污水源热泵技术应用初探

□ 申 康（安阳市万金渠管理处）

0 引言

随着经济的迅速发展，安阳市城市框架逐渐拉大，水资源短缺及水环境污染的矛盾日益凸显。近年来，地下水源热泵技术在建筑中的应用有了较快的发展，但地下水源热泵技术受到地下水资源的条件限制，长期大量抽取地下水会导致地下水量减少，也会造成回灌困难，同时还存在污染地下水的可能性。目前城市水资源普遍存在不足的情况，导致水资源的供需矛盾突出，制约了水源热泵技术的应用，在水资源不足的前提下，其实还有大量地表水及城市污水没有进行有效的循环再利用，结合安阳市水资源实际情况，采用污水源热泵技术，实现水资源的绿色环保循环、可持续利用，具有重要意义。

1 应用原理

城市生活排放的生活污水中，每立方米约含5000～10000 KCAL的热量，相当于燃烧1～2 kg煤的发热量，污水源热泵应用原理是先从污水中提取热量进行制热、再利用向污水中排放热量进行制冷，系统能效比可达到3.50以上，运行费用比一般中央空调系统节省30%以上，既经济又环保，能取得较好效果。

2 工程实例

2.1 项目概况

安阳市广厦新苑小区位于安阳市东区，中华路以西，德隆街以北。广厦新苑建筑总面积20.86万m（2其中可再生能源建筑应用示范面积17.01万m2）。

2011年5月,安阳市广厦新苑小区开始运行，小区利用污水源热泵，为居民提供冬季供暖、夏季供冷和生活热水，制冷温度及制热温度均能达到设计要求，效果良好,实现了污水的再循环利用。

2.2 设计参数

2.2.1 建筑面积

广厦新苑小区建筑面积共17.36万m2，其中住宅14.56万 m2，公建2.80万m2，居民863户，住户约3000人。

2.2.2 负荷指标

住宅：冷负荷50W/m2，热负荷40W/m2。公建：冷负荷100W/m2，热负荷60W/m2。热水：按80 L/人·d，热水温度55℃，小时变化系数2.32计算。（数值为约数）

同时使用系数：住宅公建：制冷为65%，制热为80%。见表1。

表1 广厦新苑空调冷热负荷表

2.3 再生水源情况

安阳市广厦新苑水源热泵所需再生水，利用安阳市东区污水处理厂的污水，该厂污水出水量日变幅较小，比较稳定，目前出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的二级标准，年底将达到国家一级标准（中水）。

2.3.1 水量

再生水量（平均）：7万 t/d；夏季：日最高：12万 t/d，日最低：6万t/d；冬季：日最高：10万t/d，日最低：5万t/d；再生水水量小时平均：2800 t/h；再生水水量小时最高：5400 t/h；再生水水量小时最低：1800 t/h。

2.3.2 水温

夏季平均水温：26℃，冬季平均水温：10℃。

2.3.3 水质

广厦新苑小区污水源热泵利用的污水水质中，经检测，pH值为7.20，电导率 (25℃)为1630 us/cm，含有氯离子222.27 mg/L，硫酸根离子230.26mg/L，酸消耗量（以碳酸钙计）304.34 mg/L，总硬度（以碳酸钙计）455.01mg/L，钙硬度（以碳酸钙计）314.50mg/L，二氧化硅22.68mg/L，氨氮6.21mg/L，硝酸盐氮15.50mg/L，亚硝酸盐氮1.40mg/L，溶解性总固体1095.30mg/L，铁0.04mg/L，铜 <0.05mg/L，悬浮物<30mg/L。

其中部分指标活动范围：pH指标：6～8，氨氮：2～30mg/L。

3 广厦新苑小区污水源热泵设计原理

冬季需要热量时，将10～12℃再生水过滤，经过板式换热器，将再生水中的热量传递到中间循环的清水中，此时，再生水的温度降为6℃，而吸取再生水中热量后的中间循环清水经过热泵机组将热量传递给楼内暖气循环水，此时，出水温度有40～45℃。夏季需要冷气时，18～21℃再生水过滤，经过换热器换热后，热泵机组中温度较高的中间循环水将热量通过板式换热器传递给再生水后，再生水温度升为20～23℃，中间循环水温度降为7～12℃。污水源热泵可通过切换机房系统阀门来实现冬季、夏季转换。再生水被提取能量或释放能量后，水质无任何变化，冬季再生水可用于灌溉，夏季的生活热水可利用回收热量。

4 广厦新苑小区污水源热泵的优点

4.1 环保效果显著

污水源热泵利用城市生活污水作为水源，进行能量转换，污水与中间循环清水分属两条管路，分别密闭循环，不接触、仅通过板式换热器进行能量转换，互不干扰，既不污染环境，又不产生烟尘，没有废渣，每年可减少CO2排放量约4200 t，年可减少SO2约34 t，减少炉灰、颗粒物等大气污染物排放量约17 t。

4.2 节能优势明显

污水源热泵通过板式换热器进行能量转换，不燃烧煤炭等能源、只靠消耗少量电能来运转，但是运转过程中消耗的电能却可以产生5倍热能或冷能，并且在热泵运行过程中，热泵也可以将它本身产生的热能一并利用，利用效率高，能效比大，仅广厦新苑小区每年就可替代煤1700 t。同时，由于利用的是原生污水，不用再设置冷却塔，节约了大量的水资源，也创造了清洁新能源。

4.3 投资费用和运行费用较低

污水源热泵具有占地面积小、投入低、收益大、效果显著的特点，运行费用能够比一般的中央空调系统节省30%以上，而且一个污水源热泵机组可以冬夏两季使用，运行稳定。

5 污水源热泵推广应用的思路

利用污水源热泵技术可以实现环保节能的效果，确保水资源的可持续利用。因地制宜地利用污水资源，推广污水源热泵技术的应用，在合适的位置设置污水源热泵机房，向周边建筑进行供热、供冷。城区中的河道、沟渠在水量、水质满足的情况下，均可作为水源。结合安阳的水资源情况，可考虑利用万金渠渠水作为水源。

5.1 万金渠城区段渠道现状

安阳市万金灌区城区段渠道长约28.38 km，担负着城市生态供水任务和城市排涝任务，主要由万金干渠、南干渠、北干渠、还水渠、六六渠组成,城区渠道供水量每天约13万m3。同时，由于历史原因，城区段排污管道不健全，雨污管道混流，导致沿渠存在许多排污口，生活生产污水直接排入渠内，沿渠共有排污口约900余个，每日排放生活污水8000余m3，水量完全可以满足污水源热泵应用的要求。

5.2 万金渠渠道在污水源热泵应用方面的优势

5.2.1 地理位置优越

污水源热泵系统机组结构紧凑，占地面积小，可以选择距离渠道较近的适当地点建立，由于万金渠城区段渠道大部分位于市区，渠水和城市生活污水可以直接被引入污水源热泵系统的引水渠，不用重新铺设引水管道，减少了投资成本。热泵产生的热量可以直接向周边居民和企业供暖，减少沿途损失。

5.2.2 污水源自然条件较好

城区段渠道上工厂较少，无工业污水，渠道内污水由冲刷渠道的生态供水和生活污水构成，供水量稳定，渠道内污水常年温度保持在8～20℃左右，满足污水源热泵的水源要求。

5.2.3 可有较好的社会效益和经济效益

通过污水源热泵系统可以有效利用污水，对污水进行重复再利用，能开发新的清洁能源。污水源热泵系统能效比较高，热量输出较稳定，产生的热能完全可以满足周边居民的采暖需求，污水源热泵系统周边未铺设热力管道的居民小区，可以利用污水源热泵系统产生的热能进行采暖，冬季不用再烧煤取暖，减少了环境污染。

利用万金灌区渠道水源设立污水源热泵系统，对污水的循环再利用是一项有益探索，对发展新能源、开拓新的经济增长点具有重要意义。灌区管理部门可以采取“以点带面、循序渐进”的思路，将此项技术逐步在灌区推广，惠及更多的居民。