議污水源熱泵技術與發展前景

史雨潔 吳蕊 楊莉

【摘要】隨著社會的不斷快速發展，能源短缺問題變得越來越嚴重，這也使得了人們越來越重視節能方面的工作。對于城市污水來說，直接將其排放到環境中會造成非常嚴重的污染。而將污水內含有的大量能源通過污水源熱泵技術釋放出來不僅能夠保護生態環境，還能有效的實現相應的節能。本文主要對污水源系統設計要點以及其優勢進行了分析，并對其將來的發展前景進行了展望。

【關鍵詞】污水；源熱泵技術；發展前景

一、前言

隨著時代的發展，越來越多的新能源得到了廣泛的應用，這在很大程度上促進了社會的健康穩定發展。現階段，各種類型的熱源冷源熱泵系統都被人們熟知，例如：水源熱泵系統、地源熱泵機組等，并且污水源熱泵是一個新興系統，還具有環保節能的功效，主要將城市污水內的能量通過相應的技術釋放出來，從而轉化為相應的冷熱能，為人們提高相應的制冷制暖效果。與其他熱源相比，污水源熱泵的技術關鍵和難點在于防堵塞、防污染、與防腐蝕。

二、污水源系統設計要點

因為污水有很強的腐蝕性能，這樣在進行換熱器安裝之前應該安裝自動式過濾器和反洗裝置，但是在實際的運行中依然存在懸浮物堵塞交換器的情況，那么就應該定期開展清理工作，確保熱泵機組運行的可靠性。由于現在沒有比較適合進行污水換熱的滿液式蒸發器，就需要引入中介水循環，減少換熱器存在的污垢，從而就可以減少換熱器換熱熱阻，其中污水、中介水間主要是利用殼管式污水換熱器進行換熱，這樣就能促使污水走管程，中介水走殼程。同時在進行整個污水系統管路設計的時候，應該遵循管路平直、閥門少的原則，通常在進行污水泵設計設計的時候，污水源熱泵的取水和管路配置方式應該采用自灌式，并且污水水面要比水泵吸入口高，高出的高度應該控制在0.5～1.0m之間，在自流管的進口和端頭位置要分別安裝安裝閘閥、法蘭盲板，這樣就可以給檢修和清洗工作帶來很大方便。其次，在進行潛水泵選擇時，應該設置相應的潛水池，并且應該從壓水干管接出一根支管，并且將其延伸到集水池底部；在運行時要定期開啟，這樣就能把浮渣沖起，也能采用水泵沖走。此外，因為污水的黏性，對換熱地面造成了嚴重的污染，這樣與清水相比較，污水在換熱器內的流動阻力和換熱特性有很大不同，所以要想確保傳熱系數，就要不斷提高管內流速對于封頭部位的結構要對其進行特殊處理。

三、系統設計流程

1 設計參數

首先應該與當地氣候相結合，對全年動態負荷進行分析，隨后確定系統熱負荷、供冷復核大小，并且對設計參數的供暖、供冷方式進行選擇，最后對供熱或者供冷負荷進行設計。

2 熱泵機組

對于熱泵機組的運行參數，特別是供熱參數對機組的效率有直接的影響，冬天在進行供暖時，如果水源熱泵溫度比較低，并且熱源側的進出口水溫不發生任何變化，那么熱泵的供水溫度就會對制熱性能系統造成很大的影響。同時如果蒸發器中的側熱源水的進出口溫度沒有變化，熱泵機組的供水和供回水溫度之間的差值就會對機組的COP值造成影響。現階段，絕大多數都是水源泵機組都是采用的半封閉螺桿式。

3 污水換熱器參數

因為污水具有腐蝕性，容易結垢等特點，那么在進行換熱器選擇和使用時，換熱器要具有清潔方便，很強的適應性以及工作處理量大等。現在大部分是采用管殼式換熱器。換熱器工程計算的公式為：

Q=km·A·Δtm

公式中中：Km表示整個傳熱面的平均傳熱系數，用單位KW/（m2.K）表達；

A為傳熱面積，用單位m2表達；△tm表示污水與中介水之間的平均溫度差，用單位℃表達。

四、污水源熱泵優勢

對于燃煤、燃氣等鍋爐系統，污水源熱泵系統與它們相比較，我國每年的污水排放聯合在464億m3，這就可以節約煤量0.33億噸，如果全國每年的總能源消耗是30億噸煤，就可以節約1.1%；如果按照暖通空調一次消耗能源10億噸煤，就可以節約3.3%，并且每年可以減少排放量72萬噸左右

此外，污水源熱泵系統主要是將污水熱能與熱泵機組產生的熱能連接在一起，并且將他們一起轉移到室內，這樣能源效率比就可以達到4.5—6.0，能源利用效率就是電采暖的3—4倍。同時與空氣源熱泵相比較，污水源熱泵在夏天時，冷凝溫度比較低，冬天蒸發溫度比較高，這樣就促使能效比和性能系數得到了很大的提升，運行狀況比較穩定。其次與傳統的中央空調節相比較，運行費用有了很大的降低，在30﹪～40﹪之間。此外，污水熱泵技術不需要設置冷卻塔，利用的是城市原生污水，既大大節約了水資源，也開放創造出了新的清潔能源。

五、污水源熱泵技術的發展前景

板冰蓄能熱泵系統可實現蓄冷供熱。供冷季利用夜間低谷電制冰并儲存起來，在白天用電高峰時段用儲存的冰作為冷源，是一種冰蓄冷技術；供熱季吸收低品位熱源直接向末端供熱或蓄熱。

污水源熱泵技術，主要是以城市污水作為提取和儲存能量的冷熱源，借助空調機組消耗少量的電能，從而達到制冷制暖效果的一種創新技術。

無論是冰蓄冷技術還是污水源熱泵技術均是從單一技術出發，解決的問題也是單一的。將二者集成應用，進行優化設計，實現系統綜合節能效果，是未來發展的方向和趨勢。

1 板冰蓄冷+污水源熱泵系統組成

由污水源系統、板冰系統及切換閥組組成。

2 板冰蓄冷污水源熱泵系統工作原理

夏季從污水中提取低品位冷源，通過蓄冰系統變成可利用的高位冷源直接對外供冷或制冷蓄冰。同時可將蓄冰系統機組排出的熱源制取衛生熱水；

冬季提取存于污水中的低位熱能通過蓄冰系統轉化變成可利用的高位熱能用來直接對外供熱或蓄熱。同時可獲得供暖副產品-片狀冰對外銷售，一舉多得。

3 板冰蓄冷污水源熱泵系統優勢

板冰蓄冷污水源熱泵系統匯聚了移峰填谷、高效節能、環保效果顯著、可再生清潔能源開發與利用等眾多優勢。除此之外，污水源熱泵系統還可常年提供生活熱水，真正達到了一機多用。

移峰填谷：板冰蓄冷污水源熱泵系統不僅達到移峰填谷和減少變電設備的作用，是緩解電力建設和新增用電矛盾的有效解決途徑之一，而且是開發利用低品位可再生清潔能源的新模式。

高效節能：冬季污水體溫度比環境空氣溫度高，熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比高。而夏季水體溫度比環境空氣溫度低，冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率高。供暖制冷所投入的電能在1kW時可得到5KkW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。

環保效果顯著：板冰蓄冷污水源熱泵系統可以減少煙塵減和煤渣的排放，減少C02、S02、NOx等氣體的排放。不但可以緩解一定的溫室效應，還可以減輕“酸雨"對環境的破壞。

六、結束語

當今社會，環境污染和能源短缺已成為威脅人類生存的兩大危機，如何解決這一問題，已成為全人類的課題。在這種背景下，以環保和節能為主要特征的綠色建筑及相應的空調系統應運而生，而板冰蓄冷系統與污水源熱泵系統正是滿足這些要求的新興中央空調系統，兩者結合具有良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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