大連市某酒店污水源熱泵系統(tǒng)方案論證

王輝

摘 要：本文介紹了大連市某酒店污水源熱泵系統(tǒng)工程。從初投資成本和運(yùn)行成本兩方面將污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與普通的集中供熱+冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)和燃煤鍋爐+冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行比較，得出了污水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，并論證了其節(jié)能環(huán)保的效果，為東北地區(qū)污水源熱泵的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：污水源熱泵系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)性分析；節(jié)能環(huán)保

0 引言

污水源熱泵系統(tǒng)是利用城市污水作為冷熱源的水源熱泵技術(shù)，具有節(jié)能、環(huán)保、高效的特點(diǎn)。

本文針對(duì)大連市某酒店污水源熱泵工程進(jìn)行設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性分析，使讀者對(duì)污水源熱泵系統(tǒng)有更清晰的認(rèn)識(shí)，為今后污水源熱泵系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 工程概況

本工程為遼寧省大連市某有限公司酒店中央空調(diào)工程，建筑物地處東北且靠海，屬夏熱冬冷地區(qū)，酒店建筑面積約32910m2，要求夏季制冷，冬季采暖，冬季采暖供水溫度為45℃，夏季制冷空調(diào)供水溫度為7℃。裝機(jī)冷負(fù)荷為2370 kW，裝機(jī)熱負(fù)荷為1843kW。

2 冷熱源設(shè)計(jì)方案

該酒店周邊無城市熱力管網(wǎng)和其他冷熱源，僅在建筑物身后53.5米處有一城市污水渠，經(jīng)論證比較后，選擇污水源熱泵系統(tǒng)作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，冬季采集來自污水的大量低品位熱能，給室內(nèi)取暖；夏季熱泵機(jī)組運(yùn)行，將室內(nèi)的余熱排放到污水中。該污水源熱泵系統(tǒng)的工藝流程為污水渠上游取部分污水-處理污水-與熱泵機(jī)組換熱-排入污水渠下游。冬季采暖供回水溫度為45℃、40℃，夏季制冷供回水溫度為7℃、12℃。根據(jù)計(jì)算負(fù)荷，選用兩臺(tái)熱泵機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組制冷量為1203kW，制冷功率為229kW；制熱量為947kW，制熱功率為275kW，污水流量為246m3/h。

3 污水源換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算

污水源換熱器是污水源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，由于水質(zhì)的原因會(huì)使換熱器出現(xiàn)堵塞、腐蝕的現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q熱器的傳熱系數(shù)降低，增大流動(dòng)阻力，嚴(yán)重影響了換熱器的使用效果，需將污水處理到二級(jí)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)污水源熱泵機(jī)組的總制熱量、總制冷量和污水總流量，計(jì)算得到匹配換熱器總數(shù)量如下：

總的制熱量Qr=1843kW；總的制冷量Ql=2370kW；污水總流量G=246×2=492m3/h；污水換熱量Qh=制冷量+制冷功率=2370+229×2=2828（kW）。

換熱器算術(shù)平均溫差ΔTm=[換熱器污水進(jìn)出水溫差+中介水進(jìn)出溫差]÷2

=[（11—8.5）+（6—3.5）]÷2=2.5

污水換熱器的傳熱系數(shù)（所測值含污垢等因素）K=1.2 kW/m2·℃

所需換熱面積F=Qh÷ΔTm÷K=2828÷2.5÷1.2=943m2

采用JTHP-HR-410污水換熱器換熱面積為150 m2，因此選擇數(shù)量為943÷150=6.28≈7臺(tái)。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 投資成本分析

（1）酒店熱泵機(jī)房部分的投資成本約452.5萬元

（2）室內(nèi)末端部分

該項(xiàng)目室內(nèi)末端概算指標(biāo)為90元m2，建筑面積共計(jì)32 910 m2，因此，地?zé)岵糠挚傇靸r(jià)為296.19萬元。污水引水取水部分由當(dāng)?shù)厥姓块T報(bào)價(jià)。

（3）污水源熱泵系統(tǒng)總投資

由酒店熱泵機(jī)房部分和室內(nèi)末端部分的初投資，可得污水源熱泵系統(tǒng)總投資=452.5+296.19=748.69萬元，每平方米造價(jià)為227.5元。

4.2 運(yùn)行成本分析

運(yùn)行費(fèi)用=額定功率×開機(jī)臺(tái)數(shù)×每天運(yùn)行時(shí)間×實(shí)際運(yùn)行天數(shù)×空調(diào)負(fù)荷率×電價(jià)；

冬季運(yùn)行時(shí)間為140d，平均每天運(yùn)行14h，夏季運(yùn)行時(shí)間為70d，平均每天運(yùn)行14h；冬季空調(diào)運(yùn)行率為70%，夏季空調(diào)運(yùn)行率為65%；電價(jià)按當(dāng)?shù)仉妰r(jià)計(jì)算：采暖0.56元/kW·h，制冷0.56元/kW·h。計(jì)算后，得到冬、夏季污水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行成本約為15.09元/m2，冬季污水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行成本約為8.16元/m2。

4.3 與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比較

由于室內(nèi)末端可以共用同一套系統(tǒng)，所以只需比較機(jī)房的初投資及運(yùn)行成本即可。

（1）與集中供熱+冷水機(jī)組初投資及運(yùn)行成本比較：

采用污水源熱泵系統(tǒng)比傳統(tǒng)的集中供熱+冷水機(jī)組使用年限長1.5倍，雖然初投資增加8.21元，但年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約了45%左右，經(jīng)過12年的使用期后，污水源熱泵系統(tǒng)可節(jié)約771.67萬元，是一種經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)的節(jié)能系統(tǒng)。

（2）與燃煤鍋爐+冷水機(jī)組初投資及運(yùn)行費(fèi)用比較：

與燃煤鍋爐+冷水機(jī)組系統(tǒng)相比，污水源熱泵系統(tǒng)初投資增加172.76萬元，但年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)約38%左右，而且使用壽命大大增加，經(jīng)過12年的使用期后，污水源熱泵系統(tǒng)可節(jié)約409.72萬元。

5 結(jié)語

（1）以地處沿海地區(qū)的大連市某酒店污水源熱泵系統(tǒng)為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析的結(jié)果表明，采用污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)比采用普通的集中供熱+冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)和燃煤鍋爐+冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)初投資增加約 25%，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約 41%左右，簡單的回收期為0.13年和3.56年。

（2）污水源熱泵的應(yīng)用還存在初投資較高、污物對(duì)系統(tǒng)的阻塞與污染，以及換熱器表面結(jié)垢、阻塞、腐蝕等問題，需要設(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)中多積累多思考，將技術(shù)的可靠性和節(jié)能性、環(huán)保性有效地結(jié)合起來。

（3）隨著該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，污水源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性將更加突出，該系統(tǒng)也必將在大連市乃至更多的地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。

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（作者單位：大連中盈機(jī)電工程有限公司）