污水源热泵用于集中供暖的技术经济分析

摘要：污水源热泵技术正在越来越得到人们的关注。本文提出了利用污水源热泵技术代替传统供热锅炉方案用于集中供暖的方案。并且以武汉某居住小区为例，评价了污水源热泵用于冬季集中供暖的经济性，和其它供暖形式相比较得出了乐观的结论。并且根据污水源热泵的特点对污水源热泵技术应用于集中供暖提出了具体可行的改进方法，以进一步提高污水源热泵机组的经济性和可行性。
　0 引言
　　年来，在暖通空调领域，污水源热泵的发展越来越得到人们的关注。虽然污水源热泵技术在国外早有应用[1]，但其在国内也是近年来才有了长足的发展。污水源热泵是利用城市污水作为冷热源的水源热泵，由于城市污水的一系列特点[2]，使得污水源热泵在节能性和环保性等方面较传统热泵机组形式有较大的优势。
　　由于城市污水在冬季的温度较其它热泵空调的热源要高很多，在使用高温水源热泵机组的情况下，热泵机组出水温度可达到直接供暖的要求，所以在冬季利用污水源热泵供暖是一项非常有潜力的技术。本文以在冬季利用污水源热作为小区供暖热源方案，和普通供暖锅炉方案作一个定量的技术经济分析。比较对象为现在比较常用的几种集中采暖形式：燃煤锅炉、燃气锅炉和燃油锅炉。
　　1集中供暖条件的确定
　　1.1集中供暖概况
　　武汉市是我国著名的重工业特大城市，每年污水排放量非常大。而且武汉市气候特征为夏季炎热，冬季湿冷。但是由于武汉市一般累年日平均温度低于或等于5℃的日数为59天[3]，没有达到60天的最低供暖要求，所以不属于国家强制冬季集中采暖城市。但是随着人民生活水平的日益提高，对冬季采暖的要求也日渐强烈。在当前大规模的城市供热管网没有修建之前，在各小区建设集中供暖使用的锅炉房或热泵房是最佳选择。
　　本章以武汉市已建成的某小区为研究对象，该小区总供暖面积为50000m2，供暖热指标按60W/m2计算[4]。
　　1.2计算供暖热负荷
　　为正确计算该小区在采暖时期的热负荷，采用绘制热负荷延续时间图[5]的方法。供暖热负荷延续时间图的数学表达式如下。



　　2供热系统的经济性评价
　　2.1工程经济评价标准
　　由于本文涉及的各个供暖方案具有不同的寿命周期，所以本文采用费用年值法对各个采暖系统进行经济性评价比较。
　　费用年值法的计算公式为[7]：

　　2.2各供暖方案的初投资计算
　　本章节主要是比较污水源热泵与其它几种供暖形式的经济性，只考虑机房部分的经济性差异，对于供暖末端而言是相同的。所以初投资不考虑末端设备。
　　初投资包括有：设备价格费，根据文献[8]，可以将各方案的设备购置价格表示为设计供暖热负荷 (MW)的函数，见表1。污水源热泵供暖方案中，设备价格还应包括输送低位热源(污水)的管网投资、水泵投资以及低位热源(污水)换热器的投资。
　　表1 设备价格表

　　还应包括：安装工程费，取总费用的5%。设备工器具购置费，按设备总费用的1%。由于污水源热泵供热系统(高温热泵系统)的供回水温度为85/70℃，而三种传统供热方案的供回水温度均为95/70℃，在对室内提供相同供热量时，高温热泵供热方案需要增加室内散热器的面积或选择传热系数更高的散热器，因此需要相应增加室内采暖系统的初投资所占的比例。污水源热泵方案中，室内供暖系统初投资的增加值和污水管网的投资均计入初投资比较表2中。
　　表2 四种供热方案的初投资比较

　　注：取热泵站离污水干渠或处理站的距离500米，污水管网敷设费按6万元/km计算。
　　2.3各供暖方案的运行费计算
　　各供暖方案在运行的寿命周期内，会产生各种各样的成本。包括燃料费、人工费、折旧费等等。并不是初投资低的方案就一定划算，只有在整个寿命周期内都表现出良好的经济性的方案才是最佳方案。
　　其中污水源热泵不包括燃料费，其它三种方案均需要消耗燃料。武汉地区燃煤、燃油和天然气的价格见表3。
　　表3 各种燃料比较表

　　各方案电费、水费或燃料费的计算污水源热泵为电机驱动，整个供暖周期内耗电量Qe(kWh)为：

　　则供暖用电费Y1为：

　　式中 Pe――电价元/kWh，武汉市实行分时电费制度, 6～22时电费单价0.525元/kWh，夜间电费单价为0.26元/kWh,供暖季节按每天不间断供暖24h计算。综合后电价按0.44元/kWh计算。
　　对于锅炉方案，均需要燃烧燃料，整个供暖周期内燃料费Y2为：

　　式中 P――燃料单价;G――锅炉每年燃料消耗量;Q――燃料的低发热值，具体参 数见表4; ――锅炉效率。
　　还应包括：维修费=固定资产原值×维修费率，维修费率按2.5%计算。人工费及福利费，人工费包括生产和管理人员的工资，取每人每年9600元。热泵站供暖定员为10人，煤锅炉房供暖定