議污水源熱泵技術(shù)與發(fā)展前景

史雨潔 吳蕊 楊莉

【摘要】隨著社會(huì)的不斷快速發(fā)展，能源短缺問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重，這也使得了人們?cè)絹?lái)越重視節(jié)能方面的工作。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。本文主要對(duì)污水源系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，并對(duì)其將來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】污水；源熱泵技術(shù)；發(fā)展前景

一、前言

隨著時(shí)代的發(fā)展，越來(lái)越多的新能源得到了廣泛的應(yīng)用，這在很大程度上促進(jìn)了社會(huì)的健康穩(wěn)定發(fā)展?，F(xiàn)階段，各種類型的熱源冷源熱泵系統(tǒng)都被人們熟知，例如：水源熱泵系統(tǒng)、地源熱泵機(jī)組等，并且污水源熱泵是一個(gè)新興系統(tǒng)，還具有環(huán)保節(jié)能的功效，主要將城市污水內(nèi)的能量通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)釋放出來(lái)，從而轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的冷熱能，為人們提高相應(yīng)的制冷制暖效果。與其他熱源相比，污水源熱泵的技術(shù)關(guān)鍵和難點(diǎn)在于防堵塞、防污染、與防腐蝕。

二、污水源系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

因?yàn)槲鬯泻軓?qiáng)的腐蝕性能，這樣在進(jìn)行換熱器安裝之前應(yīng)該安裝自動(dòng)式過(guò)濾器和反洗裝置，但是在實(shí)際的運(yùn)行中依然存在懸浮物堵塞交換器的情況，那么就應(yīng)該定期開(kāi)展清理工作，確保熱泵機(jī)組運(yùn)行的可靠性。由于現(xiàn)在沒(méi)有比較適合進(jìn)行污水換熱的滿液式蒸發(fā)器，就需要引入中介水循環(huán)，減少換熱器存在的污垢，從而就可以減少換熱器換熱熱阻，其中污水、中介水間主要是利用殼管式污水換熱器進(jìn)行換熱，這樣就能促使污水走管程，中介水走殼程。同時(shí)在進(jìn)行整個(gè)污水系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該遵循管路平直、閥門少的原則，通常在進(jìn)行污水泵設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的時(shí)候，污水源熱泵的取水和管路配置方式應(yīng)該采用自灌式，并且污水水面要比水泵吸入口高，高出的高度應(yīng)該控制在0.5～1.0m之間，在自流管的進(jìn)口和端頭位置要分別安裝安裝閘閥、法蘭盲板，這樣就可以給檢修和清洗工作帶來(lái)很大方便。其次，在進(jìn)行潛水泵選擇時(shí)，應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的潛水池，并且應(yīng)該從壓水干管接出一根支管，并且將其延伸到集水池底部；在運(yùn)行時(shí)要定期開(kāi)啟，這樣就能把浮渣沖起，也能采用水泵沖走。此外，因?yàn)槲鬯酿ば裕瑢?duì)換熱地面造成了嚴(yán)重的污染，這樣與清水相比較，污水在換熱器內(nèi)的流動(dòng)阻力和換熱特性有很大不同，所以要想確保傳熱系數(shù)，就要不斷提高管內(nèi)流速對(duì)于封頭部位的結(jié)構(gòu)要對(duì)其進(jìn)行特殊處理。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

首先應(yīng)該與當(dāng)?shù)貧夂蛳嘟Y(jié)合，對(duì)全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷進(jìn)行分析，隨后確定系統(tǒng)熱負(fù)荷、供冷復(fù)核大小，并且對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的供暖、供冷方式進(jìn)行選擇，最后對(duì)供熱或者供冷負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 熱泵機(jī)組

對(duì)于熱泵機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，特別是供熱參數(shù)對(duì)機(jī)組的效率有直接的影響，冬天在進(jìn)行供暖時(shí)，如果水源熱泵溫度比較低，并且熱源側(cè)的進(jìn)出口水溫不發(fā)生任何變化，那么熱泵的供水溫度就會(huì)對(duì)制熱性能系統(tǒng)造成很大的影響。同時(shí)如果蒸發(fā)器中的側(cè)熱源水的進(jìn)出口溫度沒(méi)有變化，熱泵機(jī)組的供水和供回水溫度之間的差值就會(huì)對(duì)機(jī)組的COP值造成影響?，F(xiàn)階段，絕大多數(shù)都是水源泵機(jī)組都是采用的半封閉螺桿式。

3 污水換熱器參數(shù)

因?yàn)槲鬯哂懈g性，容易結(jié)垢等特點(diǎn)，那么在進(jìn)行換熱器選擇和使用時(shí)，換熱器要具有清潔方便，很強(qiáng)的適應(yīng)性以及工作處理量大等。現(xiàn)在大部分是采用管殼式換熱器。換熱器工程計(jì)算的公式為：

Q=km·A·Δtm

公式中中：Km表示整個(gè)傳熱面的平均傳熱系數(shù)，用單位KW/（m2.K）表達(dá)；

A為傳熱面積，用單位m2表達(dá)；△tm表示污水與中介水之間的平均溫度差，用單位℃表達(dá)。

四、污水源熱泵優(yōu)勢(shì)

對(duì)于燃煤、燃?xì)獾儒仩t系統(tǒng)，污水源熱泵系統(tǒng)與它們相比較，我國(guó)每年的污水排放聯(lián)合在464億m3，這就可以節(jié)約煤量0.33億噸，如果全國(guó)每年的總能源消耗是30億噸煤，就可以節(jié)約1.1%；如果按照暖通空調(diào)一次消耗能源10億噸煤，就可以節(jié)約3.3%，并且每年可以減少排放量72萬(wàn)噸左右

此外，污水源熱泵系統(tǒng)主要是將污水熱能與熱泵機(jī)組產(chǎn)生的熱能連接在一起，并且將他們一起轉(zhuǎn)移到室內(nèi)，這樣能源效率比就可以達(dá)到4.5—6.0，能源利用效率就是電采暖的3—4倍。同時(shí)與空氣源熱泵相比較，污水源熱泵在夏天時(shí)，冷凝溫度比較低，冬天蒸發(fā)溫度比較高，這樣就促使能效比和性能系數(shù)得到了很大的提升，運(yùn)行狀況比較穩(wěn)定。其次與傳統(tǒng)的中央空調(diào)節(jié)相比較，運(yùn)行費(fèi)用有了很大的降低，在30﹪～40﹪之間。此外，污水熱泵技術(shù)不需要設(shè)置冷卻塔，利用的是城市原生污水，既大大節(jié)約了水資源，也開(kāi)放創(chuàng)造出了新的清潔能源。

五、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)。

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。

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。

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。

六、結(jié)束語(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)：

[1]宋建華，張建國(guó)，陳永昌.污水源熱泵系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷，2007（07）

[2]高宇. 污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性研究 [D].長(zhǎng)安大學(xué)，2012

[3]王振宇.水源熱泵在電廠中的應(yīng)用研究[J].能源與節(jié)能，2011（02）