张建华
济宁鲁兴房地产开发有限公司 山东济宁272000
一、前言
当前，国家、地方政府推出了许多发展可再生能源的鼓励、奖励政策。为优化城市冬季供热能源结构，发展可再生能源利用，利用城市污水（中水）集中、量大、便于利用、可节能减排的特点，采用污水源热泵技术，建立热源厂，实现城区的集中供暖/冷，实现零排放、零污染，具有重大意义。例如济宁市（太白湖新区）污水处理厂（日处理30万吨污水，中水产量约10000吨/小时以上），建立污水源热泵的热源厂，可实现集中供热面积200万平方米，与其它热源相比，在相同热价的条件下，其年收益可达2000万元。
利用污水源热泵做热源进行城区集中供热，是可再生能源的利用，在供暖/冷面积规模同等的情况下，其投资低于传统燃煤集中供热，运行费用低于传统燃煤集中供热（在济宁市工业燃煤的价格条件下）。
二、国内外发展现状
1983年，挪威的第一个城市污水源热泵系统在奥斯陆Sk?yenVest投入运行。如今，污水源热泵技术在北欧国家已经得到大规模应用，技术及规模成熟处于国际领先地位。
我国早在80年代末就开始关注国外污水源热泵技术的研究与应用进展。2000年，首例城市污水源热泵系统在北京高碑店污水处理厂成功示范。此后，北京、秦皇岛、石家庄等地相继建成污水源热泵系统。
在济宁，目前已有多家单位使用水源热泵系统实现冬季供热及夏季制冷。若直接利用污水处理厂后端中水做源水，所使用的设备及技术与水源热泵系统基本类似。推广该类热源进行集中供热的条件已经具备。
三、供热规模及技术经济分析
（1）供热规模
根据市污水处理厂（太白湖新区）的数据（冬季水温约13度，每天中水产量约30万吨），制热后，其供热规模数据：节能建筑供暖面积可以满足200万㎡以上的集中供热需求。
（2）与燃煤方式采暖比较的使用成本与收益计算
水源热泵通常数据：按投入1KW电力得到4KW热量计算
1KW.H（1度电）即为3.6MJ。
常用煤发热量按5000Kcal/Kg计，即每kg煤发热量约为21MJ。
4KW.H即为14.4MJ，约合0.69kg的常用煤。若以联片锅炉房集中供热燃煤热效率85%比较，该热量相当于0.8kg常用煤。即1度电用于水源热泵系统可换来0.8kg的常用煤发热量。
例如：当前煤价(发热量5000Kcal/Kg)为1元/kg（1000元/吨），电价为0.5元/度电时，在不考虑制冷空调使用情况下，该污水源热泵系统每使用1度电可带来0.3元的收益。
（3）根据实践运行成本及收益
水源热泵系统采暖运行时，每平方米建筑面积采暖需源水（中水）循环量4Kg/h，综合耗电量12W。
采暖时间按120天计算耗电量：
120d X 12h/d X 12W = 17280W(17.28KW)
按民用电价0.5元/度，每平方米建筑面积运行电费成本约9元。考虑其它运行成本，每平方米建筑面积综合运行成本将低于12元。按目前我市城区供热价格22元/平方米计，，可带来2000万元的直接收益。
（4）污水换热计算
污水（中水）水量10000t/h,
采暖时换热温差9℃（13℃-4℃），
根据换热公式 Q = C m (T-t) ,则总采暖功率可达到100MW，满足200万平方米以上建筑面积采暖需求。
四、建设意义与必要性
1、改善能源结构的需要
济宁市城区冬季供暖能源消耗，目前以煤炭为主，大约占供暖能源消耗结构的95%以上。以煤为燃料的能源消耗，解决不了燃煤的烟尘、二氧化硫、二氧化碳等在大气中的排放。。
济宁市城区集中、大量、统一管理的排放污水，为可再生能源的大量利用，改善能源结构比，提供了又一个节能途径。
2、合理利用资源的需要
济宁市城区自来水消耗后由多级分支排污水管汇入城市主干排污地下水管进入污水处理厂。随人口的增加和城市的发展，水消耗只会增高，该方式采暖具有发展潜力。
3、环境保护的需要
从环境角度讲，污水源热的有效利用，是零排放、零污染，将实现人与自然的和谐发展。
若先期满足50万平方米建筑面积采暖需求，形成污水源热泵技术供热（可含制冷）项目。可实现减少标准煤消耗量1000吨/年、降低CO2排放量27000吨/年、SO2排放量14吨/年、粉尘颗粒物排放量105吨/年，氮氧化物100吨/年，烷烃类排放物5.5吨/年；年利润实现500万元。在此基础上，可扩大集中供热/冷服务规模达200万㎡，推动济宁市污水源热整体利用的规划与有效实施。
五、实施方案分析
1、规模分布
根据太白湖新区内污水处理厂的污水处理能力建立的热源厂，总供热负荷达100MW，最终可满足200万㎡建筑面积的采暖需求。
可供区域：太白湖新区
2、选址分析
经现场查看，污水源热泵热源厂适合建于济宁市北湖新区污水处理厂北部。
3、系统设计方案分析
（1）主要设备
根据冷、热负荷计算，确定热泵主设备选用： JH-3100M型，单台水源热泵机组，冬季运行制热量为2570KW，制热输入功率为570KW；夏季运行制冷量为2880KW，制冷输入功率为390KW。主要设备如下表：
序号 名称 型号 单位 数量
1 水源热泵主机（含备用） JH-3100M 台 9
2 中水循环泵 500WQ2200-14-132 台 4
3 （污水提升泵） 500WQ2500-10-110 台 4
4 冷热水循环泵 DFG300-400C/4/75 台
5 （污水中介水热交换器） BHW900-1.0-260-SS-2 台
6 变压器 800KVA 台 1
7 自动控制装置 套 1
8 自动补水装置 套 8
（2）污水热源供应
目前济宁市城市污水日排出量30万m3（目前自来水供应量，高限为40万m3/日）。
依据济宁市水务集团污水处理厂的资料和测量数据，污水处理厂污水峰值约为30万m3/日。其水温、水量稳定，符合热泵系统采暖方式的要求。
（3）水源热泵机房
机组制热工况（45℃/50℃）名义COP值4以上，制冷工况（7℃/12℃）名义COP值6以上。机组名义工况性能允差数值需达到额定值的96%以上（注：美国AIR590-92标准的规定值为95%，日本JIB8613-86标准的规定值为85%，我国JB/T4329-97标准的规定值为92%）。主机操作系统应具备很好的控制性及兼容性，能实现远程控制。同时，能对机组运行进行监控及预警，具有故障自检功能。
六、经济、社会与环境效益分析
1 、基础参数
项目寿命期：30年
减排期：30年
折旧期：20年
折旧率：4.75%
税收优惠政策查询结果：居住建筑供热收入部分免征增值税；企业所得税前三年免征，后三年减半，第七年起全额征收。
电价：以平均价格为0.5元/千瓦时为计算依据。
3、环保与社会效益分析
污水源热为热源的集中供热方案是一种理想的环保方案，投产后不仅不会对周围环境造成损害，反而会对济宁地区大气环境治理有极大的意义和推进作用。
七、结 论
利用污水源热泵做热源进行城区集中供热，以国家、地方政府大力推广可再生能源发展政策为契机，充分利用济宁市现有可再生能源利用的资源——城区内污水集中、量大、便于利用、可节能减排的特点，采取污水源热泵技术集中供暖/冷，可优化济宁城区用能结构，实现零排放、零污染。可推动济宁市未来污水源热利用的远期规划与集中实施，供热/冷服务规模可以扩大到200万㎡建筑面积，充分显示出示范、引导、推广、实用的作用。
参考文献：
1、张建华、马成龙。济宁机场地源热泵利用报告，2011.3
2、张建华《地源热泵原理》