“长江上游地区地表水水源热泵系统高效应用关键技术研究与示范”

国家“十一五”科技支撑计划重点项目

“长江上游地区地表水水源热泵系统高效应用关键技术研究与示范”

江 苏 调 研 总 结 报 告

重庆市建设技术发展中心

重 庆 大 学

中国建筑西南设计研究院有限公司

中国建筑科学研究院上海分院

二○○八年十月

目 录

一 江苏南通新城小区水源热泵系统调研管理报告

二 江苏南通新城小区水源热泵系统调研技术报告（一）

三 江苏南通新城小区水源热泵系统调研技术报告（二）

四 江苏南通新城小区水源热泵系统调研技术报告（三）

五 江苏南通新城小区水源热泵系统调研技术报告（四）

江苏南通新城小区水源热泵系统调研管理报告

完成单位：重庆市建设技术发展中心

完成人：张元 王晶 原如冰 丁绪光 彭红

一、序

为了国家“十一五”科技支撑计划重点项目 “长江上游地区地表水水源热泵系统高效应用关键技术研究与示范”项目的顺利实施，了解国内水源热泵项目开展情况，受常州河海水环境工程有限公司邀请，“长江上游地区地表水水源热泵系统高效应用关键技术研究与示范”项目管理办公室组织了项目各个参与单位赴江苏常州、南通进行调研之行。

二、调研内容

1、通过到常州河海水环境工程有限公司座谈，了解该公司企业文化、现行经营模式、已开展的工作、下一步动态等等。将了解到的适宜的先进管理经验引进到科技部项目管理中。

2、通过学习考察常州河海水环境工程有限公司负责实施的江苏省南通市新城小区（污水源+江水源，35万m2），希望就水源热泵取水——水处理技术以及工程应用情况，实际运行现状、存在的问题、技术难点及已实施水源热泵地区水环境情况及当市政府相关部门推进可再生能源建筑应用工作等情况进行学习与交流。寻找出适合重庆市发展地表水源热泵的有效途径。

三、调研情况

1、常州河海水环境工程有限公司企业发展历程

2000年7月杨家华总裁率领几名科技人员，以50万元起家，创办了常州河海水环境工程有限公司，开始了任重道远的创业之路。2002-2005年，河海进入了事业拓展阶段，由原先单一的“分质供水系统”，拓展到热水行业，以区域集中供应热水及太阳能热水系统的施工为主营业务。2006-2007年河海观察到市场的变化，开始转型，主要业务以地源热泵、污水源热泵、海水源热泵、湖水源热泵中央空调系统集成为主，如冷热暖三联供。经营模式上公司往合同能源管理模式上（EMC）转变，随即把设计、运行管理转化成商机，形成设计、施工、运行管理模式。在发展过程中，公司实行权责制，效鼓舞与激励团体成员勇于创新，不断进取。可以帮助个人所在团体分担团体的权利与责任，明确成员间唇齿相依的关系，减小团体的内耗。

常州河海水环境工程有限公司的发展抓住了与时代同步的契机，从创业最开始主营的分质供水系统累积原始资金到最近几年开展的可再生能源建筑应用工程设计、施工、运行管理业务等，都体现了与时代进步紧密结合的特性，公司规模呈几何倍的增长。常州河海水环境工程有限公司的发展历程，对我市建筑新能源公司的发展具有较好的指导意义。同时，对本项目而言，实行责任制将有利于本项目的顺利、高质量的完成。

2、常州河海水环境工程有限公司已实施或正在实施的重点项目

（一）国家奥运村节能示范工程的技术督导（50万㎡）

（二）南通新城国家节能示范工程的设计、施工、运行管理总承包

（三）连云港职业技术学院国家节能示范工程的设计、施工总承包

（四）上海河畔华城国家节能示范工程的设计、施工总承包

（五）大连北海热电再生水利用水源热泵工程的设计、施工总承包

（六）重庆渝中区化龙桥B3/01项目国家节能示范工程的设计、施工总承包

3、公司参编的主要技术规范

（一）与建设部中国建筑设计院共同承担了《住宅小区集中供热技术规程部级标准》编撰。

（二）编撰了《建筑和小区热水供应工程与节能》专著一部。

（三）参与国标《小区管道直饮水技术规程》的编写

（四）参与国标《饮用净水水质标准》的修订

（五）参与中国工程建设标准化协会标准——《小区集中生活热水供应设计规程》的编写。

（六）《建筑与小区、供热与节能》国家标准副主编单位。

（七）与江苏省标准定额站合作主编了《江苏省太阳能综合利用与建筑一体化技术研究及强制推广政策研究》。

（八）江苏省级科技攻关项目《城镇住宅新能源集中利用关键技术研究与示范工程》。

（九）《江苏省住宅建筑太阳能热水系统一体化设计、安装与验收规程》主编单位。

（十）与上海市交通大学合作编写上海市《民用建筑太阳能热水系统应用技术导则》。

（十一）《江苏省住宅建筑太阳能热水系统一体化设计标准图集》主编单位。

（十二）《民用建筑太阳能应用技术规程》上海市工程建设规范参编单位。

河海公司参与了较多标准、规范及图集的编制，多数是在太阳能建筑应用方面。而该公司目前承担了较多的水源热泵示范项目的建设，重庆渝中区化龙桥B3/01项目国家节能示范工程也是由该公司负责施工建设，针对本项目课题三研究内容（3）地表水水源热泵标准、管理办法图集等研究内容，课题参与单位可以与其合作，借助其丰富的经验，依托实际项目进行重庆水源热泵标准的编制。而太阳能建筑应用方面，该公司已经拥有很强的技术实力，而重庆市目前也正在寻求太阳能建筑应用的尝试，可以借鉴该公司一些经验，并加强与其合作，共同推动太阳能建筑应用在重庆市的运用推广。

4、南通新城小区冷热暖三联供项目介绍

小区建筑面积45万平方米，地理位置独特，一条长江引河从小区中央流过，小区两旁依江而立，既美化了小区的景色，又为小区中央空调及生活热水提供了便利的热源。在小区三公里处是南通市最大的污水处理厂，它以更为稳定的温度同样成为热源之一。炎热的夏季来临时采用江水源提供制冷，寒冷的冬季来临时采用污水源获得采暖，更为合理有效的利用了这两种不同的热源。

该项目已成功的开通运行了近一年半时间，每天的运行数据通过机房墙面巨大的终端屏幕（PED）显示出来。真实的反映出每一天的运行情况与节能效果，完全可以为未实施的新能源项目提供实在的参考数据，因其规模较大，建设较早，运行较长，属国家和江苏省示范项目，先后有来自于大连、青岛、北京、广州等众多政府和开发商前往调研，为重庆市的污水源、江水源项目的实施提供借鉴的意义。重庆地区沿江分布有污水市政管网，不需要像南通新城小区一样布管引水，因此沿江建筑采用污水源作为水源热泵系统的冷热源将比南通新城小区这种方式更加经济节能。

针对区域集中供冷、供热计量收费问题，常州河海水环境工程有限公司根据经验总结出一套费用记录方法，虽然存在缺陷的地方，但针对目前国内对计量的应用情况，此方式也有许多值得学习的地方。

根据重庆市目前居住建筑采用水源、地源热泵系统实行分户计量存在的问题，将邀请河海公司与业主讨论沟通。

两天的调研时间，使我们对常州河海水环境工程有限公司有了较为深刻的认识和了解。通过对南通新城小区的实地调研，深刻了解了项目的取水、运行与管理等方面的内容，对今后重庆市示范项目的发展管理提供了宝贵的经验。

江苏南通新城小区水源热泵系统调研技术报告（一）

完成单位：重庆大学

完成人：向平

为做好国家“十一五”科技支撑计划重点项目“长江上游地区地表水水源热泵系统高效应用关键技术研究与示范”，深入了解水源热泵在全国其他省市的应用情况，重庆市建设技术发展中心结合项目需求，组织安排了项目参与单位对国内典型的水源热泵项目进行调研工作，现已对江苏南通新城小区水源热泵项目的有关情况进行了现场调研，形成报告如下：

一、工程概况

江苏南通新城小区位于南通滨江新城，南临世纪大道、北接沿河路、西靠城山河、东与南通市行政中心隔工农南路相望, 紧临行政中心，小区占地260亩，地上建筑面积50万平方米，其中住宅建筑面积达35万平方米。小区周边配套设施完善，是一个集娱乐、办公、会议、会展、美食、商购、居住于一体的高档生活社区（见图一、图二）。

海港引河从新城小区中间穿过，且该小区距离南通市污水处理厂仅1.2公里，依靠独特的地理位置和水源条件，该小区利用海港引河河水和污水处理二级排放水，作为低品位热源，通过前置水处理和水源热泵将冷热源转化化为高品质的生活热水和冷热媒水，为小区提供24小时集中生活热水和中央空调，实施了制冷、采暖、供热水三联供工程。该工程空调供冷负荷为15000ｋＷ，空调供热负荷为13000ｋＷ。

新城小区水源热泵工程项目始建于2006年，于2007年8月交付使用至今，已成功提供了全天候集中生活热水，并运行了1.5个夏季的制冷和一个冬季的采暖，现已实现盈利运作。

二、水源、取水及水处理系统

1 取水水源和取水量

南通新城小区水源热泵水源为河水+污水厂二级排放水(再生水)。因该小区中间有海港引河穿过，南通市污水处理厂距小区仅1.2公里。该水源热泵工程最大取水量约为6万吨/日，而污水厂设计水处理规模为25万吨／日，目前每日排水为十几万吨，因此取水方便，水量充足。再生水冬季最低水温一般大于11℃，平均水温大于14.5℃；夏季最高水温一般低于31℃左右。再生水的水质一般情况下比较稳定，出水NH3-N一般低于10mg/l，其他水质指标都满足工艺循环冷却水水质标准的有关规定，但再生水质会随着水处理厂的处理工况的不稳定而出现短暂的波动，但在水源热泵机组前采用了两级过滤工艺，因此水质的变化不会对机组的运行造成影响。由于一般情况下再生水的水质和水温都较稳定，因此该系统目前用水源主要采用再生水，河水水源作为备用。

2 取水方式

小区热能站设于地下，地坪标高为室外自然地坪的-5.6ｍ。热能站建于地下后，隔音效果良好，据介绍在晚上，在小区任何位置都听不到热泵机组的噪音。污水处理厂出水池标高较调节池高4.6ｍ，由污水处理厂出来的再生水经格栅粗滤后，经长约2ｋｍ，埋深约2.0ｍ的DN1200玻璃钢管重力自流输送至调节池。调节池（见图三）容积按热泵工作5min需水量设计。

海港引河河水在河岸边建两格栅式固定取水头部，（见图四），经格栅粗滤后，由DN500的管道将河水引入调节池。

3 水处理

原水经格栅粗滤后，除去大的杂质和飘浮物，进入调节水池，再经机械压滤装置，进行二级过滤。机械压滤机的内部形式见图五、和图六。压滤带由一层带褶皱的圆环形钢板和一层不带褶皱的圆环形钢板交错压制成厚为10cm的筒体，可拦截细小的杂质，并防止杂质缠绕。在装置的运行过程中，通过筒体的旋转，原水通过3/4截面过滤，由里及外；热泵排出的尾水通过1/4截面反冲洗，由外及里。过滤阻力约为2m左右。这样实现了过滤与反冲洗的连续运行。运行实况见图七。

为防止藻类以及微生物等在机组及管道内形成生物粘膜，利用胶球清洗技术对热泵和管道进行清洗。胶球的湿态直径比换热管内径略大一点（约1～2mm），且湿态比重和水相近，将胶球从装球室处投入装球室内，数量为换热管数量的10％左右，然后启动胶球泵，打开系统两端球阀，胶球就在比循环水进口压力略高一些的水流带动下进入换热器的水室，在循环水进口压差的作用下被挤压通过换热管对换热管内壁进行一次抹擦，使管内壁污垢随水流出，胶球随循环水经出水管进入收球网，在收球网板的阻拦下，把胶球分离出来，由胶球泵抽出重新回到装球室，如此循环往复对换热管实行连续自动运行清洗。工作原理图见图八。为防止胶球在管道内滞留，送胶球的水流速应在2.1-2.3m/s左右。为避免胶球在管道内被尖锐凸出撞碎，换热管内的凸出部位应加板做平。

4 尾水排放

该工程尾水排放，通过DN600管径收集排出泵站，然后变径为DN1200的管道汇入污水处理厂排水口。

二、经济效益

该水源热泵工程总投资约为8千5百多万元,目前制冷和采暖收费为0.35元/KW·h，基本费收费为1.0元/m2，热水制水成本约为7-8元/m3左右，热水收费为12元/m3据介绍该工程目前已实现盈利运行。

三、存在的问题和思考

总体上看，该水源热泵系统设计、施工、运行和收费系统都进行了较为全面考虑，尤其是水质处理、机组、管道设计和收费机制方面积累了一定的经验，目前采用的处理方法是简单可行的，采用的热泵和管道设计方式也是经济有效的，现该系统总效率一般能达到4.3以上，已实现高效运行。但对该热泵工程进行调研后也发现存在的一些问题。

水源类型方面：该系统设计时冬季是采用再生水，夏季采用河水，这样可以充分利用不同水源的温度优势。而在调研时该系统采用的是再生水，进水温度29.4℃，而当时大气温度也不过30℃，热泵水源水进水温度偏高，不利于热交换。因此，建议该工程还是应该严格采用冬季采用再生水，夏季采用河水，两种水源互为备用。

水质方面：该系统水处理工艺采用的是机械过滤（微滤）的方法，这对于去除较大的杂质是有用的，但水源水中的藻类等易形成微生物粘膜的物质并未去除，该系统对微生物粘膜预防的方法是采用胶球清洗技术，该方法目前从运行状况来看是有效的。但在调研的过程也了解到胶球清洗方法也存在清洗不均匀的弊端，系统中的少数管道也有积泥的情况出现。因此，建议在水源热泵原水水质处理方面，应考虑在水进入机组前不但要除掉大的杂质，对于藻类等易形成微生物粘膜的细小物质也应采用简单有效的方法去除。

工艺方面：该工程的制冷供暖系统采用的是四台离心式热泵机组，热水系统采用的是两台螺杆式热泵机组。冷热水源经压滤机过滤后直接进入离心式热泵机组；经壳管式热交换器进

入的螺杆式热泵机组。其实再生水的水质会随着污水厂处理工况的变化发生较大变化，目前采用的水源水处理工艺还不能完全保证处理后水质情况，因此认为再生水直接进入离心式热泵机组的工艺组合还是不太合理，应采用在机组前加中间换热器的形式，以确保热泵机组的正常运行。

江苏南通新城小区水源热泵系统调研技术报告（二）

完成单位：重庆大学

完成人：白雪莲，王厚华，林真国

（报告内容见后）

江苏南通新城小区水源热泵系统调研技术报告（三）

完成单位：中国建筑西南设计研究院有限公司

完成人：戎向阳 刘明非 杨正武

一、绪论

为做好国家“十一五”科技支撑计划重点项目“长江上游地区地表水水源热泵系统高效应用关键技术研究与示范”课题三子课题4“系统综合集成的设计优化及节能运行控制技术研究”工作，深入了解水源热泵在全国其他省市的应用情况，我院在课题项目管理办公室统一领导下组织安排相关人员对江苏常州新城小区水源热泵项目进行调研工作。

二、考察内容

1、通过学习考察江苏省南通市新城小区（污水源+江水源，35万m2）、张家港清水湾小区（地表水，20万m2）水源热泵项目的建设运营情况，希望就水源热泵取水——水处理技术以及工程应用情况，实际运行现状、存在的问题、技术难点及已实施水源热泵地区水环境情况及当市政府相关部门推进可再生能源建筑应用工作等情况进行学习与交流。

2、南通新城小区冷热暖三联供项目介绍

南通新城小区位于南通滨江新城，紧邻行政中心，周边配套设施完善，是一个集娱乐、办公、会议、美食、购物、居住于一体的大型高档生活社区。

该小区建筑面积45万平方米，地理位置独特，一条长江引河从小区中央流过，小区两旁依江而立，既美化了小区的景色，又为小区中央空调及生活热水提供了便利的热源。在小区三公里处是南通市最大的污水处理厂，它以更为稳定的温度同样成为热源之一。炎热的夏季来临时采用江水源提供制冷，寒冷的冬季来临时采用污水源获得采暖，更为合理有效的利用了这两种不同的热源。

该项目已成功的开通运行了近一年半时间，每天的运行数据通过机房墙面巨大的终端屏幕（PED）显示出来。真实的反映出每一天的运行情况与节能效果，完全可以为未实施的新能源项目提供实在的参考数据，因其规模较大，建设较早，运行较长，先后有来自于大连、青岛、北京、广州等众多政府或开发商前往调研，为重庆市的污水源，江水源项目提供借鉴的意义。

3、常州河海水环境工程有限公司杨总介绍企业新技术

4、常州河海水环境工程有限公司取水口技术

5、系统监测与数据收集

6、南通新城小区三公里处是南通市最大的污水处理厂，它以更为稳定的温度同样成为热源之一。炎热的夏季来临时采用江水源提供制冷，寒冷的冬季来临时采用污水源获得采暖。

7、针对区域集中供冷、供热计量收费问题，常州河海水环境工程有限公司根据经验总结出一套费用记录方法，虽然存在缺陷的地方，但针对目前国内对计量的应用情况，此方式也有许多值得学习的地方。

江苏南通新城小区水源热泵系统调研技术报告（四）

完成单位：中国建筑科学研究院上海分院

完成人：田慧峰 周海珠

2008年8月25日～27日，水源热泵课题组由重庆市建设技术发展中心牵头组织到江苏常州河海公司进行水源热泵调研工作，调研工作主要分为两部分：研讨会和实地考察。

1．水源热泵项目研讨会

水源热泵项目研讨会在河海公司举行，由河海公司总裁杨家华介绍河海公司参与的水源热泵项目案例和工程技术经验。

河海公司的水源热泵案例主要有：

1． 南通新城小区水源热泵冷暖热三联供项目

本小区利用污水处理的二级排放水作为低品味热源，通过前置处理污水和污水源热泵将冷热源转化为高品质的生活热水和冷热媒水，为小区提供24小时集

中生活热水和中央空调冷热源。

2． 大连北海热电再生水利用水源热泵项目

本项目为北海热电厂再生水利用水源热泵供暖技术，利用作为电厂排气冷却介质的再生水作为水源，采用水源热泵技术提升温度，汲取工业废气向大气排放的热量进行供暖。

3． 台州吉利花苑水源热泵冷暖热三联供项目

本项目利用地热作为低品味热源，通过水源热泵将冷热源转化为高品质的生活热水和冷热媒水，为小区提供24小时集中生活热水和中央空调。

4． 国家奥运村太阳能供热项目

国家奥运村采取太阳能＋污水源热泵的方式作为采暖及生活热水的热源。

5． 张家港清水湾水源热泵供热项目

小区利用景观水作为低品味热源，通过水源热泵转化为冷热媒水和生活热水，供会所中央空调和住宅生活热水使用。

针对杨家华工程师的讲解，对水源热泵项目的工程经验总结如下：

1. 污水源热泵距污水厂应保持在2km之内具有可行性。

2. 河海公司2002年的一个失败的湖水源热泵项目，主要原因是取水侧采用了板式热交换器，运行中来不及清洗，导致换热温差由设计时的2度增大至10度以上。换热器在高速的水流下也会长青苔，从而导致换热温差变大。所以，开始湖水源热泵不能使用板式热交换器。

3. 海水源热泵关键技术是取水和换热，且投资较大，200-300元/m2。江河水、污水源热泵投资为140元/m2左右。

4. 水源水处理问题：

1) 堵塞。设置两级机械格栅和压力机。

2) 微生物膜。微生物的会使换热阻加大，并使得流速变化。可使用胶球清洗，其效果夏季很明显，但冬季不明显。

3) 沙的冲刷。

5. 胶球清洗流速控制在2.1-2.3m/s时效果最好。

6. 冷热计量。主要问题是小流量误差大，且风机盘管即使关闭表还在走（电磁阀问题）。南通项目收费为0.35元/kWh，约合1元/m2.月。

7. 常规离心机组在25%负荷下会出现喘震现象，应将水力损失大于25%。

8. 取水口的格栅应向上倾斜，如果有熟料物贴上来，水的重力可以使它掉下来。

9. 设置5分钟流量的调节池，保证启动流量。

10. 南通项目冬季COP4.5，夏季4.8。投资为120-130元/m2，普通风冷热泵约为100元/m2。

11. 南通项目通过热回收制取的热水约8元/m3，在外面购买约25元/m3。

12. 机房噪音较大，最好不要在居住建筑物下面。

13. 不宜做前端水处理，费用太高。

14. 如采用胶球清洗系统，则铜管应加厚，以防止胶球长期刷管壁使得管壁变薄。胶球清晰系统10万元一套。

15. 宁波某湖水源热泵项目，湖水蒸发量约80W/m2，设计时应取50-60W/m2，去热量不应大于增发量。

16. 江湖水2m以下水温变化不大。

2．南通新城水源热泵项目调研

南通新城小区位于南通滨江新城，紧临行政中心，周边配套设施完善，是一个集娱乐、办公、居住于一体的高档生活社区。

小区建筑面积80万平方米，分二期开发，其中一期由小高层和高层组成，利用城市污水处理厂的二次排放污水作为热源（如图4所示），总制冷量为16000kW，制热量为14300kW，制热水量为2600kW，集中解决居民的制冷、制热和热水问题。夏季制冷时采用河水作为污水的备用（如图5所示）。

冷机选用4台螺杆热泵（如图6所示），其额定功率为345kW，制冷量为1186kW，制热量为1390kW，夏季设计进回水温度为13℃和5℃，冬季设计进回水温度为37℃和45℃。

中央空调系统末端采用分户计量仪表（如图7所示），通过监测风机盘管的电流信号和水流量信号对住户进行收费。

同时中央空调系统和热水系统采用了能源监测系统（如图8所示），主要由中央空调能源监测系统和热水能源监测系统组成（如图9、10所示）。

监测的主要参数为污水（河水）进回水温度和流量、水泵变频频率、供回水管路压力和流量，同时显示系统消耗总功率和系统COP。该监测系统还设有专家智能系统，当某些参数出现异常时，系统会提示管理人员进行相关操作。

3．调研总结

通过

水源热泵技术研讨会和项目实地考察，加深了对水源热泵系统运行管理的了解，对取水及冷却水前处理技术有了进一步的认识，对于水源热泵课题的顺利开展提供了有利的支持和保证。