污水源熱泵技術應用初探

□ 申 康（安陽市萬金渠管理處）

0 引言

隨著經濟的迅速發展，安陽市城市框架逐漸拉大，水資源短缺及水環境污染的矛盾日益凸顯。近年來，地下水源熱泵技術在建筑中的應用有了較快的發展，但地下水源熱泵技術受到地下水資源的條件限制，長期大量抽取地下水會導致地下水量減少，也會造成回灌困難，同時還存在污染地下水的可能性。目前城市水資源普遍存在不足的情況，導致水資源的供需矛盾突出，制約了水源熱泵技術的應用，在水資源不足的前提下，其實還有大量地表水及城市污水沒有進行有效的循環再利用，結合安陽市水資源實際情況，采用污水源熱泵技術，實現水資源的綠色環保循環、可持續利用，具有重要意義。

1 應用原理

城市生活排放的生活污水中，每立方米約含5000～10000 KCAL的熱量，相當于燃燒1～2 kg煤的發熱量，污水源熱泵應用原理是先從污水中提取熱量進行制熱、再利用向污水中排放熱量進行制冷，系統能效比可達到3.50以上，運行費用比一般中央空調系統節省30%以上，既經濟又環保，能取得較好效果。

2 工程實例

2.1 項目概況

安陽市廣廈新苑小區位于安陽市東區，中華路以西，德隆街以北。廣廈新苑建筑總面積20.86萬m（2其中可再生能源建筑應用示范面積17.01萬m2）。

2011年5月,安陽市廣廈新苑小區開始運行，小區利用污水源熱泵，為居民提供冬季供暖、夏季供冷和生活熱水，制冷溫度及制熱溫度均能達到設計要求，效果良好,實現了污水的再循環利用。

2.2 設計參數

2.2.1 建筑面積

廣廈新苑小區建筑面積共17.36萬m2，其中住宅14.56萬 m2，公建2.80萬m2，居民863戶，住戶約3000人。

2.2.2 負荷指標

住宅：冷負荷50W/m2，熱負荷40W/m2。公建：冷負荷100W/m2，熱負荷60W/m2。熱水：按80 L/人·d，熱水溫度55℃，小時變化系數2.32計算。（數值為約數）

同時使用系數：住宅公建：制冷為65%，制熱為80%。見表1。

表1 廣廈新苑空調冷熱負荷表

2.3 再生水源情況

安陽市廣廈新苑水源熱泵所需再生水，利用安陽市東區污水處理廠的污水，該廠污水出水量日變幅較小，比較穩定，目前出水水質達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）的二級標準，年底將達到國家一級標準（中水）。

2.3.1 水量

再生水量（平均）：7萬 t/d；夏季：日最高：12萬 t/d，日最低：6萬t/d；冬季：日最高：10萬t/d，日最低：5萬t/d；再生水水量小時平均：2800 t/h；再生水水量小時最高：5400 t/h；再生水水量小時最低：1800 t/h。

2.3.2 水溫

夏季平均水溫：26℃，冬季平均水溫：10℃。

2.3.3 水質

廣廈新苑小區污水源熱泵利用的污水水質中，經檢測，pH值為7.20，電導率 (25℃)為1630 us/cm，含有氯離子222.27 mg/L，硫酸根離子230.26mg/L，酸消耗量（以碳酸鈣計）304.34 mg/L，總硬度（以碳酸鈣計）455.01mg/L，鈣硬度（以碳酸鈣計）314.50mg/L，二氧化硅22.68mg/L，氨氮6.21mg/L，硝酸鹽氮15.50mg/L，亞硝酸鹽氮1.40mg/L，溶解性總固體1095.30mg/L，鐵0.04mg/L，銅 <0.05mg/L，懸浮物<30mg/L。

其中部分指標活動范圍：pH指標：6～8，氨氮：2～30mg/L。

3 廣廈新苑小區污水源熱泵設計原理

冬季需要熱量時，將10～12℃再生水過濾，經過板式換熱器，將再生水中的熱量傳遞到中間循環的清水中，此時，再生水的溫度降為6℃，而吸取再生水中熱量后的中間循環清水經過熱泵機組將熱量傳遞給樓內暖氣循環水，此時，出水溫度有40～45℃。夏季需要冷氣時，18～21℃再生水過濾，經過換熱器換熱后，熱泵機組中溫度較高的中間循環水將熱量通過板式換熱器傳遞給再生水后，再生水溫度升為20～23℃，中間循環水溫度降為7～12℃。污水源熱泵可通過切換機房系統閥門來實現冬季、夏季轉換。再生水被提取能量或釋放能量后，水質無任何變化，冬季再生水可用于灌溉，夏季的生活熱水可利用回收熱量。

4 廣廈新苑小區污水源熱泵的優點

4.1 環保效果顯著

污水源熱泵利用城市生活污水作為水源，進行能量轉換，污水與中間循環清水分屬兩條管路，分別密閉循環，不接觸、僅通過板式換熱器進行能量轉換，互不干擾，既不污染環境，又不產生煙塵，沒有廢渣，每年可減少CO2排放量約4200 t，年可減少SO2約34 t，減少爐灰、顆粒物等大氣污染物排放量約17 t。

4.2 節能優勢明顯

污水源熱泵通過板式換熱器進行能量轉換，不燃燒煤炭等能源、只靠消耗少量電能來運轉，但是運轉過程中消耗的電能卻可以產生5倍熱能或冷能，并且在熱泵運行過程中，熱泵也可以將它本身產生的熱能一并利用，利用效率高，能效比大，僅廣廈新苑小區每年就可替代煤1700 t。同時，由于利用的是原生污水，不用再設置冷卻塔，節約了大量的水資源，也創造了清潔新能源。

4.3 投資費用和運行費用較低

污水源熱泵具有占地面積小、投入低、收益大、效果顯著的特點，運行費用能夠比一般的中央空調系統節省30%以上，而且一個污水源熱泵機組可以冬夏兩季使用，運行穩定。

5 污水源熱泵推廣應用的思路

利用污水源熱泵技術可以實現環保節能的效果，確保水資源的可持續利用。因地制宜地利用污水資源，推廣污水源熱泵技術的應用，在合適的位置設置污水源熱泵機房，向周邊建筑進行供熱、供冷。城區中的河道、溝渠在水量、水質滿足的情況下，均可作為水源。結合安陽的水資源情況，可考慮利用萬金渠渠水作為水源。

5.1 萬金渠城區段渠道現狀

安陽市萬金灌區城區段渠道長約28.38 km，擔負著城市生態供水任務和城市排澇任務，主要由萬金干渠、南干渠、北干渠、還水渠、六六渠組成,城區渠道供水量每天約13萬m3。同時，由于歷史原因，城區段排污管道不健全，雨污管道混流，導致沿渠存在許多排污口，生活生產污水直接排入渠內，沿渠共有排污口約900余個，每日排放生活污水8000余m3，水量完全可以滿足污水源熱泵應用的要求。

5.2 萬金渠渠道在污水源熱泵應用方面的優勢

5.2.1 地理位置優越

污水源熱泵系統機組結構緊湊，占地面積小，可以選擇距離渠道較近的適當地點建立，由于萬金渠城區段渠道大部分位于市區，渠水和城市生活污水可以直接被引入污水源熱泵系統的引水渠，不用重新鋪設引水管道，減少了投資成本。熱泵產生的熱量可以直接向周邊居民和企業供暖，減少沿途損失。

5.2.2 污水源自然條件較好

城區段渠道上工廠較少，無工業污水，渠道內污水由沖刷渠道的生態供水和生活污水構成，供水量穩定，渠道內污水常年溫度保持在8～20℃左右，滿足污水源熱泵的水源要求。

5.2.3 可有較好的社會效益和經濟效益

通過污水源熱泵系統可以有效利用污水，對污水進行重復再利用，能開發新的清潔能源。污水源熱泵系統能效比較高，熱量輸出較穩定，產生的熱能完全可以滿足周邊居民的采暖需求，污水源熱泵系統周邊未鋪設熱力管道的居民小區，可以利用污水源熱泵系統產生的熱能進行采暖，冬季不用再燒煤取暖，減少了環境污染。

利用萬金灌區渠道水源設立污水源熱泵系統，對污水的循環再利用是一項有益探索，對發展新能源、開拓新的經濟增長點具有重要意義。灌區管理部門可以采取“以點帶面、循序漸進”的思路，將此項技術逐步在灌區推廣，惠及更多的居民。