污水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景

王繼斌

(中國環(huán)境管理干部學(xué)院科研部，河北 秦皇島 066000)

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污水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景

王繼斌

(中國環(huán)境管理干部學(xué)院科研部，河北 秦皇島 066000)

科研項目編號：河北省教育廳:zh201283，項目名稱：原生污水源能源利用與污水減排的應(yīng)用研究。

摘要：污水源熱泵,主要是以城市污水作為提取和儲存能量的冷熱源，借助熱泵機組系統(tǒng)內(nèi)部制冷劑的物態(tài)循環(huán)變化，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(shù)。21世紀以來，能源枯竭和環(huán)境污染成為備受關(guān)注的社會問題，且化石燃料的燃燒是溫室氣體的主要來源，是導(dǎo)致環(huán)境污染和自然災(zāi)害的禍首之一，因此，尋找和開發(fā)利用可再生能源勢在必行。近年來，污水中的熱能及其利用逐漸成為國內(nèi)外的研究熱點。

關(guān)鍵詞：污水源熱泵；工作原理；發(fā)展及應(yīng)用

1污水源熱泵工作原理

污水源熱泵系統(tǒng)由水源系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、末端系統(tǒng)等部分組成，各部分之間由污水管路和冷(熱)水循環(huán)管網(wǎng)相連接。現(xiàn)代化城市的污水處理設(shè)施十分完善，每天排放大量的處理后的污水，是污水源熱泵系統(tǒng)理想的低溫?zé)嵩?。根?jù)原生污水是否直接進熱泵機組蒸發(fā)器或者冷凝器可以將該系統(tǒng)分為直接利用和間接利用兩種方式。直接利用方式是指將污水中的熱量通過熱泵回收后輸送到采暖空調(diào)建筑物；間接利用方式是指污水先通過熱交換器進行熱交換后，再把污水中的熱量通過熱泵進行回收輸送到采暖空調(diào)建筑物。

2污水源熱泵的技術(shù)特點

2.1與其他供熱材料相比，污水源熱泵特點：

與燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng)相比，我國年污水排放量達464億m3，可節(jié)省用煤量0.33億噸，以全國年總能耗30億噸標煤計算，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。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，15萬平方米供冷、供熱、以及供生活熱水，年可節(jié)約標煤1萬噸，減排二氧化硫300噸、煙量2200萬立方米、顆粒物6400噸，年少排爐渣2800噸、廢水600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(zhuǎn)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,污水源熱泵與空氣源熱泵相比,夏季冷凝溫度低,冬季蒸發(fā)溫度高,能效比和性能系數(shù)大大提高,而運行工況穩(wěn)定,比傳統(tǒng)中央空調(diào)節(jié)省30﹪-40﹪的運行費用。且污水源熱泵技術(shù)系統(tǒng)無需設(shè)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開發(fā)創(chuàng)造出新的清潔型新能源。

2.2與其他熱泵系統(tǒng)相比，污水源熱泵特點：

空氣源熱泵在外界環(huán)境溫度較低的冬季應(yīng)用效率較低，結(jié)霜嚴重時甚至不能正常工作，因此，在寒冷的北方應(yīng)用受限制。

土壤源熱泵系統(tǒng)根據(jù)埋管的形式可分為水平埋管和垂直埋管，水平埋管形式埋管較淺，施工方便，但是需要較大的土地面積，在土地資源緊張的城市中難以應(yīng)用，只適合與較小的建筑和其他有適合土壤條件的地方；垂直埋管施工難度大，對地質(zhì)條件要求較高，另外，土壤源傳熱效率比較低。相比之下，污水源熱泵系統(tǒng)則占地小，施工方便，傳熱效率高，且易于管理維護。與地下水水源熱泵系統(tǒng)相比，污水源熱泵系統(tǒng)投資較少，省卻了打井、抽水、回灌等費用，而且避免了回灌不當引起的地下水污染問題。

總的來說，污水源熱泵具有如下特點：

2.2.1環(huán)保效益顯著

原生污水源熱泵是利用了城市廢熱作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖系統(tǒng)，污水經(jīng)過換熱設(shè)備后留下冷量或熱量返回污水干渠，污水與其他設(shè)備或系統(tǒng)不接觸，污水密閉循環(huán)，不污染環(huán)境與其他設(shè)備或水系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，環(huán)境效益顯著。

2.2.2高效節(jié)能

冬季，污水體溫度比環(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)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機組效率提高。供暖制冷所投入的電能在1KW時可得到5KW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)。

2.2.3運行穩(wěn)定可靠

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。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

2.2.4投資運行費用低

城市污水源熱泵具有初投資低，運行費低的巨大經(jīng)濟優(yōu)勢。運行效果良好，經(jīng)濟效益顯著。污水熱泵系統(tǒng)的機房面積僅為其他系統(tǒng)的50%。系統(tǒng)根據(jù)室外溫度及室內(nèi)溫度要求自動調(diào)節(jié)，可做到無人看管，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(shè)備的可靠性強，維護量小，平時無設(shè)備的維護問題。

3污水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景

開展城市污水熱能利用技術(shù)的研究，是一項具有節(jié)能和環(huán)保意義的應(yīng)用技術(shù)研究。國外對污水源熱泵的研究最早起源于楊圖夫斯基(前蘇聯(lián))等人對河水、污水、海水的利用探討，1978年，楊圖夫斯基等人對熱泵站供熱與熱化電站、區(qū)域鍋爐房集中供熱進行比較，得出熱泵站供熱可節(jié)省燃料20%-30%，并提出利用莫斯科河水作水源熱泵站區(qū)域供熱方案。用污水源熱泵系統(tǒng)回收城市污水中的熱能，既開發(fā)了一種清潔能源，同時又降低了城市廢熱的排放，保護了環(huán)境。因此，污水源熱泵有著廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻:

[1]林愛暉.《淺議污水源熱泵技術(shù)》《大觀周刊》第46期2010年.

[2]侯亞芹.司建偉《污水源熱泵的研究進展》《建筑節(jié)能》第10期2010年

[3]于浩.張穎.《關(guān)于污水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用探討》《科技創(chuàng)新導(dǎo)報》第32期2008年

中圖分類號:X706

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)02-0003-01

作者簡介：王繼斌(1962-)男，漢族，遼寧鞍山人，中國環(huán)境管理干部學(xué)院科研部主任、環(huán)境工程專業(yè)教授、碩士研究生，研究方向：水污染控制技術(shù)專業(yè)。