污水源热泵热能经济技术分析

第３１卷第３期２００８年３月

合肥工业大学学报（自然科学版）

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＦＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖ０１．３１Ｎｏ．３

Ｍａｒ．２００８

污水源热泵热能经济技术分析

韩丰云，

王铁军，

刘

杰

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥２３０００９）

摘要：污水源热泵是一种以城市或工业污水作为热源／热汇的空调系统。文章介绍了污水源热泵的工作原理和性能特点，利用财务净现值法和动态费用年值法对污水源热泵和风源热泵系统进行了经济技术对比分析；结果表明，采用污水源热泵可以大幅降低固定资产投资，减少能源和水资源消耗，具有较大的经济和社会效益。

关键词：污水源热泵；风源热泵；经济技术分析中图分类号：ＴＵ８３１．６

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—５０６０（２００８）０３—０３５２—０４

Ｃｏｓｔ。ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｅｗａｇｅ

ＨＡＮＦｅｎｇ－ｙｕｎ，

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ＵＵＪｉｅ

ＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｗａｇｅ

ｓｏｕｒｃｅ

ｈｅａｔｐｕｍｐ（ＳＳＨＰ）ｕｔｉｌｉｚｅｓｓｅｗａｇｅ

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ｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＳＳＨＰａｎｄｃｏｍｐａｒｅｓｔｈｅＳＳＨＰｗｉｔｈｔｈｅａｉｒ

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ｓｏｕｒｃｅ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｗａｇｅ

ｈｅａｔｐｕｍｐ；ａｉｒｈｅａｔｐｕｍｐ；ｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ

０引言

原因是：①污水对管路与设备的堵塞问题有待解．

决；②宣传不力，人们对其技术和经济的优势认

识不足；③技术更新和发展滞后；④技术的应用和管理水平落后。

本文从技术和经济２个方面对污水源热泵进行分析和对比，进一步论证了污水源热泵的技术和经济优势，为推广其在制冷供热中的应用，优化资源配置提供依据。

水源热泵技术可以追溯到１９２１年瑞士的一个专利，在美、日、欧洲等国已有几十年的商业应用历史。水源热泵依靠机组内制冷剂的物态循环变化，冬季从江河湖泊、海水：工业废水及城市污水等低品位热源中汲取能量，提升、转移为高品位热能，为用户供热。夏季又可以将用户端制冷的废热排人低温热体中。污水源热泵使用的水源为城市废水（－－级水、中水或污水源水），水源的巨大吸热能力代替了冷却塔的散热作用，消除了冷却塔的噪声、漂水等问题，具有高效、环保及节能等优点。污水源热泵供热系统可以实现城市废热的回收利用，变废为宝，符合可持续发展的国策，是建筑节能的新技术之一［１］。然而城市污水作为热泵冷热源的实际应用比例和水平都不高，其主要

收稿日期：２００７－０４—２８

作者简介：韩丰云（１９８３－－），男，山东青岛人，合肥工业大学硕士生

１污水源热泵的工作原理和性能特点

１．１污水源热泵工作原理

根据污水和热泵中的热交换器是否直接进行

热交换，污水源热泵可分为直接利用系统和间接利用系统。污水源热泵直接利用系统是污水直接

与热泵的热交换部分进行热交换，该系统多以处理水作为热源。污水热泵间接利用系统就是污水

第３期韩丰云，等：污水源热泵热能经济技术分析

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只和热泵前的热交换器及清水进行热交换，而清水再和热泵进行热交换，该系统多以未处理水作为热源。直接利用方式的热能提取效率高，节能效果比增加一次换热要好，一般直接利用方式的节能率比间接利用方式高７％左右［２］。

污水源热泵的工作流程如图１所示。冬季热泵循环流程以实线标出，压缩机排出的高温高压制冷剂气体在换热器Ⅱ中冷凝放热（为空调循环水加热），经膨胀阀降压降温后，在换热器Ｉ中蒸发吸收污水的热能。夏季制冷循环流程以虚线标出，此时换热器Ｉ作为冷凝器，将废热排给污水，换热器Ⅱ作为蒸发器，为空调循环水提供冷源。在制热过程中，压缩机消耗一定量高位电能，加上蒸发器吸收污水的低位热能，输出的高位热能，在数量上等于压缩机耗能和吸收低位热能的总和。污水源热泵在夏季将污水作为热汇、冬季作为热源，开辟了污水资源利用的新途径。

换热器Ⅱ

空用

机

—◆供热一＋锖岭

图１水源热泵工作原理示意图

１．２污水源热泵的性能特点

（１）环保效益显著。热泵机组的运行没有任何污染，没有燃烧过程，避免了排烟、排污等污染。供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗，同时热泵机组的运行不受天气和温度变化的影响。使用污水作为热泵水源，与地下水源相比，可以避免大量开采、回灌地下水对地下水造成的不良影响，起到保护水资源的作用。

（２）高效。水源热泵机组可利用的水体温度冬季为１０＂－２０℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体温度为２０，－－－，３２℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。根据美国环保署ＥＰＡ估计，安装良好的水源热泵，平均可以为用户节约３０％－－一４０％的供热制冷空调运行费用。

（３）节能。设计良好的水源热泵机组，与空气

源热泵相比，可以减少３０％的电力消耗。与电供

暖相比，可以减少７０％以上的电力消耗。所以，水源热泵在节能的同时，还减少和降低了发电时一次能源消耗过程中产生的污染排放和温室效用。

（４）一机多用，节省固定投资。利用一套设备既可制冷，也可供热和提供生活热水。对空调系统来说，由于提供２种热源，可节省一次性投资，其总投资额近仅为传统空调系统的７０％～８０％［３｜。

（５）运行稳定、可靠，维护方便。水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气

温度的变化，是很好的热泵热源及热汇。水体温

度较恒定的特性，使热泵机组运行更可靠、更稳定，其温度特性也保证了系统的高效性和经济性，不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。由于系统简单、机组部件少及运行简单稳定，相对维护费用也低，使用寿命可长达２０ａ以上。

（６）拓宽了污水的用途。污水热泵系统不仅具有低功耗的特点，而且拓宽了污水的用途。

（７）应用范围广。可广泛应用于宾馆、办公楼、学校商场、住宅小区的集中供热制冷，以及其他商业和工业建筑空调，并可用于游泳池、乳制品加工、啤酒酿造、室内种植和恒温养殖等行业。

２污水源热泵的经济技术分析

采用能源工程项目中最常用的是财务净现值

法和动态费用年值法［４］，２种经济评价方法。

（１）财务净现值法。财务净现值法是按照部门规定的标准收益率，将各年所发生的净现金流

量（ＨＰ现金流入与流出之差），折算到建设期起始年的现金总和，当净现值≥０时，表示该方案可

行，当净现值＜ｏ时，，该方案不宜采用。净现值的计算公式为

，兰１

Ｆ＝∑Ｃｄ，Ｊ（１＋以）１

』＝１

其中，Ｆ为净现值（元）；规为建设期与经济寿命之

和（１５ａ）；Ｃｄ。ｊ为第歹年的净现金流量（元）；ｉ。为部门的标准收益率，取０．０８。

（２）动态费用年值法。动态费用年值法是将参与比较方案的系统造价按资金的时间价值折算

为每年的费用，并与年运行费用相加得出费用年

值，从若干方案中选取费用年值最小的作为最佳

方案。费用年值的计算公式为

，一带喜与％＋ｃＪ

（１＋ｉ）ｍ一１。唧。。

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合肥工业大学学报（自然科学版）

第３１卷

其中，厂为费用年值（元／ａ）；ｉ为利率或采用部门２．３机组设备选型及工作指标

的标准内部收益率；ｍ为经济寿命（ａ）；ｃ。为系统

选择方案时应该考虑节省投资和保障该建筑造价（元）；ｃ为年运行成本（元／ａ）。正常制冷供暖要求，选用了清华同方人工环境公２．１主要经济指标

司的ＳＧＨＰｌｏＯＯ型螺旋式污水源热泵（简称Ｌ型（１）系统造价。为供暖、空调系统各部分造

泵），并将其与ＦＳ－Ｚ－Ｒ模块式风源热泵（简称Ｆ价之和，包括土建费、设备购置费、安装费及其他

型泵）作对比分析。主要工作指标和设备选型见费用（设计费、监理费和不可预见费）。

表１和表２所列。

（２）年运行成本。为系统中各部分每年消耗的费用，包括水费、电费、燃料费、排污费、管理人

裹１风源热泵、污水源热泵的主要工作指标

员工资、管理费、设备折旧费和设备维修费等，本文计算只考虑电能费用。

２．２计算参数

（１）气象参数参照２００６年合肥地区实际日平均温度，供暖室内计算温度取２０℃，夏季空调室内计算温度取２７℃。供暖期为９０ｄ，日供暖时间按２４ｈ计算。夏季空调期１５０ｄ，日供冷时间为２４ｈ。综合考虑设备同时使用系数０．８。

（２）计算对象选取合肥市某住宅小区，总面积

为４０

０００

ｍ２。考虑到该建筑主要为住宅，根据国

表１中，Ｌ、Ｔ２、Ｔ３、丁４分别表示冬季蒸发器

家标准，单位建筑面积制冷负荷选取４５、Ⅳ／ｍ２，建进／出口温度、冬季冷凝器进／出口温度、夏季蒸筑总冷负荷约为１

８００

ｋＷ。单位建筑面积供暖热

发器进／出口温度及夏季冷凝器进／出口温度；负荷选取５０、Ⅳ／ｍ２，建筑总热负荷约为２

０００

ｋＷ。

（ｋ、Ｑ净表示制热量及制冷量；Ｐ表示制冷／制热（３）收费标准热价为３１元／（ｍ２・ａ），空调收

输入功率；蜘表示体积流量；户表示水侧换热器水费标准为２３元／（ｍｚ・ａ）Ｅ５｜。

压降［６・７ｌ。

裹２水源热泵空调系统主要设备选型和初投资

注；设备的初投资是根据厂家的报价计算。

根据以上机组的技术参数可知，所选机组符裹３初投资比较

万元

合住宅小区的要求。２：４计算结果与分析

按经济评价方法和经济指标对所选机组进行

经济性评价，分别计算每种方案的系统造价、年运行成本、净现值及费用年值，计算结果见表３～

表５所列。

表３初投资计算中包括污水源热泵和风源热

泵整套机组设备及施工费用中的投资项，从表中

第３期韩丰云，等：污水源热泵热能经济技术分析

３５５

可以看出，污水源热泵的初投资费用小于风源热温度低于一８℃时，还需增加辅助电加热设备的初泵的初投资费用。而对于风源热泵，当冬季室外

投资费用。

表４运行费用比较

从表４中可以看出，污水源热泵的供热制冷

现值见表５所列。在２个系统中，污水源热泵净系统用电量得到很大的节约，每年约为４．１×１０５现值为正，所以在工程中宜采用污水源热泵。费ｋＷ・ｈ时，因此其运行费用低于风源系统的运行用年值把初投资和年运行费用这２个不同性质的

费用。从总成本的合计计算中得知，风源热泵的经济指标结合在一起，从而能够更好地评判方案

运行费用比污水源热泵的运行费用高１５．２％。

的优劣。

按照前面对供热系统和制冷系统提出的收费由表５可知污水源热泵的费用年值最低，所标准，得到污水源热泵系统和风源热泵系统的净

以污水源热泵具有很强的经济竞争力［８］。

裹５净现值、费用年值的比较

可再生能源，２００２，（６）：２３—２４．

３结论

李建兴，涂光备，周文忠．城市污水热泵在住宅供热中的应（１）污水源热泵集制冷与供热于一体，节省用口］．流体机械，２００４。３２（９）：６５—６８．

王兰容．技术经济学［Ｍ］．哈尔滨；哈尔滨工业大学出版了工程的初投资费用和年运行费用，能够很好地社，２００１：８２—９５．

应用在工程上。

崔福义，李晓明，周红．污水源热泵供热空调技术的经济（２）污水源热泵供热方案是一种节能、经济、分析［Ｊ］．节能技术，２００５，２３（１）：１４—１７．

环保的供热方案。从经济效益、节能和环保等方

ＦｕｎａｍｉｚｕＮ，Ｌｉｄａ

Ｍ，ＳａｋａｋｕｒａｙＹ，ｅｔａ１．Ｒｅｕｓｅ

ｏｆｈｅａｔ

ｅｌｌ－

面综合考虑，在我国污水资源丰富的地区，应充分

ｅｒｇｙｉｎ

ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ：ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｅｘａｍｐｌｅｓｉｎＪａｐａｎ［Ｊ］，

ＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，４３（１０）：２７７－－２８６．利用污水源热泵进行区域供热。

王宏哲．城市污水热能利用的探讨［Ｊ］．环境保护，２００１，２６

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［参考文献］

［８］

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［１］周文忠，李建兴，涂光备．污水源热泵系统和污水冷热能利

用前景分析［Ｊ］．暖通空调，２００４，３４（８）：２５一ｚ９．

（责任编辑吕杰）

［２３李亚峰，陈平．利用热泵技术回收城市污水中的热能［Ｊ］．

污水源热泵热能经济技术分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

韩丰云， 王铁军， 刘杰， HAN Feng-yun， WAMG Tie-jun， LIU Jie合肥工业大学,机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009

合肥工业大学学报(自然科学版)

JOURNAL OF HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE)2008,31(3)3次

参考文献(8条)

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3. 宫克勤. 李浩洁. 迟旭 热泵替代燃油锅炉改造及经济对比分析[期刊论文]-科技信息 2008(30)

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