污水源熱泵技術(shù)節(jié)能性研究

董晨

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津 300074）

污水源熱泵技術(shù)節(jié)能性研究

董晨

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津 300074）

以污水作為熱源，通過熱泵機(jī)組的作用來提取污水中難以被直接利用的熱能的空調(diào)系統(tǒng)成為污水源熱泵。當(dāng)前社會(huì)對污水的能源回收越來越重視，用污水源熱泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市污水中能量的回收利用，既能節(jié)約煤炭和電能，又能減少城市廢熱排放，減少環(huán)境污染，因此對污水源熱泵技術(shù)的研究和開發(fā)對于建筑的節(jié)能降耗具有身份中要的意義。本文介紹了污水源熱泵系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)，并分析了污水源熱泵技術(shù)的節(jié)能和環(huán)保特性。

污水源；熱泵技術(shù)；節(jié)能性

環(huán)境因素是可持續(xù)發(fā)展中的重要話題之一。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，建筑能耗所占比例也在不斷增加，同時(shí)建筑物每天排放的污水中還含有大量的能量。因此，要有效降低建筑物能耗、保護(hù)環(huán)境，就要重視對城市污水熱能利用技術(shù)的研究，大力開發(fā)污水源熱泵技術(shù)。

1 污水源熱泵技術(shù)

1.1 污水源熱泵技術(shù)背景

礦石燃料是我國目前能源結(jié)構(gòu)的主要依托，包括煤炭和石油。在我國的工業(yè)化建設(shè)中，由于礦物燃料的燃燒而導(dǎo)致的污染問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們的生活，加上當(dāng)前各種形式的能源價(jià)格飛漲，在供能方面需要開發(fā)更多的新能源來平衡當(dāng)前的矛盾，這是污水源熱泵技術(shù)發(fā)展的社會(huì)背景。

污水處理廠具有出水量大、水質(zhì)及溫度穩(wěn)定等特點(diǎn)，污水源熱泵就是利用這個(gè)特點(diǎn)，以污水為熱源來完成制冷、制熱循環(huán)的空調(diào)裝置。由于污水中含有大量的能量，污水源熱泵能保持穩(wěn)定輸出和較高的COP值，且污水源熱泵機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，具有很好的換熱效果。事實(shí)證明，污水源熱泵的污染物排放比一般空氣源熱泵和電供熱要少很多，對能源的節(jié)省更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電鍋爐和燃煤鍋爐（比電鍋爐節(jié)省60以上能量，可節(jié)約一半以上的燃煤），這是污水源熱泵的技術(shù)背景。另外，污水源熱泵系統(tǒng)免去了燃燒過程，避免了排煙造成的污染，實(shí)現(xiàn)了絕對的環(huán)保，既能有效的處理掉城市污水，又能節(jié)約能源，環(huán)節(jié)能源危機(jī)，是實(shí)現(xiàn)污水資源化的最有效途徑。

1.2 污水源熱泵系統(tǒng)分類

首先，按污水的處理狀態(tài)可以將其分為：（1）以未處理污水為熱源的污水源熱泵系統(tǒng)（2）以二級出水或中水作為熱源的污水源熱泵系統(tǒng)。前者熱能課就近使用，但成分復(fù)雜，容易發(fā)生堵塞或腐蝕，后者對管道損害較小，但污水經(jīng)多步處理溫度下降，熱能降低。其次，按按污水與熱泵的熱交換器是否發(fā)生接觸，可以講其分為間接利用系統(tǒng)和直接利用系統(tǒng)。前者多以未處理水為熱源，不適用于污水的凝固散熱，后者是工程上普遍采用的系統(tǒng)，效率更高、節(jié)能效果更好。最后從熱泵機(jī)組的分布方式上可以分為分散式、集中式和半集中式三種，都是通過調(diào)節(jié)污水換熱站和熱泵站的設(shè)置方式來滿足不同單位和用戶的供熱。

2 污水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能性

2.1 污水源相關(guān)參數(shù)與節(jié)能性關(guān)系

污水源相關(guān)參數(shù)包括污水水質(zhì)、污水水溫、污水量及污水處理設(shè)備等。首先，城市的污水大都是工業(yè)廢水和生活污水，這些經(jīng)過基本物理及生化處理的污水中含雜質(zhì)量較少，腐蝕度也明顯降低，有利于污水中熱能的提取。其次，城市污水常年溫度穩(wěn)定，符合污水源熱泵對溫差的要求，加上污水出水量的穩(wěn)定，可以保障污水源熱泵的高效運(yùn)行。最后，考慮到污水中可能含有的大量油性物質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)掛膜，導(dǎo)致?lián)Q熱受阻，影響換熱效率，在污水換熱的設(shè)計(jì)上，要設(shè)置自動(dòng)反清洗裝置，定期對換熱器反復(fù)沖洗，保證換熱效率和熱能利用率。

2.2 機(jī)組穩(wěn)定，一機(jī)多用

由于污水的水體溫度相對恒定，其波動(dòng)范圍與空氣變動(dòng)相比可以基本不計(jì)，可以作為高效的熱泵熱源和空調(diào)冷源，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)空氣源熱泵使用中的結(jié)霜問題，使得熱泵機(jī)組能夠更可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行，保證系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。污水源熱泵系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)供暖和空調(diào)的一機(jī)多用，冬季取熱供暖，夏季除熱制冷，還可以保證生活熱水的全年供應(yīng)。

2.3 節(jié)電、節(jié)水方面

污水源熱泵不僅可以利用污水熱能，還能利用熱泵機(jī)組自身的熱能，根據(jù)污水源熱泵一次能源利用率分析，污水源熱泵系統(tǒng)的供暖節(jié)能能效比可達(dá)4.5～6.0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電熱供暖。與空氣源熱泵相比，污水源熱泵具有夏季冷凝溫度低,冬季蒸發(fā)溫度高的特點(diǎn)，保證了污水源熱泵較高的能效比和性能系數(shù)。另外，污水源熱泵利用城市原生污水，無需設(shè)冷卻塔，夏季運(yùn)行時(shí)有效避免了水蒸發(fā)和漂水問題，節(jié)約了大量的水資源，其穩(wěn)定的運(yùn)行也可以節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)用。

2.4 其他方面

污水源熱泵系統(tǒng)的使用免去了打井的費(fèi)用，省去了抽水與回灌等環(huán)節(jié)所需能量，減少對水資源的破壞，可以保證污水源熱泵的安全運(yùn)行。另外，污水源熱泵中不需要鍋爐，更沒有燃燒過程，這就避免了固體廢物和燃燒煙塵對環(huán)境的污染，具有較好的環(huán)保效果。

3 結(jié)語

在建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的形勢下，污水源熱泵系統(tǒng)可以很好的滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，在新能源市場傻瓜有著十分廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，但在污水源熱泵系統(tǒng)的選擇上，要因地制宜，根據(jù)實(shí)際情況選擇空調(diào)系統(tǒng)，保證其節(jié)能性的完善發(fā)揮。

[1]吳榮華,孫德興，張成虎,等.城市污水源熱泵的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀［J］.暖通空調(diào)，2005，6(15):94-97.

[2]丁衛(wèi)東，袁魯濱.水源熱泵技術(shù)在供熱空調(diào)工程中的應(yīng)用.節(jié)能，2002,（5）.

[3]孟華,龍惟定.地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保,2003,(09).

董晨（1985—）男，漢，天津市人，注冊公用設(shè)備（動(dòng)力）工程師，中級工程師，本科學(xué)歷，城市供熱與熱力專業(yè)。