奥运村再生水热泵冷热源项目

为落实申奥承诺，奥运村需采用清洁能源方式供冷、供热，为此在2001年到2005年期间进行了深层地热勘察，地热、浅层地热能（地下水源热泵、地源热泵）等多种方案的比选，最终确定了利用清河污水处理厂二级排水水源热泵的方案。

一、项目基本情况

奥运村运动员公寓总计42栋建筑（包括22栋地上6层楼建筑和20栋地上9层楼建筑），其建筑风格一致，建筑面积共计38万平方米，此外，公建（地上3层）建筑面积为3.05万平方米（赛后将增加公建面积2750m²）。

为落实申奥承诺，奥运村需采用清洁能源方式供冷、供热，为此在2001年到2005年期间进行了深层地热勘察，地热、浅层地热能（地下水源热泵、地源热泵）等多种方案的比选，最终确定了利用清河污水处理厂二级排水水源热泵的方案。2005年11月20日，市政府主管部门主持召开了“奥运村再生水热泵冷热源项目方案专家论证会”，专家组一致认为：项目方案充分体现了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的三大理念，全面落实了对国际奥委会及国际社会的承诺，是“绿色奥运”的亮点工程；水源有可靠保证，应急方案合理；再生水过滤、换热技术，主要设备技术先进；系统技术方案设计合理、安全可靠完全可以保证奥运赛时的安全运行及奥运会后的经济合理运行；可为北京乃至全国的城市污水热能利用开发，为可再生能源产业化、市场化建设，发展循环经济，建设节约型城市、实现可持续发展起到典型的示范作用和良好的推动作用。市发改委在2005年底和2006年初先后完成了项目建议书的批复和可研批复。工程开工时间为2006年4月，竣工时间为2007年8月，并于2007年8～9月进行了制冷调试运行，2007年11月～2008年3月进行了制热调试运行。2008年5月～2008年9月圆满完成了奥运赛前和赛时保障。运行状况良好。

二、系统设计

（一）设计空调冷热负荷

奥运赛时奥运村建筑冷负荷28.187MW；赛后夏季冷负荷19.048MW；赛后冬季热负荷20.937MW。

（二）空调室内设计参数及形式

夏季：空调采用风机盘管系统（无新风）。末端需求冷水供回水温度为夏季7/12℃，温差5℃。冬季：低温地板辐射采暖系统。末端需求热水供回水温度

44/38℃，温差6℃。公建部分：按集中空调设计，主要采用风机盘管＋新风系统或全空气空调系统。水温同上。

（三）冷热源系统

由取水、引水、退水系统；换热站提升、换热系统；循环水换热系统；中心机房制热、制冷系统；冷热水输送系统；室内末端系统6大系统组成。在清河南岸二级水排水渠入清河前设置取水构筑物，用DN1600加强水泥管，靠高程差（5.8m）自行流入换热站内蓄水池（4000m³）中，项目最大需水量按奥运赛时计为3500m³/h。换热站提升、换热系统：换热站设置5台提升提升泵、自清洗过滤器、板式换热器，均为4用1备，一一对应配置。换热器设置自动反冲洗和CIP在线清洗系统。确保其高效换热运行。冷热水输送系统：冷热水输送采用三次泵系统，即一次泵定流量运行，二次泵定压差变频控制，三次泵比例压差变频控制。二次泵供回水温度5/12℃，温差7℃。三次泵系统按建筑就近组团设置7个三次泵子站，对应每栋楼设置一套三次泵混水系统。夏季三次泵供回水温度为7/12℃，温差5℃，冬季无混水。室内末端系统：风机盘管回水管设电磁两通阀，设室温控制器和三速开关。地板辐射采暖系统每户按南北户型设置由室内温度传感器控制的温控阀。

图1 项目工程示意图

循环水换热系统：换热站至奥运村中心机房的输水距离约为2.9km，采用夹砂玻璃钢管道，埋深2～4米，根据清华大学热能工程系计算，在设计工况下，管道埋深2米，冬季土壤6℃，温降<0.073℃；夏季土壤温度17℃，供水温降<0.02℃。玻璃钢管的导热系数对于循环水沿程温降有一些影响，但影响很小，循环水沿程温降理论最大值不会超过0.1℃。

图2 玻璃钢循环水管线施工

中心机房：中心机房设在奥运村中心区域、东区地下埋设，建筑面积约2700m2，地下一层，层高5.5m，其上覆土近3m。机房内设置4台离心式热泵机组，满足赛后冬季制热、夏季制冷的需求。同时配备四台离心单冷机组满足奥运赛时多出的冷负荷。建筑侧一次泵、二次泵均设置在中心机房。

图3 系统原理图

三、运行效果

项目于2007年8月中旬完工，自8月20日～9月6日对系统进行制冷调试运行，达到预期效果。测试时室外温度31℃，实测典型房间和其它房间温度为18℃～22℃。

再生水的取、退水及换热循环水的流量、流速、换热量等实测数据，均达到设计要求；热泵机组及冷水机组运行参数，均达到产品的设计工况，能够满足赛时冷负荷的需求。

2007年11月～2008年3月，系统进行了冬季供暖试运行，供暖期间，楼内正处于装修阶段，部分房间外维护结构未完全封闭，风机盘管水路系统未切断。供暖主要目的是保障室内装修和设备管线安全越冬，供暖时按末端温度10℃左右控制系统的供水温度和流量。同时为了检验系统的供暖能力和效率，进行了系统满负荷运行，机组供回水温度达到44℃/38℃，并稳定运行72小时。系统运行稳定，系统满负荷效率达到3.64。

2008年5月～2008年9月，圆满完成了奥运赛时保障任务，系统运行稳定，室内空调充足。室温在18～26℃服务内有运动员根据需求调节，按需供冷。

四、项目经济性

该项目系统运行费用16.49元/㎡（参照2013年奥运供暖制冷电费、水费，见下表），物业人员运营费用200万/年，系统折旧800万/年（15年折旧率）；供暖制冷收费标准：住宅48元/㎡，公建140元/㎡。该项目年应收费用2340万元，年总运营费用1709.41万元，年结余630.59万元。

2013年奥运供暖制冷电费、水费    单位：元

五、问题和建议

城市污水资源丰富，污水热泵系统将蕴藏于污水中的城市废热，变“废”为宝，拓展了污水利用的渠道，提高了污水热能利用的效益，是“大力发展循环经济，建设节约型城市，实现可持续发展”的需要。同时也是调整能源结构的重要补充。特别是奥运村再生水热泵系统的实施成功，将为北京乃至全国的城市污水热能利用开发，为可再生能源产业化、市场化建设，起到典型的示范作用和良好的推动作用。