污水源熱泵及其發(fā)展趨勢(shì)分析

王晟姣 常懷德

摘要：隨著科技快速的發(fā)展，地球的資源節(jié)能日益成了人們關(guān)注的觀點(diǎn)，城市污水內(nèi)含有極大的能源空間，熱量從低端到高端輸送的熱泵技術(shù)需要加入節(jié)能理念。對(duì)于城市污水來(lái)說(shuō)，直接將其排放到環(huán)境中會(huì)造成非常嚴(yán)重的污染。而將污水內(nèi)含有的大量能源通過(guò)污水源熱泵技術(shù)釋放出來(lái)不僅能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能有效的實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的節(jié)能。

關(guān)鍵詞：污水源；熱泵技術(shù)；發(fā)展前景

1污水源熱泵的工作原理

污水源熱泵，通過(guò)提取城市污水中儲(chǔ)存能量，僅僅消耗少量的電能，就能借助熱泵機(jī)組系統(tǒng)中制冷劑的物態(tài)循環(huán)變化，在夏季，從室內(nèi)空氣中提取熱量，排至水中，因水溫低而帶走熱量，以降低室溫；冬季則從污水水源中提取熱量，由熱泵通過(guò)空氣或水作為載冷劑，提升溫度后送至建筑物中，從而達(dá)到制冷制暖效果的一種創(chuàng)新技術(shù)。通常污水源熱泵消耗1kW的能量能使用戶得到4kW以上的冷熱量。

2污水源熱泵技術(shù)特點(diǎn)

2.1環(huán)保效益顯著。原生污水源熱泵是利用城市廢熱作為冷熱源，進(jìn)行能量交換的供暖空調(diào)系統(tǒng)，污水經(jīng)過(guò)換熱設(shè)備后留下冷量或熱量返回污水干渠，污水密閉循環(huán)與其他設(shè)備或系統(tǒng)不接觸。供熱時(shí)省去了燃煤、燃?xì)狻⑷加偷儒仩t燃燒系統(tǒng)，沒(méi)有燃燒過(guò)程，避免了排煙污染；供冷時(shí)省去了冷卻塔，避免了冷卻塔的噪音和霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，環(huán)境效益顯著。

2.2高效節(jié)能。冬季，污水體的溫度比環(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)境溫度要低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷和冷卻塔式制冷，機(jī)組效率提高。供暖供冷所投入的電能在1kW時(shí)可得到5kW左右的熱能或冷能。

2.3運(yùn)行穩(wěn)定可靠。污水體的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源。水體溫度較恒定的特性，使得污水源熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。

2.4一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣。污水源熱泵可供暖、制冷，一機(jī)多用。

2.5初投資、運(yùn)行費(fèi)用低。城市污水源熱泵具有初投資低，運(yùn)行費(fèi)低的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。污水源熱泵系統(tǒng)的機(jī)房面積僅為其他系統(tǒng)的5O%。系統(tǒng)根據(jù)室外溫度及室內(nèi)溫度要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，可做到無(wú)人值守，同時(shí)也可做到聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。污水源熱泵系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，設(shè)備的可靠性強(qiáng)，維護(hù)量小，平時(shí)無(wú)設(shè)備的維護(hù)問(wèn)題。

2.6水源環(huán)境優(yōu)越。城市污水冬暖夏涼，受氣候影響小，與太陽(yáng)能及空氣相比，其全年的水溫變化幅度小，冬季嚴(yán)寒地區(qū)污水溫度在12℃～16℃，長(zhǎng)江流域污水溫度在14℃-18℃；夏季污水溫度在20℃-28℃，北京地區(qū)冬季污水溫度在13℃-17℃，高出平均氣溫20℃（北京冬季室外設(shè)計(jì)溫度-9℃）；夏天，污水溫度22℃～25℃，又比日常氣溫低10℃。因而可獲得比較穩(wěn)定的污水冷熱源。

3污水源系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于污水具有較強(qiáng)的腐蝕性，因此在系統(tǒng)換熱器前應(yīng)加裝自動(dòng)式過(guò)濾器和反洗裝置，在運(yùn)行過(guò)程中仍有可能存在較大懸浮物堵塞交換器，因此應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行清理；同時(shí)為保證熱泵機(jī)組的可靠運(yùn)行且目前沒(méi)有適合污水換熱的滿液式蒸發(fā)器而引入中介水循環(huán)，以通過(guò)減少換熱器中的污垢來(lái)減少換熱器的換熱熱阻，其中污水和中介水間利用寬流道板式污水換熱器換熱，污水中較小污物可直接通過(guò)，不會(huì)引起堵塞；整個(gè)污水系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)應(yīng)遵循管路平直、閥門少的原則，其中污水源熱泵的取水一般需設(shè)置污水蓄水緩沖池，污水泵設(shè)計(jì)為自灌式，但應(yīng)保證污水水面高于水泵吸入口0.5～1.0m，并在自流管的進(jìn)口和端頭分別安裝閘閥和法蘭盲板以便于檢修和清洗；由于污水的黏性及對(duì)換熱表面的污染，污水在換熱器內(nèi)的流動(dòng)阻力和換熱特性同清水相比較有很大不同，因此為保證一定傳熱系數(shù)而提高管內(nèi)流速，但應(yīng)對(duì)封頭部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊處理。為避免污水內(nèi)大體積懸浮物進(jìn)入換熱器，而應(yīng)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，將內(nèi)部大尺度污物去除，以保證換熱器的正常工作；同時(shí)為了平衡污水換熱器的阻力可通過(guò)設(shè)置二級(jí)污水泵來(lái)保證良好運(yùn)行。

4污水源熱泵技術(shù)的發(fā)展前景

板冰蓄能熱泵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)蓄冷供熱。供冷季利用夜間低谷電制冰并儲(chǔ)存起來(lái)，在白天用電高峰時(shí)段用儲(chǔ)存的冰作為冷源，是一種冰蓄冷技術(shù)；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(shù)，主要是以城市污水作為提取和儲(chǔ)存能量的冷熱源，借助空調(diào)機(jī)組消耗少量的電能，從而達(dá)到制冷制暖效果的一種創(chuàng)新技術(shù)。

無(wú)論是冰蓄冷技術(shù)還是污水源熱泵技術(shù)均是從單一技術(shù)出發(fā)，解決的問(wèn)題也是單一的。將二者集成應(yīng)用，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)綜合節(jié)能效果，是未來(lái)發(fā)展的方向和趨勢(shì)。

4.1板冰蓄冷+污水源熱泵系統(tǒng)組成

由污水源系統(tǒng)、板冰系統(tǒng)及切換閥組組成。

4.2板冰蓄冷污水源熱泵系統(tǒng)工作原理

夏季從污水中提取低品位冷源，通過(guò)蓄冰系統(tǒng)變成可利用的高位冷源直接對(duì)外供冷或制冷蓄冰。同時(shí)可將蓄冰系統(tǒng)機(jī)組排出的熱源制取衛(wèi)生熱水；冬季提取存于污水中的低位熱能通過(guò)蓄冰系統(tǒng)轉(zhuǎn)化變成可利用的高位熱能用來(lái)直接對(duì)外供熱或蓄熱。同時(shí)可獲得供暖副產(chǎn)品-片狀冰對(duì)外銷售，一舉多得。

4.3板冰蓄冷污水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

板冰蓄冷污水源熱泵系統(tǒng)匯聚了移峰填谷、高效節(jié)能、環(huán)保效果顯著、可再生清潔能源開(kāi)發(fā)與利用等眾多優(yōu)勢(shì)。除此之外，污水源熱泵系統(tǒng)還可常年提供生活熱水，真正達(dá)到了一機(jī)多用。

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

高效節(jié)能：冬季污水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比高。而夏季水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機(jī)組效率高。供暖制冷所投入的電能在1kW時(shí)可得到5KkW左右的熱能或冷能，能源利用效率遠(yuǎn)高于其他形式的中央空調(diào)系統(tǒng)。

環(huán)保效果顯著：板冰蓄冷污水源熱泵系統(tǒng)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(yīng)，還可以減輕“酸雨”對(duì)環(huán)境的破壞。

5結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)，環(huán)境污染和能源短缺已成為威脅人類生存的兩大危機(jī)，如何解決這一問(wèn)題，已成為全人類的課題。在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，而板冰蓄冷系統(tǒng)與污水源熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的新興中央空調(diào)系統(tǒng)，兩者結(jié)合具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]裘湛.污水源熱泵發(fā)展現(xiàn)狀及在上海的應(yīng)用前景[J].城市道橋與防洪，2017（04）.

（作者單位：沈陽(yáng)華譽(yù)地源熱泵供熱有限公司1

遼寧忠旺機(jī)械設(shè)備制造有限公司2）