污水源熱泵系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性和其應用潛力分析

李紅偉 張 楠 韓賽賽

(1.洛陽一拖華建工程設計有限公司，河南 洛陽 471003;2.機械工業(yè)第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450007;3.洛陽一拖華建工程設計有限公司，河南 洛陽 471003)

污水源熱泵系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性和其應用潛力分析

李紅偉1 張 楠2 韓賽賽3

(1.洛陽一拖華建工程設計有限公司，河南 洛陽 471003;2.機械工業(yè)第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450007;3.洛陽一拖華建工程設計有限公司，河南 洛陽 471003)

污水源是一種優(yōu)良的低溫余熱源，污水源熱泵能夠充分的利用城市污水的廢熱，與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，在最初投資和運行方面有顯著的優(yōu)勢，而與常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)相比也有其突出的特點，在有條件的地方應該優(yōu)先考慮使用此種技術。

污水源熱泵系統(tǒng);技術經(jīng)濟性;應用潛力

污水源熱泵是一種水源熱泵，其主要的優(yōu)點是水的熱容量大、設備傳熱性能好、水溫比較穩(wěn)定，城市污水是一種優(yōu)良的低溫余熱源，水溫在整個采暖期波動不大，對水/空氣熱泵或水/水熱泵而言，是一種理想的低溫熱源。

一 熱泵的熱源選擇與污水熱源的特點

污水源熱泵技術主要是利用城市污水作為冷熱源，通過熱泵壓縮系統(tǒng)將污水中的低位熱能轉化成為可再生高位清潔能源，以此來作為建筑物進行制冷供暖與提供生活用水。城市污水是不可多得的熱泵冷熱源，它的溫度一年四季相對來說比較穩(wěn)定，這種溫度特性使得污水源熱泵比傳統(tǒng)采暖空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高。城市污水具備水量大，水溫冬暖夏涼，受氣候影響小等特點，與太陽能和空氣相比，城市污水全年的水溫變化幅度小。冬季嚴寒地區(qū)污水溫度也在12℃—16℃，長江流域污水溫度維持在14℃—18℃;夏天，污水溫度在22℃至25℃，又比日常氣溫低了10℃，因而，可在全年獲得相對比較穩(wěn)定的水溫，可作為穩(wěn)定的熱源。

污水熱源的特點有以下幾個方面:首先，其是屬可再生能源利用技術，污水源一般是城市原生污水，其來源相對比較穩(wěn)定，不受時間和季節(jié)的影響，水量也基本恒定，只要溫度合適，將是良好的熱源。其次，運行穩(wěn)定可靠，城市原生污水的水體溫度不受時間和季節(jié)的影響，一年四季相對都比較穩(wěn)定，這就使熱泵機組能更加穩(wěn)定、可靠的運行，同時也使得系統(tǒng)更加的高效、經(jīng)濟。再者，污水源熱泵機組可以建造在居民區(qū)內(nèi)，采用城市原生污水作為熱泵熱源進行工作，機組運行時沒有燃燒，沒有任何污染，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物場地，環(huán)境效益顯著，且不用遠距離輸送熱量。與常規(guī)熱泵和空調(diào)系統(tǒng)相比，其消耗的電能更少，而發(fā)電時消耗一次能源，而且會排放一些污染物、二氧化碳溫室氣體等。

二 污水源熱泵系統(tǒng)的構成形式

根據(jù)系統(tǒng)采用污水源，可以將其分為原生污水源熱泵系統(tǒng)、一級污水源熱泵系統(tǒng)和二級污水源熱泵系統(tǒng);根據(jù)熱泵換熱設備是否與污水直接接觸可分為直接式污水源熱泵系統(tǒng)和間接式污水源熱泵系統(tǒng)。其工作原理是在高溫的夏季，通過熱循環(huán)而將建筑內(nèi)熱量傳遞到污水源內(nèi)，而在寒冷的冬季通過熱循環(huán)將污水源內(nèi)能量提取到建筑物內(nèi)，但由于污水特殊的水質(zhì)的緣故，系統(tǒng)內(nèi)應添加特殊設備以保證系統(tǒng)的正常運行。

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，所以，要定期對其進行清理;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，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;潛水泵的選擇應設置相應的潛水池，并應從壓水干管接出一根支管并伸到集水池底部，運行過程中應定期開啟以將浮渣沖起并用水泵沖走;由于污水的黏性及對換熱地面的污染，為保證一定傳熱系數(shù)而提高管內(nèi)流速，要對封頭部位的結構進行特殊的處理;為避免污水內(nèi)大體積懸浮物進入殼管式換熱器，應該對其進行預處理，將內(nèi)部大尺度污物去除，以保證換熱器的正常工作。

三 污水源熱泵系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性

當前，國內(nèi)污水排放量日益增多，污水的排放相對集中，該現(xiàn)狀為污水源熱泵的利用提供了保證，資料顯示給600萬噸污水降溫3℃，則可獲得相當于燃燒60萬噸煤所產(chǎn)生的熱量，所以，其可以帶來更高的經(jīng)濟效益，該系統(tǒng)以城市污水為冷熱源，無需消耗燃煤、燃油等一次性能源，運行過程中中無煙氣粉塵、廢液、廢渣等污染物質(zhì)，這種性能可在很大條件下改善城市大氣環(huán)境和地面環(huán)境。與其它供熱設備相比，污水源熱泵有很多的優(yōu)勢:我國年污水排放量達464億m3，與燃煤、燃油、燃氣等鍋爐房系統(tǒng)相比，節(jié)省用煤量0.33億噸。以全國年總能耗30億噸標煤來計算，達到了1.1%，若按暖通空調(diào)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。另外，污水源熱泵系統(tǒng)將污水熱能連同熱泵機組本身產(chǎn)生熱能一并轉移到室內(nèi)，能效比高達4.5－6.0，能源利用率是電采暖的3－4倍，夏季冷凝溫度低，比傳統(tǒng)中央空調(diào)節(jié)省30﹪－40﹪的運行費用，且污水源熱泵系統(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創(chuàng)造出新的清潔型能源。

四 污水源熱泵系統(tǒng)的應用潛力

隨著能源和環(huán)境的問題日益加重，在滿足人們健康、舒適要求的前提下，如何合理利用能源，節(jié)能減排、保護環(huán)境和降低能耗已成為人們迫切需要解決的焦點問題，污水源熱泵技術將成為既節(jié)能又環(huán)保及舒適衛(wèi)生的最為活躍和最為有效的供暖供冷方式。面對全球性的能源短缺問題，我國政府對污水源熱泵技術的應用高度重視，在鼓勵和推廣原生污水源熱泵技術的研究應用方面已出臺了一些相關政策。由于我國地域遼闊，各地區(qū)氣候差異較大，地質(zhì)狀況錯綜復雜，全面推廣應用污水源熱泵技術還需要對許多技術難題進行研究。在能源短缺和環(huán)境危機日益嚴重的情況下，使用以污水作為熱源的熱泵系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油氣爐是一種可行的節(jié)能改造方案，也將成為今后發(fā)展的必然趨勢。

五 結束語

污水源熱泵系統(tǒng)技術的應用，很大程度上降低了對于環(huán)境的污染，也節(jié)省了很多其他的能源的應用，對于改善人們的生活環(huán)境有良好的促進作用，大大提高了人們的生活品質(zhì)。

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1003－5168(2013)07－0119－01