论文部分内容阅读
摘要：本文项目选定污水源作为热源，配以燃气锅炉房为调峰热源；将污水源热泵系统对比了燃油锅炉、燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉四种传统的供热系统，对此五种系统进行了分项评价，得出了污水源热泵系统的节能性和经济性。
关键词：污水源热泵；调峰热源；节能性；经济性
0引言
暖通行业发展的今天，由于能源结构的调整和环保政策的加强，开发和使用新型能源已经成为行业发展的首要责任与使命。在各国学者不断的探索中，热泵技术应运而生并逐渐成熟。污水源热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收的污水源热能）一起排输至高温热源的一种能量提升装置[1]。
1.项目简介
兰州某污水处理厂每天排放大量的低位热能，经提取后可用于集中供热。
现有需要供热面积150.93万m2，兰州地区采用综合采暖热指标为45W/m2；最大（设计）热负荷67.92MW；整个采暖季的总耗热量可以计算为570443.18GJ/a。
污水小时最低流量为6666.7t/h，污水温度为13，污水提取温差为5。单位时间从污水中吸收的热量，热泵的实际制热系数。热泵机组的总供热能力，加入调峰比例为的调峰辅助热源联合运行满足冬季既定供热面积的采暖需求。
2.污水源热泵供热系统节能性评价
污水源热泵技术从清洁能源角度来说，是一种很理想的低温热源。热泵虽然有大于1的供热系数，但是仅以此来判断热泵的节能性是不够的，为此，提出用能源利用系数来评价热泵的节能效果。本文主要针对兰州市进行供暖设计，故考察一次利用率时主要考虑冬季制热的工况[2-3]。
定义：能源一次利用率（Primary Energy Ratio），简称PER；表征方案技术的节能性与环保性，即单位制熱/冷量所消耗的一次能源，单位：kW/kW。
公式定义 （1）
式中 ——系统得到的能量，kW； ——系统付出的能量，kW。
方案一：污水源热泵、调峰锅炉房联合运行系统；方案二：燃煤锅炉系统；方案三：燃气锅炉系统；方案四：电锅炉系统；方案五：燃油锅炉系统。
各方案PER计算结果见表1.1。
表1.1 各方案PER计算表
方案
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
PER
1.16
0.75
0.90
0.32
0.85
由表1.1可见，污水源热泵的一次性能源利用率最高，电锅炉供暖系统一次性能源利用率最低，表明在供暖负荷相同的条件下，节约一次性能源效果最好的为污水源热泵系统，这为污水源热泵系统的广泛应用提供了理论依据。
3.污水源热泵系统经济性分析
对于工程的评价，一般分为静态评价和动态评价，动态评价方法由于考虑了资金时间的价值，能动态地反映资金运行情况和全面地体现项目在整个寿命内的经济活动和经济效益，所以动态分析方法要比静态分析方法更全面、科学的提供项目决策依据。
等年值法（Annuity Cost）是最常用的动态评价方法，它是指在考虑到资金时间价值的条件下，计算项目在寿命期内每年的成本或者净收益值。等年值法的特点是把一次性投资与各年发生的现金流两个要素统一起来。
其计算方法如下[4]：
（2）
式中 ——初投资；
——残值，建设部规定固定资产报废时的净残值都按原值的4%计算；
——年运行成本；
——回收率，供热工程取8%。
3.1初投资
项目
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
建筑工程费
825.46
1121.21
898.31
908.18
1120.00
设备及工器购置
2666.5
1195.21
1016.07
1434.25
1069.12
安装费
2566.22
261.31
203.20
258.17
212.49
其他费用
605.82
566.41
560.12
560.24
561.24
合计
6664.00
3144.14
2677.72
3160.84
2962.84
方案的初投资[5] 表1.2 各方案的初投资（单位：万元）
包括建筑工程费、安装费、设备及工期购置费及其他费用。详见表1.2。
3.2 各方案系统运行费用
运行费用种类
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
电费
643.76
105.15
88.54
2210.78
88.54
水费
46.60
25.04
25.04
25.04 25.04
燃料费
157.66
799.48
2385.90
0
2726.12
维修费
166.60
78.61
66.94
79.02
74.07
人工费
234.00
329.10
262.98
262.98
262.98
总运行费用
1248.62
1337.38
2829.40
2577.82
3176.71
在系统运行的寿命周期内，会产 表1.3 各方案系统运行费用（单位：万元）
生各种各样的运行成本，包括燃料费、电费、水费、折旧维修费、人工工资及福利费、污染物排放收费。详见表1.3。
3.3 等年值
由3.1内容得出的初投资及3.2内容得出的系统运行费用，利用式（2）可以计算出个方案等年值，汇总于表1.4。 表1.4 各方案等年值
项目
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
（万元）
266.56
125.76
107.11
126.43
118.51
（%）
8
8
8
8
8
（万元）
1927.40
1657.62
3102.10
2899.76
3478.48
由等年值计算表可以看出， 污水源热泵、调峰锅炉房联合运行系统的经济性仅次于燃煤锅炉，但好于燃油、燃气和电锅炉，说明其适用性强；虽然燃煤锅炉的经济性好于污水源热泵联合供热系统，但是从清洁能源的角度来看，却远远处于劣势。因此，从经济性上来看，联合运行系统占有绝对的优势。
4.小结：
通过对污水源热泵的节能特性、经济性的分析，我们可以得到如下结论：
1.污水源热泵一次能源利用率最高，节能最优；
2.污水源热泵联合供热系统，经济性仅次于燃煤锅炉供热系统，但是污水源供热系统属于对废热的再次利用，属于清潔无二次污染的供热解决方案；
考虑到我国当前转方式、调结构的产业升级背景及环境保护的迫切要求，污水源热泵供热系统具有广泛的市场应用前景和价值。
参考文献：
[1] 徐邦裕，陆亚俊.马最良.热泵.北京：中国建筑工业出版社.1998
[2] 吴华荣，孙德兴.城市污水源热泵系统的节能与环保评价法.中国给排水.2002，18（10）：76-86
[3] 杨昭，赵义等.五种供热空调系统的技术经济分析及建议.制冷学报.2004，4：43-48
[4] 贾春霖，李晨.技术经济学.长沙：中南大学出版社.2004：110-125
[5] 赵建华，高风彦.技术经济学（第二版）.北京：科学出版社.2006
关键词：污水源热泵；调峰热源；节能性；经济性
0引言
暖通行业发展的今天，由于能源结构的调整和环保政策的加强，开发和使用新型能源已经成为行业发展的首要责任与使命。在各国学者不断的探索中，热泵技术应运而生并逐渐成熟。污水源热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收的污水源热能）一起排输至高温热源的一种能量提升装置[1]。
1.项目简介
兰州某污水处理厂每天排放大量的低位热能，经提取后可用于集中供热。
现有需要供热面积150.93万m2，兰州地区采用综合采暖热指标为45W/m2；最大（设计）热负荷67.92MW；整个采暖季的总耗热量可以计算为570443.18GJ/a。
污水小时最低流量为6666.7t/h，污水温度为13，污水提取温差为5。单位时间从污水中吸收的热量，热泵的实际制热系数。热泵机组的总供热能力，加入调峰比例为的调峰辅助热源联合运行满足冬季既定供热面积的采暖需求。
2.污水源热泵供热系统节能性评价
污水源热泵技术从清洁能源角度来说，是一种很理想的低温热源。热泵虽然有大于1的供热系数，但是仅以此来判断热泵的节能性是不够的，为此，提出用能源利用系数来评价热泵的节能效果。本文主要针对兰州市进行供暖设计，故考察一次利用率时主要考虑冬季制热的工况[2-3]。
定义：能源一次利用率（Primary Energy Ratio），简称PER；表征方案技术的节能性与环保性，即单位制熱/冷量所消耗的一次能源，单位：kW/kW。
公式定义 （1）
式中 ——系统得到的能量，kW； ——系统付出的能量，kW。
方案一：污水源热泵、调峰锅炉房联合运行系统；方案二：燃煤锅炉系统；方案三：燃气锅炉系统；方案四：电锅炉系统；方案五：燃油锅炉系统。
各方案PER计算结果见表1.1。
表1.1 各方案PER计算表
方案
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
PER
1.16
0.75
0.90
0.32
0.85
由表1.1可见，污水源热泵的一次性能源利用率最高，电锅炉供暖系统一次性能源利用率最低，表明在供暖负荷相同的条件下，节约一次性能源效果最好的为污水源热泵系统，这为污水源热泵系统的广泛应用提供了理论依据。
3.污水源热泵系统经济性分析
对于工程的评价，一般分为静态评价和动态评价，动态评价方法由于考虑了资金时间的价值，能动态地反映资金运行情况和全面地体现项目在整个寿命内的经济活动和经济效益，所以动态分析方法要比静态分析方法更全面、科学的提供项目决策依据。
等年值法（Annuity Cost）是最常用的动态评价方法，它是指在考虑到资金时间价值的条件下，计算项目在寿命期内每年的成本或者净收益值。等年值法的特点是把一次性投资与各年发生的现金流两个要素统一起来。
其计算方法如下[4]：
（2）
式中 ——初投资；
——残值，建设部规定固定资产报废时的净残值都按原值的4%计算；
——年运行成本；
——回收率，供热工程取8%。
3.1初投资
项目
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
建筑工程费
825.46
1121.21
898.31
908.18
1120.00
设备及工器购置
2666.5
1195.21
1016.07
1434.25
1069.12
安装费
2566.22
261.31
203.20
258.17
212.49
其他费用
605.82
566.41
560.12
560.24
561.24
合计
6664.00
3144.14
2677.72
3160.84
2962.84
方案的初投资[5] 表1.2 各方案的初投资（单位：万元）
包括建筑工程费、安装费、设备及工期购置费及其他费用。详见表1.2。
3.2 各方案系统运行费用
运行费用种类
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
电费
643.76
105.15
88.54
2210.78
88.54
水费
46.60
25.04
25.04
25.04 25.04
燃料费
157.66
799.48
2385.90
0
2726.12
维修费
166.60
78.61
66.94
79.02
74.07
人工费
234.00
329.10
262.98
262.98
262.98
总运行费用
1248.62
1337.38
2829.40
2577.82
3176.71
在系统运行的寿命周期内，会产 表1.3 各方案系统运行费用（单位：万元）
生各种各样的运行成本，包括燃料费、电费、水费、折旧维修费、人工工资及福利费、污染物排放收费。详见表1.3。
3.3 等年值
由3.1内容得出的初投资及3.2内容得出的系统运行费用，利用式（2）可以计算出个方案等年值，汇总于表1.4。 表1.4 各方案等年值
项目
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
（万元）
266.56
125.76
107.11
126.43
118.51
（%）
8
8
8
8
8
（万元）
1927.40
1657.62
3102.10
2899.76
3478.48
由等年值计算表可以看出， 污水源热泵、调峰锅炉房联合运行系统的经济性仅次于燃煤锅炉，但好于燃油、燃气和电锅炉，说明其适用性强；虽然燃煤锅炉的经济性好于污水源热泵联合供热系统，但是从清洁能源的角度来看，却远远处于劣势。因此，从经济性上来看，联合运行系统占有绝对的优势。
4.小结：
通过对污水源热泵的节能特性、经济性的分析，我们可以得到如下结论：
1.污水源热泵一次能源利用率最高，节能最优；
2.污水源热泵联合供热系统，经济性仅次于燃煤锅炉供热系统，但是污水源供热系统属于对废热的再次利用，属于清潔无二次污染的供热解决方案；
考虑到我国当前转方式、调结构的产业升级背景及环境保护的迫切要求，污水源热泵供热系统具有广泛的市场应用前景和价值。
参考文献：
[1] 徐邦裕，陆亚俊.马最良.热泵.北京：中国建筑工业出版社.1998
[2] 吴华荣，孙德兴.城市污水源热泵系统的节能与环保评价法.中国给排水.2002，18（10）：76-86
[3] 杨昭，赵义等.五种供热空调系统的技术经济分析及建议.制冷学报.2004，4：43-48
[4] 贾春霖，李晨.技术经济学.长沙：中南大学出版社.2004：110-125
[5] 赵建华，高风彦.技术经济学（第二版）.北京：科学出版社.2006