城市污水源熱泵設(shè)計(jì)與應(yīng)用教案學(xué)習(xí)課件

會(huì)計(jì)學(xué)1城市污水源熱泵設(shè)計(jì)與應(yīng)用會(huì)計(jì)學(xué)1城市污水源熱泵設(shè)計(jì)與應(yīng)用1.1我國(guó)城市污水排放及處理現(xiàn)狀到2004年底，全國(guó)661個(gè)城市建有污水處理廠708座，處理能力為4912萬立方米/日；北京市，每天約產(chǎn)生300萬噸的污水，到2008年，城市污水的處理率將達(dá)到90%以上，日處理污水量達(dá)270萬m3；可供暖面積將達(dá)到2280萬m2，供冷面積將達(dá)到1100萬m2，生活熱水供應(yīng)量將達(dá)到7.4萬m3/d。第1頁/共39頁1.1我國(guó)城市污水排放及處理現(xiàn)狀到2004年底，全國(guó)661個(gè)表12008年前北京各污水處理廠建設(shè)計(jì)劃與潛能計(jì)算結(jié)果第2頁/共39頁表12008年前北京各污水處理廠建設(shè)計(jì)劃與潛能計(jì)算結(jié)果1.2城市污水的特點(diǎn)冬暖夏涼全年水溫變化小和受氣候影響小污水排熱量穩(wěn)定來源充足，接入方便第3頁/共39頁1.2城市污水的特點(diǎn)冬暖夏涼第3頁/共39頁1.3污水源熱泵的特點(diǎn)及研究的意義環(huán)保效益顯著高效節(jié)能運(yùn)行穩(wěn)定可靠一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣

第4頁/共39頁1.3污水源熱泵的特點(diǎn)及研究的意義環(huán)保效益顯著污水源熱泵工作原理冬季：

Q2＝Q1+Q3Q2≥4Q3夏季：

Q1＝Q2+Q3Q2≥5Q3第5頁/共39頁污水源熱泵工作原理冬季：第5頁/共39頁1.4污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析第6頁/共39頁1.4污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析第6頁/共39頁1.4污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析初投資：158.5元/m2（水源熱泵機(jī)房）；運(yùn)行費(fèi)用：夏季，18.4元/m2

冬季，18.9元/m2；節(jié)省地源熱泵中打井等費(fèi)用，有效利用低位熱能資源；污水源熱泵的運(yùn)行效率較高、費(fèi)用較低，具有環(huán)保節(jié)能的重要意義。第7頁/共39頁1.4污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析初投資：158.5元/m2（水源二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析第8頁/共39頁二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析第8頁/共39頁國(guó)外污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用20世紀(jì)80年代初在瑞典、挪威等北歐國(guó)家建造的一些以污水為低溫?zé)嵩吹拇笮蜔岜谜鞠嗬^投入運(yùn)行；瑞典斯德哥爾摩有40%的建筑物采用熱泵技術(shù)供熱，其中10%是利用污水處理廠的出水；挪威奧斯陸，第一臺(tái)污水熱泵機(jī)組已在1983年投入使用。對(duì)于約10人的住宅，采用熱泵技術(shù)回收家庭生活污水余熱可節(jié)能達(dá)50%，對(duì)于10人以上的住宅可節(jié)能達(dá)60%。第9頁/共39頁國(guó)外污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用20世紀(jì)80年代初在瑞典、挪威等北國(guó)內(nèi)污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用哈爾濱馬家溝河畔的一處600m2西餐酒吧利用污水作為熱量來源來供暖制冷；1999年北京工業(yè)大學(xué)在高碑店污水處理廠建設(shè)污水源熱泵供3000m2辦公樓采暖空調(diào)；

2004年，密云污水處理廠的2000m2辦公樓，用上了“污水空調(diào)”；2005年哈爾濱工業(yè)大學(xué)新源熱能科技有限責(zé)任公司成立，“城市原生污水源熱泵空調(diào)”；國(guó)家也出臺(tái)了相應(yīng)的污水利用政策第10頁/共39頁國(guó)內(nèi)污水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用哈爾濱馬家溝河畔的一處600m2西餐酒污水源熱泵污水源熱泵系統(tǒng)的原理是夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到污水源中，冬季將污水中的熱量提取供房間采暖。

三、污水源熱泵系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)第11頁/共39頁污水源熱泵三、污水源熱泵系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)第11頁/共39污水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能原理

系統(tǒng)制熱時(shí)：說明性能系數(shù)COP隨冷源溫度T0的升高而增大，隨T0的降低而減小。說明性能系數(shù)COP隨熱源溫度T的升高而減小，隨T的降低而增大。第12頁/共39頁污水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能原理系統(tǒng)制熱時(shí)：第12頁/共39頁污水源熱泵系統(tǒng)流程圖

第13頁/共39頁污水源熱泵系統(tǒng)流程圖第13頁/共39頁污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究污水源的條件

水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定過濾器第14頁/共39頁污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究污水源的條件第14頁/共39頁河道取水口及排水口布置圖第15頁/共39頁河道取水口及排水口布置圖第15頁/共39頁取水管線圖第16頁/共39頁取水管線圖第16頁/共39頁蓄水池平面及立面圖第17頁/共39頁蓄水池平面及立面圖第17頁/共39頁污水泵房流程圖第18頁/共39頁污水泵房流程圖第18頁/共39頁熱泵機(jī)房設(shè)備平面布置圖第19頁/共39頁熱泵機(jī)房設(shè)備平面布置圖第19頁/共39頁污水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題能源的綜合利用率來評(píng)價(jià)方案的可行性，得出最優(yōu)方案，使得工程造價(jià)最低，運(yùn)行費(fèi)用也最低。污水源熱泵工程施工中首先要實(shí)地測(cè)試污水的水質(zhì)，水溫及水量，由此確定方案中其他設(shè)備的配套使用。污水利用時(shí)，污染、腐蝕、結(jié)垢都是不可避免的問題，但是如何將此負(fù)面影響降低到最小限度就是方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。污水利用不能對(duì)環(huán)境造成影響或二次污染，因此在污水的取排水施工過程中應(yīng)該注意管道輸送的密閉性，而且管材的選擇也要防腐性強(qiáng)，并定期檢查。第20頁/共39頁污水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題能源的綜合利用率來評(píng)價(jià)方案

本項(xiàng)目為北京市某污水源熱泵采暖空調(diào)工程，位于北京市亦莊高新開發(fā)區(qū)。項(xiàng)目瀕臨市區(qū)涼水河，河內(nèi)常年流有溫度波動(dòng)較小的污水，污水資源是熱泵機(jī)組非常適合的熱源和冷源，充分利用污水資源，不僅節(jié)約大量的能源，保護(hù)環(huán)境，而且可以展示污水這一特殊可再生能源的熱泵利用技術(shù)。四、實(shí)際工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介第21頁/共39頁本項(xiàng)目為北京市某污水源熱泵采暖空調(diào)工程，位供熱供冷系統(tǒng)方案第22頁/共39頁供熱供冷系統(tǒng)方案第22頁/共39頁第23頁/共39頁第23頁/共39頁污水提取工藝流程

1、河道取水——管道輸送——沉濾池——高效過濾處理——循環(huán)水泵——高效換熱器——管道輸送——排入河道

2、河道取水——管道輸送——沉濾池——高效過濾處理——循環(huán)水泵——高效換熱器——反沖過濾器——排入化糞池第24頁/共39頁污水提取工藝流程第24頁/共39頁污水用量設(shè)計(jì)計(jì)算夏季污水利用溫差為10℃，污水水量為631m3/h；冬季污水利用溫差為5℃，污水水量為670m3/h；因此污水設(shè)計(jì)量為680m3/h污水輸送管道直徑污水取水采用虹吸管，管徑為：425mm

排水泵站出水管管徑為：320mm第25頁/共39頁污水用量設(shè)計(jì)計(jì)算第25頁/共39頁運(yùn)行模式項(xiàng)目機(jī)組熱源冷源冬季采暖熱泵機(jī)組二次水—夏季空調(diào)熱泵機(jī)組—二次水冷水機(jī)組—二次水冬季生活熱水熱泵機(jī)組二次水—過度季生活熱水電鍋爐——夏季生活熱水熱泵機(jī)組冷卻水—第26頁/共39頁運(yùn)行模式項(xiàng)目機(jī)組熱源冷源冬季采暖熱泵機(jī)組二次水—夏設(shè)備選型

項(xiàng)目熱（冷）負(fù)荷（kW）設(shè)備容量（kW）機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)供暖458550283臺(tái)熱泵機(jī)組生活熱水530冬季熱泵機(jī)組530過度季節(jié)電鍋爐530夏季熱泵機(jī)組冷卻水空調(diào)61451261×3＋2450×1＝62333臺(tái)熱泵機(jī)組1臺(tái)冷水機(jī)組熱泵機(jī)組：法國(guó)CIAT的LWP4200產(chǎn)品3臺(tái)，冷水機(jī)組：美國(guó)麥克維爾公司的WSC126LBH產(chǎn)品1臺(tái)。第27頁/共39頁設(shè)備選型項(xiàng)目熱（冷）負(fù)荷（kW）設(shè)備容量（kW）機(jī)組開啟臺(tái)熱交換器無錫紅旗壓力容器制造有限公司浮頭管殼式換熱器第28頁/共39頁熱交換器無錫紅旗壓力容器制造有限公司浮頭管殼式換熱6萬m2寫字樓初投資及運(yùn)行費(fèi)用分析

初投資的估算：272元/m2

；不包括暖通系統(tǒng)末端設(shè)備的投資及安裝費(fèi)用。

年運(yùn)行費(fèi)用估算：50.10元/m2

。第29頁/共39頁6萬m2寫字樓初投資及運(yùn)行費(fèi)用分析初投資的估算：272元/污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究

污水溫度測(cè)試的必要性水源是應(yīng)用水源熱泵的前提。

水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)水源的要求為：水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定。污水源的水溫、水量和水質(zhì)對(duì)污水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行更起著至關(guān)重要的作用。第30頁/共39頁污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究污水溫度測(cè)試的必要性第30頁/共39頁污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)工具第31頁/共39頁污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)工具第31頁/共39頁污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究

結(jié)果分析與比較

高碑店污水處理廠2000－2001年冬季二級(jí)出水的水溫變化圖第32頁/共39頁污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析與比較高碑店污水處理廠2000－污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究污水暴露空氣中流動(dòng)，溫度的變化率大約為0.5～1.0℃/公里河道中的污水仍然是水源熱泵很好的熱源/熱匯！第33頁/共39頁污水測(cè)溫實(shí)驗(yàn)研究污水暴露空氣中流動(dòng)，溫度的變化率大約為0.5污水換熱器設(shè)計(jì)要求首先，滿足工藝要求，盡量減少熱量損失。其次，要求具有一定的強(qiáng)度，便于安裝和維護(hù)。第三，污水換熱器更重要的是要防腐蝕性能好，抗垢，清洗方便，處理量大。管殼式換熱器的選擇浮頭式換熱器的特點(diǎn)：整個(gè)管束可從殼體中抽出，便于清洗和檢修，采用不銹鋼材質(zhì)，防腐蝕性能好。五、污水換熱器的選擇第34頁/共39頁污水換熱器設(shè)計(jì)要求五、污水換熱器的選擇第34頁/共39換熱器工程計(jì)算公式：管殼式換熱器中的換熱過程：管內(nèi)污水——管內(nèi)壁黏泥——管內(nèi)壁——管外壁——二次水傳熱系數(shù)的計(jì)算：結(jié)果：故本工程選取設(shè)計(jì)平均傳熱系數(shù)650～750W/(m2·℃)，計(jì)算換熱面積為933～1077m2。第35頁/共39頁換熱器工程計(jì)算公式：第35頁/共39頁換熱器的傳熱計(jì)算