余热在住宅小区的运用探索

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论文关键词:住宅小区，水源热泵系统，可行性，环保节能

论文摘要:以静乐天柱山化工厂焦化厂的职工居住小区为例，介绍了采用水源热泵和余热换热器回收技术，回收利用冷却循环水和循环氨水废热资源为民用建筑集中热源和部分生活热水，替代传统的锅炉房供热方式，从而可大量减少一次能源消耗，减少污染物排放。

能源资源问题关系我国经济社会发展全局。为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展，国务院于2006年1月1日颁布了《可再生能源法》。随后，财政部、建设部于2006年9月25日颁布了《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，在专项资金支持的六项重点领域中，有四项都依靠水源热泵技术。

现阶段，我国正处于城市化的快速进程中，随着城市人口的增长及人们生活的提升，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，从各种循环利用的水源中提取能量，以解决建筑物供冷供热的水源热泵技术，将成为城市供冷供暖的理想选择。近几年，建筑市场发展迅猛，一大批建筑都在向“绿色”靠拢。地源热泵技术仍然是政府热，市场冷。

1、工程概况

本工程为山西天柱山化工厂焦化厂的职工居住小区余热利用项目。

由于生产工艺要求，焦化厂设有冷却塔两台，需600耐/h的冷却水常年四季不间断运行，冷却水进塔温度37℃~38℃，降至30℃左右返回系统。另有500衬/h左右的循环氨水，出水温度70℃左右(冬季不低于65℃，夏季高于75℃以上)，水质呈弱碱性，含微量氨和焦油，可按照10℃温降回收。

焦化厂循环水和循环氨水每天24h不间断运行，每时每刻向外排放大量余热资源。

项目:公司拟在焦化厂近期距离厂址2km的汾河边投资房地产项目，主要供天柱山化工有限公司职工居住，住宅小区由住宅楼、商铺、地下汽车库等组成，采暖总建筑面积为15.60万澎。原设计为采暖热源来自城市集中供热管，经小区内设置的热交换站制取40℃~50℃低温水供各建筑物采暖系统使用。

根据天柱山住宅小区的生活所需热水及所需热负荷，设计方案热源利用山西天柱山化工有限公司生产工艺循环氨水余热资源经换热后供给，热水供水温度60℃。

根据建设方提供的以上相关资料建议采用水源热泵和余热回收换热器技术，回收冷却水和氨水的预热资源，提供建筑采暖及生活热源所需。余热资源的回收与利用是一项很好的节能、减排、环保措施，大力开展能源节约与资源循环利用是企业降低成本、节能减排、增强竞争力的必然选择。热泵是一种热能置换装置，输人少量的电能将低品位置换成高品位热能，提供采暖所需热能。

采用热泵型节能减排产品可获政府补助(详见山西省人民政府办公厅文件晋政办发[2008]10号文件)。故若采用水源热泵机组加余热回收系统既利用废热、环保节能、减少污染物排放及节约大量运行费用，还可有效的降低初投资。

2、总体设计思路

该项目主要以提取利用冷却水和循环氨水的废热资源，加水源热泵主机二次提热为建筑提供集中热源和部分生活热水。

住宅小区的供热需求及生活热水由剩余循环氨水及水源热泵机组(由冷却水作为低温热源)提供。水源热泵机房系统设计以“必须保证系统安全可靠运行、机房内设备充分考虑其互换性和备用性”为设计宗旨，以“环保节能、营造舒适环境”为主导设计思想，按照国家相关规范和要求为设计依据对该工程进行设计。

确定建筑物的热负荷:1)循环氨水经板式换热器换热后为天柱山住宅小区提供所需的生活热水负荷，供水温度为60℃。2)剩余循环氨水经板式换热器换热为新建住宅提供一部分50℃热水可满足地暖的制热需求。3)在机房设计中重点考虑运行的安全性、可靠性、节能性和降低运行成本，结合建筑物不同功能分区的负荷情况，考虑全年的部分负荷运行情况，通过测量机房室内侧回水温度来开启或停止冷冻水泵，对系统进行流量调节来达到节能运行的目的。空调机组运行台数与楼内冷热负荷相协调匹配。空调主机的运行与水泵相互协调匹配，这样达到节能运行的目的。

3、工程总负荷计算及主机的确定

计算该工程总的热负荷，以建筑物总的热负荷为基础，作为选用热泵主机的依据:1)生活热水部分:循环氨水冬季按65℃设计，经板式换热器换出60℃的热水提供系统所需的生活热水;板式换热器1热源侧进出水温为65℃/60℃，所需的循环氨水量为:1417/1.163/(65-60)=243耐/1i;本工程现有的循环氨水可满足天柱山住宅小区设计小时耗热量设计需求。由机房接出生活热水外管网管道主管径为DN100o2)采暖负荷部分:板式换热器2热源侧进出水温为60℃/55℃，低温热源侧进出水温为50℃/40℃;生活热水暂按200时/h考虑;可为住宅部分提供的采暖负荷为:200x1.163x(60-55)=1163kW。以上负荷可为天柱山住宅小区高层住宅、商业建筑、综合楼建筑及地下车库提供冬季所需采暖热负荷。3)水源热泵主机需提供的制热负荷5109.4kW。据建筑物的总热负荷，选用地源热泵空调主机，其主机的制冷量、制热量和耗电量为适合该水源工况下的参数(见表1)。

4、可行性分析

采用水源热泵和余热换热器回收技术，回收利用冷却循环水和循环氨水废热资源，为民用建筑集中热源和部分生活热水，替代传统的锅炉房供热方式，从而可大量减少一次能源消耗，减少污染物排放。水源热泵空调技术就是利用少量电能为代价，吸收工业废水这一低品位热源的热量变成高品位的热能为末端用户供暖，一般COP值不小于4。真正达到降低运行费用、变废为宝零污染的效果。

此方案符合国家节能减排的原则，可获得国家提供的专项关于节能减排项目的补助资金。

本项技术目前的水准为国际领先。这种系统为国家推广项目，并有很多成功的推广经验，该系统节能降耗、高效减排，是适合城市发展的新型能源形式。

5、社会环境效益分析

1)绿色环保。目前中国的大气环境污染主要是燃煤、燃气，尤其是冬季采暖，多以燃气锅炉为主。采用水源热泵方案，每年减少向大气排放的大量二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物、氮氧化物(NO2)、二氧化硫(SO2)。水源热泵空调系统，仅使用少量电能驱动便可达到冬季采暖目的，是一种新型的绿色环保的能源方式。在民用建筑及公共建筑的建设中，水源热泵系统，不仅具有改变大气环境的实际功效，还可作为体现“绿色环保”的形象工程。2)促进环保节能技术的发展。水源热泵系统在国外已有十几年的运行历程，形成了一套比较完备的技术和经验。该项技术目前在国内也得到了重视，很多大型的工程已经投入运行且目前运行状况良好，通过该项目的实施，对于促进城市环保节能事业的发展，是十分必要和有益的。3)安全可靠，运行稳定。水源热泵系统使用电能驱动热泵，吸收工业废水中的热量(或排放热量)，无燃烧设备。从而不存在爆炸、燃烧等隐患。同时受天气和温度变化的影响很小。据专家介绍，在节电方面，水源热泵系统能效比为4.0以上，与大型燃煤锅炉相比一次能源利用效率提高80%以上，能源利用效率是电采暖方式的3倍~4倍，比传统中央空调系统节省30%~60%的运行费用。水源热泵系统没有燃烧过程，不存在固体废弃物、有毒有害气体和烟尘的排放，减少了“温室效应”。