城市污水源热泵设计与应用

取水管线图
城市污水源热泵设计与应用
蓄水池平面及立面图
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污水泵房流程图
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热泵机房设备平面布置图
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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 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， 水温及水量，由此确定方案中其他设备的配套使用。
国内污水热泵系统的应用
v 哈尔滨马家沟河畔的一处600m2西餐酒吧利用污水 作为热量来源来供暖制冷；
v 1999年北京工业大学在高碑店污水处理厂建设污水 源热泵供3000m2办公楼采暖空调；
v 2004年，密云污水处理厂的2000m2办公楼，用上 了“污水空调” ；
v 2005年哈尔滨工业大学新源热能科技有限责任公司 成立 ，“城市原生污水源热泵空调” ；
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。 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 。
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污水测温实验工具
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污水测温实验研究
v 结果分析与比较
高碑店污水处理厂2000－2001年冬季二级出水的水温变化图
v 国家也出台了相应的污水利用政策
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三、 污水源热泵系统的原理及设计
v 污水源热泵 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， 冬季将污水中的热量提取供房间采 暖。
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污水源热泵系统节能原理
系统制热时：
说明性能系数COP随冷源温度 T0的升高而增大，随T0的降低 而减小。
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污水源热泵工作原理
❖ 冬季： Q2＝Q1+Q3 Q2≥4Q3
❖ 夏季： Q1＝Q2+Q3 Q2≥5Q3
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1.4污水源热泵的经济性分析
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1.4污水源热泵的经济性分析
v 初投资：158.5元/m2（水源热泵机房）； v 运行费用：夏季，18.4元/m2
6145
设备容量（kW）
5028 冬季 过度季节 夏季 1261×3＋2450×1＝
6233
机组开启台数
3台热泵机组 热泵机组 电锅炉
热泵机组冷却水 3台热泵机组 1台冷水机组
热泵机组：法国CIAT的LWP4200产品3台， 冷水机组：美国麦克维尔公司的WSC126LBH产品1台。
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说明性能系数COP随热源温度 T的升高而减小，随T的降低而 增大。
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污水源热泵系统流程图
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污水源热泵系统的设计及研究
v 污水源的条件
水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定
v 过滤器
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河道取水口及排水口布置图
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换热器的传热计算
km ——整个传热面上的平均传热系数； A ——传热面积；
△tm ——两种流体之间的平均温差。
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过滤器的分析
开放式过滤器
密闭式过滤器
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演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/10
城市污水源热泵设计与应用
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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 一特殊可再生能源的热泵利用技术。
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供热供冷系统方案
v 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， 便于清洗和检修，采用不锈钢材质，防腐蚀性能好。
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v 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——管内壁 黏泥——管内壁——管外壁——二次水
v 传热系数的计算：
v 结果：故本工程选取设计平均传热系数650～750 W/(m2·℃)，计算换热面积为933～1077 m2。
v 瑞典斯德哥尔摩有40 %的建筑物采用热泵技术供热， 其中10 %是利用污水处理厂的出水 ；
v 挪威奥斯陆 ，第一台污水热泵机组已在1983 年投入 使用 。
v 对于约10 人的住宅，采用热泵技术回收家庭生活污 水余热可节能达50 %，对于10人以上的住宅可节能 达60 %。
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v 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 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。
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四、 实际工程系统设计简介
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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0.5～1.0℃/公里 河道中的污水仍然是水源热泵很好的热源/热汇！
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五、 污水换热器的选择
v 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。 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 垢，清洗方便，处理量大。
项目 冬季采暖
夏季空调
冬季生活热水 过度季生活热水 夏季生活热水
机组 热泵机组 热泵机组 冷水机组 热泵机组
电锅炉 热泵机组
热源 二次水
— — 二次水 — 冷却水
冷源 —
二次水 二次水
— — —
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设备选型
项目 供暖 生活热水
空调
热（冷）负荷 （kW） 4585 530 530 530
v 污水用量设计计算 夏季污水利用温差为10℃ ，污水水量为 631m3/h ；冬季污水利用温差为5℃， 污水水量为 670m3/h ；因此污水设计量 为680m3/h
v 污水输送管道直径 污水取水采用虹吸管，管径为： 425mm 排水泵站出水管管径为：3城市2污0水源m热泵设m计与应用
❖ 运行模式
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表1 2008年前北京各污水处理厂建设计划与 潜能计算结果
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1.2城市污水的特点
v 冬暖夏凉 v 全年水温变化小和受气候影响小 v 污水排热量稳定 v 来源充足，接入方便
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1.3污水源热泵的特点及研究的意义
v 环保效益显著 v 高效节能 v 运行稳定可靠 v 一机多用，应用范围广
城市污水源热泵设计与 应用
2020/11/10
城市污水源热泵设计与应用
一、课题研究的背景、目的和意义
v 1.1 我国城市污水排放及处理现状 v 1.2 城市污水的特点 v 1.3 污水源热泵的特点及研究的意义 v 1.4 污水源热泵的经济性分析
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1.1我国城市污水排放及处理现状
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
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6万m2写字楼初投资及运行费用分析
v 初投资的估算：272元/m2 ； 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：50.10元/m2 。
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污水测温实验研究
v 污水温度测试的必要性 水源是应用水源热泵的前提。
v 到2004年底，全国661个城市建有污水处理 厂708座，处理能力为4912万立方米/日；
v 北京市 ，每天约产生300万吨的污水，到 2008年，城市污水的处理率将达到90%以上， 日处理污水量达270万m3 ；
v 可供暖面积将达到2280万m2 ，供冷面积将 达到1100万m2，生活热水供应量将达到7.4 万m3/d 。
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城市污水源热泵设计与应用
v 污水提取工艺流程 1、 河道取水——管道输送——沉滤池—— 高效过滤处理——循环水泵——高效换热 器——管道输送——排入河道
2、 河道取水——管道输送——沉滤池—— 高效过滤处理——循环水泵——高效换热 器——反冲过滤器——排入化粪池
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冬季，18.9元/m2； v 节省地源热泵中打井等费用，有效利用低位
热能资源； v 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。
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二、国内外现状分析
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国外污水热泵系统的应用
v 20 世纪80 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 ；