污水源熱泵技術的應用與發(fā)展前景

王繼斌

(中國環(huán)境管理干部學院科研部，河北 秦皇島 066000)

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污水源熱泵技術的應用與發(fā)展前景

王繼斌

(中國環(huán)境管理干部學院科研部，河北 秦皇島 066000)

科研項目編號：河北省教育廳:zh201283，項目名稱：原生污水源能源利用與污水減排的應用研究。

摘要：污水源熱泵,主要是以城市污水作為提取和儲存能量的冷熱源，借助熱泵機組系統(tǒng)內部制冷劑的物態(tài)循環(huán)變化，消耗少量的電能，從而達到制冷制暖效果的一種創(chuàng)新技術。21世紀以來，能源枯竭和環(huán)境污染成為備受關注的社會問題，且化石燃料的燃燒是溫室氣體的主要來源，是導致環(huán)境污染和自然災害的禍首之一，因此，尋找和開發(fā)利用可再生能源勢在必行。近年來，污水中的熱能及其利用逐漸成為國內外的研究熱點。

關鍵詞：污水源熱泵；工作原理；發(fā)展及應用

1污水源熱泵工作原理

污水源熱泵系統(tǒng)由水源系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、末端系統(tǒng)等部分組成，各部分之間由污水管路和冷(熱)水循環(huán)管網相連接。現(xiàn)代化城市的污水處理設施十分完善，每天排放大量的處理后的污水，是污水源熱泵系統(tǒng)理想的低溫熱源。根據(jù)原生污水是否直接進熱泵機組蒸發(fā)器或者冷凝器可以將該系統(tǒng)分為直接利用和間接利用兩種方式。直接利用方式是指將污水中的熱量通過熱泵回收后輸送到采暖空調建筑物；間接利用方式是指污水先通過熱交換器進行熱交換后，再把污水中的熱量通過熱泵進行回收輸送到采暖空調建筑物。

2污水源熱泵的技術特點

2.1與其他供熱材料相比，污水源熱泵特點：

與燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng)相比，我國年污水排放量達464億m3，可節(jié)省用煤量0.33億噸，以全國年總能耗30億噸標煤計算，達到了1.1%，若按暖通空調的一次能源消耗量10億噸標煤計算，達3.3%。同時每年可減少排放量達72萬噸。據(jù)相關統(tǒng)計，15萬平方米供冷、供熱、以及供生活熱水，年可節(jié)約標煤1萬噸，減排二氧化硫300噸、煙量2200萬立方米、顆粒物6400噸，年少排爐渣2800噸、廢水600噸。

另外，污水源熱泵系統(tǒng)將污水熱能連同熱泵機組本身產生熱能一并轉移到室內,能效比高達4.5-6.0,能源利用率是電采暖的3-4倍,污水源熱泵與空氣源熱泵相比,夏季冷凝溫度低,冬季蒸發(fā)溫度高,能效比和性能系數(shù)大大提高,而運行工況穩(wěn)定,比傳統(tǒng)中央空調節(jié)省30﹪-40﹪的運行費用。且污水源熱泵技術系統(tǒng)無需設冷卻塔,利用的是城市原生污水，節(jié)約了大量水資源的同時又開發(fā)創(chuàng)造出新的清潔型新能源。

2.2與其他熱泵系統(tǒng)相比，污水源熱泵特點：

空氣源熱泵在外界環(huán)境溫度較低的冬季應用效率較低，結霜嚴重時甚至不能正常工作，因此，在寒冷的北方應用受限制。

土壤源熱泵系統(tǒng)根據(jù)埋管的形式可分為水平埋管和垂直埋管，水平埋管形式埋管較淺，施工方便，但是需要較大的土地面積，在土地資源緊張的城市中難以應用，只適合與較小的建筑和其他有適合土壤條件的地方；垂直埋管施工難度大，對地質條件要求較高，另外，土壤源傳熱效率比較低。相比之下，污水源熱泵系統(tǒng)則占地小，施工方便，傳熱效率高，且易于管理維護。與地下水水源熱泵系統(tǒng)相比，污水源熱泵系統(tǒng)投資較少，省卻了打井、抽水、回灌等費用，而且避免了回灌不當引起的地下水污染問題。

總的來說，污水源熱泵具有如下特點：

2.2.1環(huán)保效益顯著

原生污水源熱泵是利用了城市廢熱作為冷熱源，進行能量轉換的供暖系統(tǒng)，污水經過換熱設備后留下冷量或熱量返回污水干渠，污水與其他設備或系統(tǒng)不接觸，污水密閉循環(huán)，不污染環(huán)境與其他設備或水系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，環(huán)境效益顯著。

2.2.2高效節(jié)能

冬季，污水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率提高。供暖制冷所投入的電能在1KW時可得到5KW左右的熱能或冷能。能源利用效率遠高于其他形式的中央空調系統(tǒng)。

2.2.3運行穩(wěn)定可靠

水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動，是很好的熱泵熱源和空調冷源，水體溫度較恒定的特性，使得污水源熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

2.2.4投資運行費用低

城市污水源熱泵具有初投資低，運行費低的巨大經濟優(yōu)勢。運行效果良好，經濟效益顯著。污水熱泵系統(tǒng)的機房面積僅為其他系統(tǒng)的50%。系統(tǒng)根據(jù)室外溫度及室內溫度要求自動調節(jié)，可做到無人看管，同時也可做到聯(lián)網監(jiān)控。污水源熱泵系統(tǒng)原理簡單，設備的可靠性強，維護量小，平時無設備的維護問題。

3污水源熱泵技術的應用及發(fā)展前景

開展城市污水熱能利用技術的研究，是一項具有節(jié)能和環(huán)保意義的應用技術研究。國外對污水源熱泵的研究最早起源于楊圖夫斯基(前蘇聯(lián))等人對河水、污水、海水的利用探討，1978年，楊圖夫斯基等人對熱泵站供熱與熱化電站、區(qū)域鍋爐房集中供熱進行比較，得出熱泵站供熱可節(jié)省燃料20%-30%，并提出利用莫斯科河水作水源熱泵站區(qū)域供熱方案。用污水源熱泵系統(tǒng)回收城市污水中的熱能，既開發(fā)了一種清潔能源，同時又降低了城市廢熱的排放，保護了環(huán)境。因此，污水源熱泵有著廣闊的應用前景。

參考文獻:

[1]林愛暉.《淺議污水源熱泵技術》《大觀周刊》第46期2010年.

[2]侯亞芹.司建偉《污水源熱泵的研究進展》《建筑節(jié)能》第10期2010年

[3]于浩.張穎.《關于污水源熱泵技術的應用探討》《科技創(chuàng)新導報》第32期2008年

中圖分類號:X706

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)02-0003-01

作者簡介：王繼斌(1962-)男，漢族，遼寧鞍山人，中國環(huán)境管理干部學院科研部主任、環(huán)境工程專業(yè)教授、碩士研究生，研究方向：水污染控制技術專業(yè)。