污水源熱泵及其發(fā)展趨勢分析

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)能日益成了人們關注的觀點，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需要加入節(jié)能理念。對于城市污水來說，直接將其排放到環(huán)境中會造成非常嚴重的污染。而將污水內(nèi)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(tài)環(huán)境，還能有效的實現(xiàn)相應的節(jié)能。

關鍵詞：污水源；熱泵技術；發(fā)展前景

1污水源熱泵的工作原理

污水源熱泵，通過提取城市污水中儲存能量，僅僅消耗少量的電能，就能借助熱泵機組系統(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，由熱泵通過空氣或水作為載冷劑，提升溫度后送至建筑物中，從而達到制冷制暖效果的一種創(chuàng)新技術。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污水源熱泵技術特點

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，進行能量交換的供暖空調(diào)系統(tǒng)，污水經(jīng)過換熱設備后留下冷量或熱量返回污水干渠，污水密閉循環(huán)與其他設備或系統(tǒng)不接觸。供熱時省去了燃煤、燃氣、燃油等鍋爐燃燒系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻塔，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冷和冷卻塔式制冷，機組效率提高。供暖供冷所投入的電能在1kW時可得到5kW左右的熱能或冷能。

2.3運行穩(wěn)定可靠。污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(diào)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(jīng)濟性。

2.4一機多用，應用范圍廣。污水源熱泵可供暖、制冷，一機多用。

2.5初投資、運行費用低。城市污水源熱泵具有初投資低，運行費低的經(jīng)濟優(yōu)勢。污水源熱泵系統(tǒng)的機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)溫度要求自動調(diào)節(jié)，可做到無人值守，同時也可做到聯(lián)網(wǎng)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。

2.6水源環(huán)境優(yōu)越。城市污水冬暖夏涼，受氣候影響小，與太陽能及空氣相比，其全年的水溫變化幅度小，冬季嚴寒地區(qū)污水溫度在12℃～16℃，長江流域污水溫度在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℃（北京冬季室外設計溫度-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)設計要點

由于污水具有較強的腐蝕性，因此在系統(tǒng)換熱器前應加裝自動式過濾器和反洗裝置，在運行過程中仍有可能存在較大懸浮物堵塞交換器，因此應定期對其進行清理；同時為保證熱泵機組的可靠運行且目前沒有適合污水換熱的滿液式蒸發(fā)器而引入中介水循環(huán)，以通過減少換熱器中的污垢來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，不會引起堵塞；整個污水系統(tǒng)的管路設計應遵循管路平直、閥門少的原則，其中污水源熱泵的取水一般需設置污水蓄水緩沖池，污水泵設計為自灌式，但應保證污水水面高于水泵吸入口0.5～1.0m，并在自流管的進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換熱表面的污染，污水在換熱器內(nèi)的流動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，但應對封頭部位的結(jié)構(gòu)進行特殊處理。為避免污水內(nèi)大體積懸浮物進入換熱器，而應對其進行預處理，將內(nèi)部大尺度污物去除，以保證換熱器的正常工作；同時為了平衡污水換熱器的阻力可通過設置二級污水泵來保證良好運行。

4污水源熱泵技術的發(fā)展前景

板冰蓄能熱泵系統(tǒng)可實現(xiàn)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(diào)機組消耗少量的電能，從而達到制冷制暖效果的一種創(chuàng)新技術。

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(fā)，解決的問題也是單一的。將二者集成應用，進行優(yōu)化設計，實現(xiàn)系統(tǒng)綜合節(jié)能效果，是未來發(fā)展的方向和趨勢。

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，通過蓄冰系統(tǒng)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(tǒng)機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蓄冰系統(tǒng)轉(zhuǎn)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(chǎn)品-片狀冰對外銷售，一舉多得。

4.3板冰蓄冷污水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢

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、可再生清潔能源開發(fā)與利用等眾多優(yōu)勢。除此之外，污水源熱泵系統(tǒng)還可常年提供生活熱水，真正達到了一機多用。

移峰填谷：板冰蓄冷污水源熱泵系統(tǒng)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(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(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，還可以減輕“酸雨”對環(huán)境的破壞。

5結(jié)語

當今社會，環(huán)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(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應的空調(diào)系統(tǒng)應運而生，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)濟效益和社會效益。

參考文獻：

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

（作者單位：沈陽華譽地源熱泵供熱有限公司1

遼寧忠旺機械設備制造有限公司2）