西安首個污水源熱泵集中供暖項目

地大熱能熱泵系統：西安區域處于渭河盆地東部, 具有較好的地熱地質條件, 新生界埋藏厚度約為7000m。受區域構造影響, 西安區域地熱流體是以熱輻射傳導為主的單相流體, 屬于中低溫地熱區, 地面出口溫度在40~65℃左右。西安地區平均大地地熱流值 (7.88×10-2w/m2) 高于全球的平均大地熱流值 (6.11×10-2w/m2) 。通過對西安市各地熱觀察井數據分析得出, 在地下1000m處地層溫度一般為52℃左右, 在地下2000m處地層溫度一般為83℃左右;區域地溫梯度隨著深度增加而增加, 在2000m以內地溫度梯度是2.8~3.5℃/100m, 在2000m以外時, 地溫梯度可達3.5~8.6℃/100m。據推測, 在西安其周圍1300km2范圍內, 埋深在1000~3000m間的可采熱水達9.23×108m3, 可采熱量1.737×1019J (等同于5.928×108t標準煤) 。

西安區域的地熱井目前主要分布于西安城郊區、咸陽, 少量散步在西安市區、臨潼區。目前西安市區年熱水開采量已超過300×104m3。地熱井的開采層位深度多在1200~4000m之間, 開發層位在800~1500m (第二熱儲層) 、1250~2500m (第三熱儲層) 和1900~2850m (第四熱儲層) 等三個層位的熱水, 其中開采量最大的在水量豐富、水溫較高的第三熱儲層中的熱水。西安城區開采最深的地熱井在3000~4000m。熱水井的水溫多在52~113℃。

在西安大興新區三民村，通過污水處理廠的排放水（再生水），為該地區200萬平方米建筑物供熱，西安大興新區三民村再生水源熱泵集中供熱（冷）項目于2016年全面建成，截止2020-2021年度供熱季，實際供熱面積160萬平方米。再生水源熱泵集中供熱（冷）項目實現了熱源穩定，供熱效果良好，居民使用滿意度高。

項目方案

（一）污水源引退水工藝流程

污水源引退水方案為：取水口→引流水井→蓄水穩流池→過濾器→水源側直流泵→污水換熱器→出流水井→退水口。

工程實施中存在254米的過路頂管施工，頂管機采用適用于各種軟土地質的泥水平衡式頂管機頂進施工。

根據污水流量波動值確定蓄水穩流池的容積；根據再生水水質特點對引退水管路進行水力計算，確定管道的口徑尺寸。

對于該工程，污水源熱泵系統采用間接連接方式，污水在污水換熱器處換完熱量后直接排走，熱泵主機采用普通的熱泵機組。現接入末端均為地板輻射供暖末端，選擇熱源的供回水溫度為45/40℃。另外，根據項目建筑空間分布、冷熱負荷特點、熱泵主機市場上最大容量等條件，最終確定采用一級分散式系統形式，即集中建設一套提升泵站及蓄水穩流池，在各個用熱小區分別建設多個熱泵機房，污水側輸配水管網為一套系統，熱泵機房內其它設備各自承擔各片區內的負荷。

效益分析

（一）經濟效益

（1）項目投資：項目投資費用總和為1.90億元，總的投資費用指標為95.10元/㎡。

（2）投資增量回收：采用污水源熱泵系統供暖，較傳統方式的投資增量的靜態回收年限為4.59年。

（3）財務評價：項目投資財務內部收益率（稅后）為8.64％，財務凈現值（ic＝8％）800.02萬元，總投資收益率為9.76％。

（二）環保效益

本項目采用的是國家極力倡導的節能減排新技術，項目達產后，相比較傳統的采暖系統可以年節約標煤8300余噸，減少二氧化碳排放20700余噸，二氧化硫排放120余噸，氮氧化合物120余噸，煙塵約80噸。

該項目的實施，對西安市的“治污減霾、保衛藍天”意義重大，可助力中國“碳達峰、碳中和”目標實現。

（三）社會效益

本項目是目前全球在運營的單體規模最大的再生水（污水）源熱泵集中供暖項目，具有極大的示范意義。

地大熱能熱泵系統工程師認為：實現碳達峰、碳中和目標，對可再生能源充分利用是一個重點，包括一些新能源的利用，以及污水源、河水源的利用，這樣才有可能在局部地區實現低碳甚至是零碳引領。再生水集中供能等低碳技術的發展具有積極的示范意義。