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1、会计学1城市污水源热泵设计与应用城市污水源热泵设计与应用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n n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；n n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；n n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
2、应量将达到7.4万万m3/d。第1页/共39页表表1 2008年前北京各污水处理厂建设计划与年前北京各污水处理厂建设计划与潜能计算结果潜能计算结果第2页/共39页1.2城市污水的特点城市污水的特点n n冬暖夏凉冬暖夏凉 n n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 n n污水排热量稳定污水排热量稳定 n n来源充足，接入方便来源充足，接入方便 第3页/共39页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n n环保效益显著环保效益显著 n n高效节能高效节能 n n运行稳定可靠运行稳定可靠 n n一机多用，应用范围广一机多用，应用范围广 第4页/共39页污水源
3、热泵工作原理污水源热泵工作原理n n冬季：冬季：Q2Q1+Q3 Q24Q3n n夏季：夏季：Q1Q2+Q3 Q25Q3第5页/共39页1.4污水源热泵的经济性分析污水源热泵的经济性分析第6页/共39页1.4污水源热泵的经济性分析污水源热泵的经济性分析n n初投资：初投资：158.5元元/m2（水源热泵机房）；（水源热泵机房）；n n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；n n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；n n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，
4、具有环保节能的重要意义。有环保节能的重要意义。第7页/共39页二、国内外现状分析二、国内外现状分析第8页/共39页国外污水热泵系统的应用国外污水热泵系统的应用n n20 20 世纪世纪世纪世纪80 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 ；n n瑞典斯德哥尔摩有瑞典斯德哥尔摩有瑞典斯德哥尔摩有瑞典斯德哥尔摩有40%40
5、%的建筑物采用热泵技术供热，的建筑物采用热泵技术供热，的建筑物采用热泵技术供热，的建筑物采用热泵技术供热，其中其中其中其中10%10%是利用污水处理厂的出水是利用污水处理厂的出水是利用污水处理厂的出水是利用污水处理厂的出水 ；n n挪威奥斯陆挪威奥斯陆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，第一台污水热泵机组已在，第一台污水热泵机组已在1983 1983 年投入年投入年投入年投入使用使用使用使用 。n n对于约对于约对于约对于约10 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人的住宅，采用热泵技术回收家庭生活污人的住宅，采用热
6、泵技术回收家庭生活污水余热可节能达水余热可节能达水余热可节能达水余热可节能达50%50%，对于，对于，对于，对于1010人以上的住宅可节能达人以上的住宅可节能达人以上的住宅可节能达人以上的住宅可节能达60%60%。第9页/共39页国内污水热泵系统的应用国内污水热泵系统的应用n n哈尔滨马家沟河畔的一处哈尔滨马家沟河畔的一处哈尔滨马家沟河畔的一处哈尔滨马家沟河畔的一处600m600m2 2西餐酒吧利用污水作西餐酒吧利用污水作西餐酒吧利用污水作西餐酒吧利用污水作为热量来源来供暖制冷；为热量来源来供暖制冷；为热量来源来供暖制冷；为热量来源来供暖制冷；n n19991999年北京工业大学在高碑店污水处
7、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源热泵供源热泵供3000m3000m2 2办公楼采暖空调；办公楼采暖空调；办公楼采暖空调；办公楼采暖空调；n n 20042004年，密云污水处理厂的年，密云污水处理厂的年，密云污水处理厂的年，密云污水处理厂的2000m2000m2 2办公楼，用上了办公楼，用上了办公楼，用上了办公楼，用上了“污水空调污水空调污水空调污水空调”；n n20052005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年哈尔滨工业大学新源
8、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城市原生污水源热泵空调城市原生污水源热泵空调”；n n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 第10页/共39页n污水源热泵污水源热泵 污水源热泵系统的原理是夏季将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，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 第11页/
9、共39页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：系统制热时：系统制热时：说明性能系数说明性能系数说明性能系数说明性能系数COPCOP随冷源温度随冷源温度随冷源温度随冷源温度T T0 0的升高而增大，随的升高而增大，随的升高而增大，随的升高而增大，随T T0 0的降低而的降低而的降低而的降低而减小。减小。减小。减小。说明性能系数说明性能系数说明性能系数说明性能系数COPCOP随热源温度随热源温度随热源温度随热源温度T T的升高而减小，随的升高而减小，随的升高而减小，随的升高而减小，随T T的降低而增的降低而增的降低而增的降低而增大。大。大。大。第12页/共39页污水
10、源热泵系统流程图污水源热泵系统流程图 第13页/共39页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n n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n n过滤器过滤器第14页/共39页河道取水口及排水口布置图河道取水口及排水口布置图第15页/共39页取水管线图取水管线图第16页/共39页蓄水池平面及立面图蓄水池平面及立面图第17页/共39页污水泵房流程图污水泵房流程图第18页/共39页热泵机房设备平面布置图热泵机房设备平面布置图第19页/共39页污水源
11、热泵系统设计中应注意的问污水源热泵系统设计中应注意的问题题 n n能源的综合利用率来评价方案的可行性，得出最能源的综合利用率来评价方案的可行性，得出最能源的综合利用率来评价方案的可行性，得出最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。优方案，使得工程造价最低，运行费用也最低。优方案，使得工程造价最低，运行费用也最低。优方案，使得工程造价最低，运行费用也最低。n n污水源热泵工程施工中首先要实地测试污水的水污水源热泵工程施工中首先要实地测试污水的水污水源热泵工程施工中首先要实地测试污水的水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
12、方案中其他设备的配质，水温及水量，由此确定方案中其他设备的配质，水温及水量，由此确定方案中其他设备的配质，水温及水量，由此确定方案中其他设备的配套使用。套使用。套使用。套使用。n n污水利用时，污染、腐蚀、结垢都是不可避免的污水利用时，污染、腐蚀、结垢都是不可避免的污水利用时，污染、腐蚀、结垢都是不可避免的污水利用时，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问题，但是如何将此负面影响降低到最小限度就问题，但是如何将此负面影响降低到最小限度就问题，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。是方案设计的重点。是方案设计的重点。是方案设计的重点。n n污水
13、利用不能对环境造成影响或二次污染，因此污水利用不能对环境造成影响或二次污染，因此污水利用不能对环境造成影响或二次污染，因此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在污水的取排水施工过程中应该注意管道输送的在污水的取排水施工过程中应该注意管道输送的在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，并定期密闭性，而且管材的选择也要防腐性强，并定期密闭性，而且管材的选择也要防腐性强，并定期密闭性，而且管材的选择也要防腐性强，并定期检查。检查。检查。检查。第20页/共39页 本项目为北京市某污水源热泵采暖空调本项目为北京市某污水源
14、热泵采暖空调工程，位于北京市亦庄高新开发区。项目工程，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濒临市区凉水河，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较小的污水，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，不合的热源和冷源，充分利用污水资源，不仅节约大量的能源，保护环境，而且可以仅节约大量的能源，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展示污水这一特殊可再生能源的热泵利用技术。技术。四、四、实际工程系统设计简介实际工程系统设计简介第21页/共39页供热供冷系统方案供热供冷系统方案第22页/共39页第23页/共39页n n污水
15、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高效过滤处理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高效过滤处理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第24页/共39页n n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，污水水量为水水量为 670m3/h；因此污水设计量为；因此污水设计量为680m3/hn n污水
16、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：320mm第25页/共39页n n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第26页/共39页设备选型设备选型 项目项目热（冷）负荷热（冷）负荷（kWkW）设备容量（设备容量（kWkW）机组开启台数机组开启台数供暖供暖45854585502850283 3台热泵机组台热泵机组生活热水生活热水530530冬季冬季热泵机组热泵机组530
17、530过度季节过度季节电锅炉电锅炉530530夏季夏季热泵机组冷却水热泵机组冷却水空调空调6145614512613126132450124501623362333 3台热泵机组台热泵机组1 1台冷水机组台冷水机组热泵机组：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。第27页/共39页热交换器热交换器无锡红旗压力容器制造有限公司 浮头管壳式换热器第28页/共39页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 n n初投资的估算：初投资的估算：272元元/m2；不包括暖
18、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。n n年运行费用估算：年运行费用估算：50.10元元/m2。第29页/共39页污水测温实验研究污水测温实验研究 n n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。第30页/共39页污水测温实验工具
19、污水测温实验工具第31页/共39页污水测温实验研究污水测温实验研究n n 结果分析与比较结果分析与比较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 第32页/共39页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！第33页/共39页n n污水换热器设计要求污水换热器设计要求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。
20、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。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。垢，清洗方便，处理量大。垢，清洗方便，处理量大。n n管壳式换热器的选择管壳式换热器的选择管壳式换热器的选择管壳式换热器的选择 浮
21、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，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。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 第34页/共39页n n换热器工程计算公式：换热器工程计算公式：换热器工程计算公式：换热器工程计算公式：n n 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：管内污水管壳式换热器中的换热
22、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管内壁管内壁黏泥黏泥黏泥黏泥管内壁管内壁管内壁管内壁管外壁管外壁管外壁管外壁二次水二次水二次水二次水 n n 传热系数的计算：传热系数的计算：传热系数的计算：传热系数的计算：n n 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650650750 W/750 W/(m(m2 2)，计算换热面积为，计算换热面积为，计算换热面积为，计算换热面积为9339331077 m1077 m2 2。第35页/共39页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。第36页/共39页过滤器的分析过滤器的分析开放式过滤器 密闭式过滤器第37页/共39页 第38页/共39页