利用热泵技术回收城市污水中的热能

袁周华,王跃斌

（南通科技职业技术学院 南通科技职业技术学院,江苏 南通 226007）

随着我国经济社会的不断发展，热泵技术也得到了完善，同时城市污水也受到的人们的关注。在2001年，北京实现了第一套利用热泵技术回收城市污水的热能系统，并且得到了明显的社会效益和环保效益。因此，利用热泵技术回收城市污水中的热能成为了商场、学校或是办公楼在中制冷或供暖的最佳选择。

1 对城市污水的特点进行分析

1.1 城市污水的温度变化幅度小

对于城市污水，其最大的优点就是温度变化较小，与室外的温度相比，其特点就是冬暖夏凉。夏季时，城市污水的最低温度是22℃左右，最高温度是25℃左右，会比正常的温度低10℃左右；而冬季时，则城市污水的最低温度是13℃，最高温度会是17℃，这时就会高出正常温度20℃左右。所以，城市污水是热泵水源的最佳选择，在夏季时可以进行空调制冷；冬季时可以继续室内供暖，实现冬暖夏凉的效果。

1.2 城市污水的热能较高

在城市的所有热能中，城市污水的热能是最高的，并且有关数据表明，当城市污水量达到500万m /d时，其热能值大约是37亿kw。在北京的XX家污水处理厂中，其热泵系统回收污水的制冷和制热系统都达到了3.5～4.4范围内。因此，对于城市污水，无论是制冷还是制热都是热泵回收的最佳资源。

1.3 气候对城市污水的影响较小

图1

对于城市污水的热源和冷源，受到气候的影响都比较小，无论是夏季还是冬季，甚至是晴天或雨天，城市污水的热能值都比较稳定。并且，对于不经过任何处理的污水，也可以进行热泵回收的，而且利用热泵技术回收城市污水中的热能，不仅仅在城市中可以应用，在农村也是可以使用的，其区域是无限制的。

2 利用热泵技术回收城市污水的可行性

对于热泵技术，是一种既经济又节能的系统。而城市污水的热能稳定使得热泵技术运行时更加安全与可靠。使得夏季的室内温度在21～26℃之间，而冬季的室内温度为18～24℃之间。利用热泵技术，不仅可以节省电能，同时还能对燃料的能源进行节省，无论是制冷还是制热，都比传统的空气源热泵系数高，比普通的中央空调运行费用低[1]。例如，对于传统的电锅炉，其电能是热泵技术的1.5倍以上，而所使用的原料也是热泵技术的2倍以上；如果是普通的中央空调，当进行制冷或是制热时，运行费用都会高于热泵技术的50%或60%左右。

城市污水和地下水相比，不仅可以对抽水井与回灌井进行节省，同时还能减少费用，进而也避免了污染现象的发生。所以，相对地下水，城市污水更适合作为热能进行回收，同时还能避免相应污染的发生。经过实际调查表明，在许多城市中都存在大量的污水，并且热量值都非常高，这样就可以进行相应的开发的回收。

3 利用热泵技术回收城市污水中热能的方式

在对城市污水进行回收时，有两种方式存在，分别为直接利用方式和间接利用方式。所谓直接利用方式，其过程是通过热泵进行污水热量的回收，然后直接输送给相应的建筑物；而对于间接利用方式，它是利用热交换器进行交换，然后把城市污水中的热量进行回收，最后再输送给相应的建筑物。对于直接利用方式，其热值提升的空间比较小，并且比间接利用方式的节能效果要高出7%左右。而对于间接利用方式，不仅系统比较复杂，其所产生的设备投资也会非常高。下面就以印染工业中废水热能回收举例，分析其工作原理。

对于我国的印染工业，在对污水实现回收和利用的应用仍处在初步发展阶段。并且经过实际的调查表明，对于印染行业中所排出的废水中酸碱性比较强，对回收设备的要求比较高，如果设备不具备腐蚀性，就会出现系统结垢的现象，使得整个系统的回收效率降低。在目前的解决方法中，最有效的就是对设备的配件进行定期的清洗和更换，但是，也会出现设备厂家不提供售后的现象，使得设备的利用率达不到相应的标准。所以，对于我国目前的印染行业，其对废水的回收还处在低水平阶段。

在印染企业中，需要大量蒸汽的消耗才可以进行工作液的加热，而这时还会有一部分的热能随着废水流失。印染工业废水热能回收利用系统则可以通过热交换器的使用，将城市污水中存在的热能向净水中转移，因而实现印染工艺供给的效果。该系统不仅可以对蒸汽用量进行减少，对加热时间进行缩短，同时还能对城市污水前的处理进行降温。其工作原理如图1所示。

而对于整个过程中所排出的废水，首先进入的系统就是能源介质选择系统。 根据相应的条件进行选择，将无效的能源通过排放管道直接排放到城市污水的处理池当中；而对于有效的能源，则将经过过滤后进行存储，由相应的水泵进行提压进行收回[2]。对于印染工业进行废水回收的系统中，主要有四个分系统存在，分别是主机控制系统、能源选择系统、能源储存系统以及电气的控制系统。

主机控制系统：它是对废水热能的回收与处理进行监控。主要的设备就是单板机，实现温度、流量以及水位的共同控制。具体如图2所示。

能源选择系统：它是对能源介质的选择、过滤或是分流。在该系统中，有双层过滤设备存在，可以实现废水中各种杂物的清除与隔离，最后实现印染工业主系统的正常运行。对于能源选择装置，它可以根据相应的生产情况来进行介质温度的选择，实现有效能源与无效能源之间的分流，最后对整个系统的低效能进行减少。

能源储存系统：对于该系统，其主要的功能就是对各种能源的输送与储存进行负责。里面含有废热水箱、热水回收箱以及输送管路，该系统会根据相应的生产需求进行热水的储存与供应。在能源储存系统中，最重要的就是保温的结构和材料，利用先进的材料才会实现对污水对回收时减少热能的损失以及热水的保温。

电器控制系统：其主要的功能就是对污水中热能回收运行的监控，在保证总系统正常运行的情况下对各种资源进行调节。

图2

随着我国经济社会的不断发展，印染工业废水热能回收系统已经得到了初步的应用。所体现的特点如下：（1）回收率较高，具有抗腐蚀性。在该系统中，主要采用的结构是换热面积最大，进而对整个系统的高热回收进行效率的提高。而抗腐蚀性主要的体现是应用新型改性的塑料最为废水回收的换热元件；（2）智能化处理。本系统在运行时，不需要任何工作人员的看守。它不但可以进行废水流量和温度的控制，同时还可以根据系统运行的相应状况进行自动调整，随时对热水的需求进行流量与温度的控制。此外，印染工业废水热能回收利用系统还可以进行远程控制；（3）适用范围较广。对于该系统，不仅投资小，成本低，而且运行的范围也非常广泛，例如造纸行业、化工行业，都可以对废水的余热进行回收。

4 利用热泵技术回收城市污水中的热能的问题和措施

4.1 有关热交换器存在的堵塞问题

如果是未经过任何处理的城市污水，经过热交换器时就会出现悬浮物，使得热交换器出现堵塞现象。所以，在对城市污水进行回收前，就要对热交换器进行自动筛滤器的设置，使得污水中的悬浮物得到控制，进而达到热泵技术回收城市污水的热能的最大值。

4.2 有关热交换器存在的腐蚀问题

由于城市污水中存在腐蚀性，热交换器长期使用就会被腐蚀[3]。所以，就要对热交换器进行材质的选配，尽量选用价格比较昂贵的材料，例如镀铝或是钛质都可以。

5 总结

对于城市污水，它不仅是一种巨大的能源，同时也是一种可再生资源。如果利用热泵技术回收城市污水中的热能，那么就可以对空气和环境进行净化，对制冷或是制热的能源进行节约。本文首先对城市污水的主要特点进行了分析，然后进行了热泵污水回收城市污水可行性的分析，最后进行回收方式和相应措施的分析，希望今后在对热泵技术回收城市污水时提供借鉴作用。

[1]尹军，韦新东.我国主要城市污水中可利用热能状况初探[J].中国给谁排水,2001,17(04):26-28.

[2]袁周华.印染工业废水热能回收利用系统[J].印染,2009,10(20).

[3]王龙哲.城市污水热能利用的探讨[J].环境保护,2001,26(11):44-45.