尹軍，韋新東
(吉林建筑工程學(xué)院，吉林長春130021)
摘 要：對我國北京、上海等47個主要城市污水中所賦存的可利用熱能狀況進(jìn)行了分析與探討，分別計算了這些城市污水中賦存的熱(冷)量、可利用的熱(冷)量、節(jié)能量、可利用的熱量密度以及經(jīng)濟(jì)效益，并根據(jù)城市污水賦存的可利用熱量密度與城市熱需要量密度，將上述47個城市進(jìn)行了類型化。
關(guān)鍵詞：城市污水；熱(冷)量；節(jié)能；利用
中圖分類號：X703
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：1000-4602(2001)04-0027-04
近年來隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，如何充分有效地利用城市廢熱，日益引起人們的關(guān)注。其中，作為城市廢熱之一而排放的城市污水，由于具有穩(wěn)定的水量和水溫，易于收集，污水中所賦存的熱能較高，可作為清潔能源在低溫區(qū)利用等一系列優(yōu)點(diǎn)，正在受到越來越多的重視。特別是熱泵技術(shù)的不斷發(fā)展，使城市污水熱能利用系統(tǒng)日趨成熟，城市污水中所賦存的能量價值已初見端倪。可以說，將城市污水處理與其水量和熱量的同時利用相結(jié)合，是一種面向21世紀(jì)的理想的城市污水綜合利用方法。
由于國內(nèi)有關(guān)城市污水熱能回收利用方面的研究報道很少，根據(jù)筆者在國外研究期間所收集的某城市污水處理廠污水熱能回收利用系統(tǒng)的實際運(yùn)行參數(shù)和有關(guān)數(shù)據(jù)，對我國北京、上海等主要城市污水中可利用熱能狀況進(jìn)行了若干分析和探討，以供在國內(nèi)開展此項研究時參考。 1 分析方法 從是否利用城市污水的熱能角度出發(fā)，設(shè)定和比較了三種在國內(nèi)外通常采用的采暖制冷系統(tǒng)如下。
①未有效利用城市污水熱能的采暖系統(tǒng)：
煤→鍋爐→熱交換器→制熱
②未有效利用城市污水熱能的采暖制冷系統(tǒng)：
電力→空氣源熱泵→制熱、制冷
③有效利用城市污水熱能的采暖制冷系統(tǒng)：
 城市污水中賦存的熱(冷)量、可利用熱(冷)量、投入能量削減量、節(jié)能量、節(jié)省運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用及可利用熱量密度等分別用式(1)～(7)計算。在計算分析中，制冷系數(shù)及制熱系數(shù)采用國外某城市污水處理廠污水熱能利用系統(tǒng)的實際運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果，其制冷系數(shù)為4.6，制熱系數(shù)為4.3。
A＝B×C (1)
式中 A ——城市污水中賦存的熱(冷)量，4.2GJ/d
B——污水流量，m3/d
C——污水進(jìn)、出口溫差。制冷時設(shè)定為5 ℃，制熱時設(shè)定為3.3 ℃(此為國外某城市污水處理廠的實際運(yùn)轉(zhuǎn)值)
D＝A·F/(F+1) (2)
式中 D——城市污水中賦存的可利用冷量，4.2 GJ/d
F——制冷系數(shù)，設(shè)定為4.6
G＝A·H/(H-1) (3)
式中 G ——城市污水中賦存的可利用熱量，4.2 GJ/d
H——制熱系數(shù)，設(shè)定為4.3
I＝D(G)×(1／J-1／F(H)) (4)
式中 I ——與空氣源熱泵相比的投入能量削減量，4.2 GJ/d
J——空氣源熱泵制冷(熱)系數(shù)，制冷系數(shù)設(shè)定為4.0，制熱系數(shù)設(shè)定為3.5
K＝(1／L-1／M·N)·G (5)
式中 K ——與鍋爐相比的節(jié)能量，4.2 GJ/d
L——鍋爐效率，設(shè)定為68%
M——電力輸入效率，設(shè)定為28%
N＝(1／L-P／H)·G·Q (6)
式中 N ——與鍋爐相比的節(jié)省運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，元/d
P——電力單價/燃料單價，設(shè)此值為5
Q——燃料單價，設(shè)此值為0.009 5元/MJ
R＝G/S (7)
式中 R ——城市污水中賦存的可利用熱量密度，4.2 MJ/(km2·d)
S——地區(qū)面積，km2 2 結(jié)果分析 根據(jù)國家統(tǒng)計部門公布的1996年的有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，選擇了北京、上海等47個國內(nèi)主要城市，分別計算了這些城市污水中所賦存的熱(冷)量、可利用的熱(冷)量、投入能量的削減量，以及節(jié)能量和可節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用，其結(jié)果見圖1～5。 
由圖1～5可見，各城市的污水中賦存熱量為0.84～92.82GJ/d，賦存的冷量為1.26～140.28GJ/d，賦存的可利用熱量為1.26～132.72GJ/d，賦存的可利用冷量為1.26～115.08GJ/d，投入能量削減量：制熱時為0.084～7.14GJ/d、制冷時為0.42～3.78GJ/d，節(jié)能量為0.84～84.84GJ/d，可節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用為4～390 元/d。在以上參數(shù)中，最大值與最小值基本相差10倍左右，而且主要和城市規(guī)模有關(guān)。
47個主要城市污水中賦存的可利用熱量密度與各城市的熱需要指標(biāo)如圖6所示。
計算結(jié)果表明，在這些城市污水中賦存的可利用熱量密度為0.84～64.68MJ/(km2·d)，平均值為16.8 MJ/(km2·d)，而城市熱需要量密度為-0.3～13.0(m2·℃)/1 000 km2，平均值為5.7 (m2·℃)/1 000km2。一般說來，城市污水中賦存的可利用熱量密度和城市的熱需要指標(biāo)越高，利用城市污水熱能的可能性也就越大。
為了進(jìn)一步探討47個城市利用城市污水熱能的可能性，根據(jù)所得到的各城市污水中賦存的可利用熱量密度和城市熱需要量密度，通過矩陣分析進(jìn)行了城市類型化，其結(jié)果如表1所示。
由表1可見，上述47個城市分屬四種不同類型，各類特征都不同，它從城市的熱量供需角度反映了各城市優(yōu)先采用城市污水能利用系統(tǒng)的位置。如僅以城市的熱量供需的類型化進(jìn)行分析，則第4種類型城市采用城市污水熱能利用系統(tǒng)的優(yōu)先位置最低，但這種熱量的供需變化只是從城市宏觀總體的熱量供需密度進(jìn)行分類的，而其城市面積又決定著該城市污水中賦存的可利用熱量密度和熱需要量密度的大小，故實際上即使是對于第4種類型城市，也完全可能在該城市的某一部分存在著可利用熱量密度和熱需要量密度較大的區(qū)域，從而使其成為可優(yōu)先采用城市污水熱能利用系統(tǒng)的區(qū)域。 表1 熱量供需的類型化 | 類型 | 城市名 | 備注 | | 1類 | 石家莊、南京、蘇州、上海、
南通、杭州、合肥、長沙、
南昌、西安、廣州、汕頭 | 城市污水中賦存的可利用熱量密度及熱需要量較高。 | | 2類 | 北京、青島、鄭州、濟(jì)南、
武漢、溫州、重慶、福州、成都 | 城市污水中賦存的可利用熱量密度較1類小，
但熱需要量密度與1類基本相同。 | | 3類 | 天津、銀川、秦皇島、蘭州、
大連、太原、西寧、連云港、
煙臺、寧波、貴陽、呼和浩特、
長春、哈爾濱、沈陽、烏魯木齊 | 城市污水中賦存的可利用熱量密度較
2類小，熱需要量密度大小不一致。 | | 4類 | 廈門、深圳、南寧、昆明、
海口、三亞、湛江、珠海、桂林、北海 | 城市污水中賦存的可利用熱量密度及熱需要量較小。
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3 結(jié)語 城市污水熱能利用系統(tǒng)對我國來說還是新生事物，尚無實際應(yīng)用之例。通過從宏觀角度出發(fā)的探討，至少可以看到城市污水中賦存的能源潛力巨大，而且是一種不會產(chǎn)生污染的清潔能源，應(yīng)當(dāng)引起我們的足夠重視。 參考文獻(xiàn)：
［1］尹軍.城市污水中的熱能回收與利用［J］.中國給水排水，1998，14(2)：53-54.
［2］城市統(tǒng)計年鑒.北京：中國統(tǒng)計出版社，1996.
［3］尹軍，韋新東.我國回收污水熱能的可行性分析［J］.中國給水排水，2000，16(3)：28-30.
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傳 真：(0431)5914479
收稿日期：2000-10-08 | 
