空调污水空调”；v2005年哈尔滨工业大学新源热能科技有限责任公司年哈尔滨工业大学新源热能科技有限责任公司成立成立，“城市原生污水源热泵空调城市原生污水源热泵空调”；v国家也出台了相应的污水利用政策国家也出台了相应的污水利用政策 v污水源热泵污水源热泵 污水源热泵系统的原理是夏季污水源热泵系统的原理是夏季将建筑物中的热量转移到污水源中，将建筑物中的热量转移到污水源中，冬季将污水中的热量提取供房间采冬季将污水中的热量提取供房间采暖。暖。三、三、污水源热泵系统的原理及设计污水源热泵系统的原理及设计 污水源热泵系统节能原理污水源热泵系统节能原理 系统制热时：系统制热时：说明性能系数说明性能系数COP随冷源温度随冷源温度T0的升高而增大，随的升高而增大，随T0的降低的降低而减小。而减小。说明性能系数说明性能系数COP随热源温度随热源温度T的升高而减小，随的升高而减小，随T的降低而的降低而增大。增大。污水源热泵系统流程图污水源热泵系统流程图 污水源热泵系统的设计及研究污水源热泵系统的设计及研究v污水源的条件污水源的条件 水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定v过滤器过滤器河道取水口及排水口布置图河道取水口及排水口布置图取水管线图取水管线图蓄水池平面及立面图蓄水池平面及立面图污水泵房流程图污水泵房流程图热泵机房设备平面布置图热泵机房设备平面布置图污水源热泵系统设计中应注意的问题污水源热泵系统设计中应注意的问题 v能源的综合利用率来评价方案的可行性，得出最优能源的综合利用率来评价方案的可行性，得出最优方案，使得工程造价最低，运行费用也最低。方案，使得工程造价最低，运行费用也最低。v污水源热泵工程施工中首先要实地测试污水的水质，污水源热泵工程施工中首先要实地测试污水的水质，水温及水量，由此确定方案中其他设备的配套使用。水温及水量，由此确定方案中其他设备的配套使用。v污水利用时，污染、腐蚀、结垢都是不可避免的问污水利用时，污染、腐蚀、结垢都是不可避免的问题，但是如何将此负面影响降低到最小限度就是方题，但是如何将此负面影响降低到最小限度就是方案设计的重点。案设计的重点。v污水利用不能对环境造成影响或二次污染，因此在污水利用不能对环境造成影响或二次污染，因此在污水的取排水施工过程中应该注意管道输送的密闭污水的取排水施工过程中应该注意管道输送的密闭性，而且管材的选择也要防腐性强，并定期检查。性，而且管材的选择也要防腐性强，并定期检查。本项目为北京市某污水源热泵采暖空调工本项目为北京市某污水源热泵采暖空调工程，位于北京市亦庄高新开发区。项目濒临程，位于北京市亦庄高新开发区。项目濒临市区凉水河，河内常年流有温度波动较小的市区凉水河，河内常年流有温度波动较小的污水，污水资源是热泵机组非常适合的热源污水，污水资源是热泵机组非常适合的热源和冷源，充分利用污水资源，不仅节约大量和冷源，充分利用污水资源，不仅节约大量的能源，保护环境，而且可以展示污水这一的能源，保护环境，而且可以展示污水这一特殊可再生能源的热泵利用技术。特殊可再生能源的热泵利用技术。四、四、实际工程系统设计简介实际工程系统设计简介供热供冷系统方案供热供冷系统方案v污水提取工艺流程污水提取工艺流程 1、河道取水河道取水管道输送管道输送沉滤池沉滤池高效过滤处理高效过滤处理循环水泵循环水泵高效换热器高效换热器管道输送管道输送排入河道排入河道 2、河道取水河道取水管道输送管道输送沉滤池沉滤池高效过滤处理高效过滤处理循环水泵循环水泵高效换热器高效换热器反冲过滤器反冲过滤器排入化粪池排入化粪池v污水用量设计计算污水用量设计计算 夏季污水利用温差为夏季污水利用温差为10，污水水量为，污水水量为 631m3/h；冬季污水利用温差为；冬季污水利用温差为5，污水水量为污水水量为 670m3/h；因此污水设计量；因此污水设计量为为680m3/hv污水输送管道直径污水输送管道直径 污水取水采用虹吸管，管径为：污水取水采用虹吸管，管径为：425mm 排水泵站出水管管径为：排水泵站出水管管径为：320mmv运行模式运行模式 项 目机组热源冷源冬季采暖热泵机组二次水夏季空调热泵机组二次水冷水机组二次水冬季生活热水热泵机组二次水过度季生活热水电锅炉夏季生活热水热泵机组冷却水设备选型设备选型 项项目目热热（冷）（冷）负负荷荷（kWkW）设备设备容量（容量（kWkW）机机组组开启台数开启台数供暖供暖45854585502850283 3台台热泵热泵机机组组生活生活热热水水530530冬季冬季热泵热泵机机组组530530过过度季度季节节电锅电锅炉炉530530夏季夏季热泵热泵机机组组冷却水冷却水空空调调61456145126112613 3245024501 1623362333 3台台热泵热泵机机组组1 1台冷水机台冷水机组组热泵机组：法国热泵机组：法国CIAT的的LWP4200产品产品3台，台，冷水机组：美国麦克维尔公司的冷水机组：美国麦克维尔公司的WSC126LBH产品产品1台。台。热交换器热交换器无锡红旗压力容器制造有限公司 浮头管壳式换热器6万万m2写字楼初投资及运行费用分析写字楼初投资及运行费用分析 v初投资的估算：初投资的估算：272元元/m2；不包括暖通系统末端设备的投资及安装费用。不包括暖通系统末端设备的投资及安装费用。v年运行费用估算：年运行费用估算：50.10元元/m2。污水测温实验研究污水测温实验研究 v污水温度测试的必要性污水温度测试的必要性 水源是应用水源热泵的前提。水源是应用水源热泵的前提。水源热泵系统运行时对水源的要求为：水源热泵系统运行时对水源的要求为：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。污水源的水温、水量和水质对污水源热泵系统污水源的水温、水量和水质对污水源热泵系统的运行更起着至关重要的作用的运行更起着至关重要的作用。污水测温实验工具污水测温实验工具污水测温实验研究污水测温实验研究v 结果分析与比较结果分析与比较 高碑店污水处理厂20002001年冬季二级出水的水温变化图 污水测温实验研究污水测温实验研究污水暴露空气中流动，温度的变化率大约为污水暴露空气中流动，温度的变化率大约为0.51.0/公里公里河道中的污水仍然是水源热泵很好的热源河道中的污水仍然是水源热泵很好的热源/热汇！热汇！v污水换热器设计要求污水换热器设计要求 首先，满足工艺要求，尽量减少热量损失。首先，满足工艺要求，尽量减少热量损失。其次，要求具有一定的强度，便于安装和维护。其次，要求具有一定的强度，便于安装和维护。第三，污水换热器更重要的是要防腐蚀性能好，抗第三，污水换热器更重要的是要防腐蚀性能好，抗 垢，清洗方便，处理量大。垢，清洗方便，处理量大。v管壳式换热器的选择管壳式换热器的选择 浮头式换热器的特点：整个管束可从壳体中抽出，浮头式换热器的特点：整个管束可从壳体中抽出，便于清洗和检修，采用不锈钢材质，防腐蚀性能好。便于清洗和检修，采用不锈钢材质，防腐蚀性能好。五、五、污水换热器的选择污水换热器的选择 v换热器工程计算公式：换热器工程计算公式：v 管壳式换热器中的换热过程：管内污水管壳式换热器中的换热过程：管内污水管内壁管内壁黏泥黏泥管内壁管内壁管外壁管外壁二次水二次水 v 传热系数的计算：传热系数的计算：v 结果：故本工程选取设计平均传热系数结果：故本工程选取设计平均传热系数650750 W/(m2)，计算换热面积为，计算换热面积为9331077 m2。换热器的传热计算换热器的传热计算 km 整个传热面上的平均传热系数；整个传热面上的平均传热系数；A 传热面积；传热面积；tm 两种流体之间的平均温差。两种流体之间的平均温差。过滤器的分析过滤器的分析开放式过滤器 密闭式过滤器