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摘 要:利用日益发展成熟的热泵技术,首先在星级宾馆等局部能源内部形成类似于自然生态链的关系,从而达到充分利用能源,减少能量排放,形成能量反馈式闭合循环利用模式,实现节能目的。
关键词:能源;热泵;反馈式能量循环模式
1、前言
改革开放30年以来,中国创造了世界上绝无仅有的发展速度,持续几十年的高速GDP增长,快速的工业化,城市化,每年上千万的人爬上轮子以车代步,雨后春笋般的房地产项目。至2006年,中国已经成为位居美国、日本和德国之后的世界第四大经济体,同时也是全球第四大外国直接投资聚集国。随着国际市场经济的快速全球化,中国经济的对外依存度快速提高,物资与服务的进出口量占GDP总量的70%左右,中国已经成为世界制造中心或世界工厂。从能源角度来讲,中国在很多方面“领先”其他国家:第一大煤炭生产与消费大国,第二大能源生产与消费国、第二大石油消费国,第三大石油进口国、第二大电力市场。从环境角度来讲,中国是除了二氧化碳之外的所有污染物的最大排放国,而二氧化碳排放的排放量正在赶超美国而将在近期超过美国。2005年全球污染最为严重的20个城市中,中国占了10个席位。中国面临着世界有史以来最为严峻的能源与环境的挑战。中国的发展面临着严重的能源资源短缺,而中国近几年的经济发展模式又是粗放型的,在严重浪费资源的同时又给环境带来巨大的代价。这样下去,不光是中国的经济发展难以为继,中国发展对世界的环境影响也非常巨大。在经济发展与能源供应的矛盾日趋尖锐的情况下,中国政府意识到,中国经济必须改变增长方式,把资源节约和环境保护放在更加突出的战略位置。继环境保护在十多年前被列为“基本国策”以后,中国又把节约资源也列为“基本国策”,实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。提出了建立“资源节约型,环境友好型”的社会。
2、热泵低温热源现状与污水热能回收意义
节能和环保是实现可持续发展的基础,是解决能源危机和环境污染问题的重要手段,全力探索无公害的新能源、研究开发节能系统和节能技术等具有长远的战略意义。在一次能源变成各种形式能量的过程中,约有58.5%的能量以排气、废气、低温热水等形式损失掉[1]。研究利用低位能源,如污水、空气、土壤、太阳能、工业废热等来代替高位能源(煤、石油、天然气、电能等)以缓解能源危机具有十分重要的意义。在这些尚未有效利用的低位能源中,城市污水因其独特的优点而被公认为是回收和利用价值较高的清洁能源,城市污水排热量大约占城市总排热量的10%～16%左右,污水温度在5～35℃左右。
采用热泵系统回收利用城市污水中的热能,就是用一种节能技术开发一种清洁能源,降低了城市废热的排放,既节约了能源又保护了环境,是一项具有节能和环保双重意义的应用技术。
随着经济进一步发展、城市化进程加快、第三产业比例增大、人民生活水平显著提高,我国的建筑能耗有很大增长。我国城镇建筑面积约150亿m2,其中一般公共建筑约为55亿m2,城镇的公共建筑节能问题尤为关键[2]。据统计,2000年我国建筑能耗共计3.5亿吨标准当量煤,占当年全社会终端能源消耗量的27.8%,已接近发达国家建筑用能占全社会能源消耗量的1/3左右水平[3]。根据2000年商业建筑能耗调查统计,我国商业建筑每年的能耗总费用已高达225亿元人民币,能耗费用已成为主要经营成本之一,其中,热水能耗是其重要部分之一。调查表明,各类商业建筑能耗中,热水能耗比重为:饭店31%,写字楼2.7%,商场10.7%,医院41.8%[4]。由此可见,宾馆饭店建筑的热水能耗占其能耗总费用的比重很大。北京市现有数量众多的各类大型公共建筑,高级宾馆饭店建筑占有相当大的比例。截至到2008年底,全国共有星级饭店14099家,客房159.14万间,山东省的星级饭店数量已经达到810家,客房9.99万间[5]。这些建筑物每天的排水中带有大量的热量,如果能够回收其中部分热量将会有助于提高能源利用率,降低总体能源消耗,从而减少运行费用,降低经营成本。
我国水资源形势十分严峻,人均占有量仅为2400-2500m3/年,为世界人均水量的1/4。开源与节流是解决水资源矛盾的两个不同方面,这两个方面缺一不可,密切相关。污水再生利用是重要的节水措施,是规模大、效益高的节约用水措施。城市污水排放后就近收集,就近利用,减少了新鲜自来水的使用量,节约投资,稳定可靠。开辟这类非传统水源,实现污水资源化,对缓解水资源紧缺矛盾,保障城市经济持续发展具有重要的战略意义。中水是一种将城市和居民生活中产生的杂排水经过适当处理,达到一定的水质标准后,回用于冲洗厕所、清洗汽车、绿化或冷却水补充等用途的非饮用水。因其水质介于上水和下水之间而得名。由于有明显的社会效益和经济效益,已受到各方面的重视,特别是在一些严重缺水的地区和缺水国家,包括一些发达国家及发展中国家的缺水城市。在我国,原建设部于1996年颁布了中水设施管理办法,推动了各城市的中水设施建设。目前,北京、大连、青岛、太原、成都等缺水城市也在积极推广中水回用技术。当前,城市污水的再生回用,正在成为开辟城市新水源、解决城市水资源不足问题的一个重要途径。随着水源热泵技术的日趋成熟和发展,为在实际工程中推广和应用污水源热泵系统提供了可靠的技术保证。同时,国内中水设施建设和管理的不断完善,使得对中水热能特别是宾馆排水经汇集处理后的中水热能的回收利用进行研究和应用具有重要的意义。
3、热泵系统节能方案及循环形式
考虑到星级宾馆生活热水的常年使用性,且在相同的时间区域内,生活热水的需求量与污水的排放量也就是中水的处理量起伏吻合,但中水及能量不能100%回收,因此,将污水源热泵设计作为辅助热源,将所回收的热量全部用于生活热水的加热。可参见图1。
4、污水源热泵系统的基本分类
污水源热泵系统的形式按工艺流程可分为开式与闭式两类系统。开式与闭式是指水源水是否直接进入热泵机组的蒸发器或冷凝器,若直接进入则为开式系统,若间接地通过二次换热以循环载热体进入则为闭式系统,可参见图2、图3。
采用闭式系统间接地利用污水作为热源由于增加了中间换热器,因而能源利用效率不是最佳。采用开式系统直接地利用污水作为热源具有更高的能源利用效率,可以充分提取污水中的热能,但由于污水水质复杂,如果采用未经处理城市原生污水,容易导致热泵设备的阻塞、结垢和腐蚀等。
上面两图中对于换热器2来说,根据水质和其它条件,若选择浸泡式换热器,可将换热器直接布置在污水池中(处理前或未处理的水池),从而不需要采用图中标示的防阻工艺或设备。
5、污水源热泵系统控制模式
考虑生活污水的复杂性、处理技术问题及局部中水处理的经济性,所以,仅回收宾馆洗手盆用水、淋浴用水。因马桶用水处理复杂,使用价值低,所以直接排放。故需增设单独排水管道。根据《建筑中水设计规范》(GB50336-2002)计算得知,星级宾馆可用于热源中水约占总用水量的60%～75%。通常中水平均水温在20℃～35℃,热水供应需求对温度的要求通常在45℃～60℃的中低温区域。通过公式=QC△tc不难推断,中水提供的热量不能满足需求。所以可设定中水低值停止热泵工作。参见图4。
参考文献:
[1]薛志峰,江亿.北京市大型公共建筑用能现状与节能潜力分析.暖通空调.2004:(09).
[2]国家建设部.建设部能源“十五”规划纲要[J].施工技术.2002,31(8):1～6.
[3]《2008年中国星级饭店统计公报》.国家旅游局发布.
关键词:能源;热泵;反馈式能量循环模式
1、前言
改革开放30年以来,中国创造了世界上绝无仅有的发展速度,持续几十年的高速GDP增长,快速的工业化,城市化,每年上千万的人爬上轮子以车代步,雨后春笋般的房地产项目。至2006年,中国已经成为位居美国、日本和德国之后的世界第四大经济体,同时也是全球第四大外国直接投资聚集国。随着国际市场经济的快速全球化,中国经济的对外依存度快速提高,物资与服务的进出口量占GDP总量的70%左右,中国已经成为世界制造中心或世界工厂。从能源角度来讲,中国在很多方面“领先”其他国家:第一大煤炭生产与消费大国,第二大能源生产与消费国、第二大石油消费国,第三大石油进口国、第二大电力市场。从环境角度来讲,中国是除了二氧化碳之外的所有污染物的最大排放国,而二氧化碳排放的排放量正在赶超美国而将在近期超过美国。2005年全球污染最为严重的20个城市中,中国占了10个席位。中国面临着世界有史以来最为严峻的能源与环境的挑战。中国的发展面临着严重的能源资源短缺,而中国近几年的经济发展模式又是粗放型的,在严重浪费资源的同时又给环境带来巨大的代价。这样下去,不光是中国的经济发展难以为继,中国发展对世界的环境影响也非常巨大。在经济发展与能源供应的矛盾日趋尖锐的情况下,中国政府意识到,中国经济必须改变增长方式,把资源节约和环境保护放在更加突出的战略位置。继环境保护在十多年前被列为“基本国策”以后,中国又把节约资源也列为“基本国策”,实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。提出了建立“资源节约型,环境友好型”的社会。
2、热泵低温热源现状与污水热能回收意义
节能和环保是实现可持续发展的基础,是解决能源危机和环境污染问题的重要手段,全力探索无公害的新能源、研究开发节能系统和节能技术等具有长远的战略意义。在一次能源变成各种形式能量的过程中,约有58.5%的能量以排气、废气、低温热水等形式损失掉[1]。研究利用低位能源,如污水、空气、土壤、太阳能、工业废热等来代替高位能源(煤、石油、天然气、电能等)以缓解能源危机具有十分重要的意义。在这些尚未有效利用的低位能源中,城市污水因其独特的优点而被公认为是回收和利用价值较高的清洁能源,城市污水排热量大约占城市总排热量的10%～16%左右,污水温度在5～35℃左右。
采用热泵系统回收利用城市污水中的热能,就是用一种节能技术开发一种清洁能源,降低了城市废热的排放,既节约了能源又保护了环境,是一项具有节能和环保双重意义的应用技术。
随着经济进一步发展、城市化进程加快、第三产业比例增大、人民生活水平显著提高,我国的建筑能耗有很大增长。我国城镇建筑面积约150亿m2,其中一般公共建筑约为55亿m2,城镇的公共建筑节能问题尤为关键[2]。据统计,2000年我国建筑能耗共计3.5亿吨标准当量煤,占当年全社会终端能源消耗量的27.8%,已接近发达国家建筑用能占全社会能源消耗量的1/3左右水平[3]。根据2000年商业建筑能耗调查统计,我国商业建筑每年的能耗总费用已高达225亿元人民币,能耗费用已成为主要经营成本之一,其中,热水能耗是其重要部分之一。调查表明,各类商业建筑能耗中,热水能耗比重为:饭店31%,写字楼2.7%,商场10.7%,医院41.8%[4]。由此可见,宾馆饭店建筑的热水能耗占其能耗总费用的比重很大。北京市现有数量众多的各类大型公共建筑,高级宾馆饭店建筑占有相当大的比例。截至到2008年底,全国共有星级饭店14099家,客房159.14万间,山东省的星级饭店数量已经达到810家,客房9.99万间[5]。这些建筑物每天的排水中带有大量的热量,如果能够回收其中部分热量将会有助于提高能源利用率,降低总体能源消耗,从而减少运行费用,降低经营成本。
我国水资源形势十分严峻,人均占有量仅为2400-2500m3/年,为世界人均水量的1/4。开源与节流是解决水资源矛盾的两个不同方面,这两个方面缺一不可,密切相关。污水再生利用是重要的节水措施,是规模大、效益高的节约用水措施。城市污水排放后就近收集,就近利用,减少了新鲜自来水的使用量,节约投资,稳定可靠。开辟这类非传统水源,实现污水资源化,对缓解水资源紧缺矛盾,保障城市经济持续发展具有重要的战略意义。中水是一种将城市和居民生活中产生的杂排水经过适当处理,达到一定的水质标准后,回用于冲洗厕所、清洗汽车、绿化或冷却水补充等用途的非饮用水。因其水质介于上水和下水之间而得名。由于有明显的社会效益和经济效益,已受到各方面的重视,特别是在一些严重缺水的地区和缺水国家,包括一些发达国家及发展中国家的缺水城市。在我国,原建设部于1996年颁布了中水设施管理办法,推动了各城市的中水设施建设。目前,北京、大连、青岛、太原、成都等缺水城市也在积极推广中水回用技术。当前,城市污水的再生回用,正在成为开辟城市新水源、解决城市水资源不足问题的一个重要途径。随着水源热泵技术的日趋成熟和发展,为在实际工程中推广和应用污水源热泵系统提供了可靠的技术保证。同时,国内中水设施建设和管理的不断完善,使得对中水热能特别是宾馆排水经汇集处理后的中水热能的回收利用进行研究和应用具有重要的意义。
3、热泵系统节能方案及循环形式
考虑到星级宾馆生活热水的常年使用性,且在相同的时间区域内,生活热水的需求量与污水的排放量也就是中水的处理量起伏吻合,但中水及能量不能100%回收,因此,将污水源热泵设计作为辅助热源,将所回收的热量全部用于生活热水的加热。可参见图1。
4、污水源热泵系统的基本分类
污水源热泵系统的形式按工艺流程可分为开式与闭式两类系统。开式与闭式是指水源水是否直接进入热泵机组的蒸发器或冷凝器,若直接进入则为开式系统,若间接地通过二次换热以循环载热体进入则为闭式系统,可参见图2、图3。
采用闭式系统间接地利用污水作为热源由于增加了中间换热器,因而能源利用效率不是最佳。采用开式系统直接地利用污水作为热源具有更高的能源利用效率,可以充分提取污水中的热能,但由于污水水质复杂,如果采用未经处理城市原生污水,容易导致热泵设备的阻塞、结垢和腐蚀等。
上面两图中对于换热器2来说,根据水质和其它条件,若选择浸泡式换热器,可将换热器直接布置在污水池中(处理前或未处理的水池),从而不需要采用图中标示的防阻工艺或设备。
5、污水源热泵系统控制模式
考虑生活污水的复杂性、处理技术问题及局部中水处理的经济性,所以,仅回收宾馆洗手盆用水、淋浴用水。因马桶用水处理复杂,使用价值低,所以直接排放。故需增设单独排水管道。根据《建筑中水设计规范》(GB50336-2002)计算得知,星级宾馆可用于热源中水约占总用水量的60%～75%。通常中水平均水温在20℃～35℃,热水供应需求对温度的要求通常在45℃～60℃的中低温区域。通过公式=QC△tc不难推断,中水提供的热量不能满足需求。所以可设定中水低值停止热泵工作。参见图4。
参考文献:
[1]薛志峰,江亿.北京市大型公共建筑用能现状与节能潜力分析.暖通空调.2004:(09).
[2]国家建设部.建设部能源“十五”规划纲要[J].施工技术.2002,31(8):1～6.
[3]《2008年中国星级饭店统计公报》.国家旅游局发布.