污水源热泵技术节能性研究

2015-01-28董晨

资源节约与环保 2015年2期

关键词：热能城市污水热源

董晨

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司天津 300074）

污水源热泵技术节能性研究

董晨

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司天津 300074）

以污水作为热源，通过热泵机组的作用来提取污水中难以被直接利用的热能的空调系统成为污水源热泵。当前社会对污水的能源回收越来越重视，用污水源热泵系统实现城市污水中能量的回收利用，既能节约煤炭和电能，又能减少城市废热排放，减少环境污染，因此对污水源热泵技术的研究和开发对于建筑的节能降耗具有身份中要的意义。本文介绍了污水源热泵系统的工作原理和特点，并分析了污水源热泵技术的节能和环保特性。

污水源；热泵技术；节能性

环境因素是可持续发展中的重要话题之一。随着人们生活质量的不断提高，建筑能耗所占比例也在不断增加，同时建筑物每天排放的污水中还含有大量的能量。因此，要有效降低建筑物能耗、保护环境，就要重视对城市污水热能利用技术的研究，大力开发污水源热泵技术。

1 污水源热泵技术

1.1 污水源热泵技术背景

矿石燃料是我国目前能源结构的主要依托，包括煤炭和石油。在我国的工业化建设中，由于矿物燃料的燃烧而导致的污染问题已经严重影响到人们的生活，加上当前各种形式的能源价格飞涨，在供能方面需要开发更多的新能源来平衡当前的矛盾，这是污水源热泵技术发展的社会背景。

污水处理厂具有出水量大、水质及温度稳定等特点，污水源热泵就是利用这个特点，以污水为热源来完成制冷、制热循环的空调装置。由于污水中含有大量的能量，污水源热泵能保持稳定输出和较高的COP值，且污水源热泵机组结构紧凑，具有很好的换热效果。事实证明，污水源热泵的污染物排放比一般空气源热泵和电供热要少很多，对能源的节省更是远远优于电锅炉和燃煤锅炉（比电锅炉节省60以上能量，可节约一半以上的燃煤），这是污水源热泵的技术背景。另外，污水源热泵系统免去了燃烧过程，避免了排烟造成的污染，实现了绝对的环保，既能有效的处理掉城市污水，又能节约能源，环节能源危机，是实现污水资源化的最有效途径。

1.2 污水源热泵系统分类

首先，按污水的处理状态可以将其分为：（1）以未处理污水为热源的污水源热泵系统（2）以二级出水或中水作为热源的污水源热泵系统。前者热能课就近使用，但成分复杂，容易发生堵塞或腐蚀，后者对管道损害较小，但污水经多步处理温度下降，热能降低。其次，按按污水与热泵的热交换器是否发生接触，可以讲其分为间接利用系统和直接利用系统。前者多以未处理水为热源，不适用于污水的凝固散热，后者是工程上普遍采用的系统，效率更高、节能效果更好。最后从热泵机组的分布方式上可以分为分散式、集中式和半集中式三种，都是通过调节污水换热站和热泵站的设置方式来满足不同单位和用户的供热。

2 污水源热泵系统的节能性

2.1 污水源相关参数与节能性关系

污水源相关参数包括污水水质、污水水温、污水量及污水处理设备等。首先，城市的污水大都是工业废水和生活污水，这些经过基本物理及生化处理的污水中含杂质量较少，腐蚀度也明显降低，有利于污水中热能的提取。其次，城市污水常年温度稳定，符合污水源热泵对温差的要求，加上污水出水量的稳定，可以保障污水源热泵的高效运行。最后，考虑到污水中可能含有的大量油性物质可能会导致换热管内挂膜，导致换热受阻，影响换热效率，在污水换热的设计上，要设置自动反清洗装置，定期对换热器反复冲洗，保证换热效率和热能利用率。

2.2 机组稳定，一机多用

由于污水的水体温度相对恒定，其波动范围与空气变动相比可以基本不计，可以作为高效的热泵热源和空调冷源，同时不会出现空气源热泵使用中的结霜问题，使得热泵机组能够更可靠、稳定的运行，保证系统的高效性和经济性。污水源热泵系统可以实现供暖和空调的一机多用，冬季取热供暖，夏季除热制冷，还可以保证生活热水的全年供应。

2.3 节电、节水方面

污水源热泵不仅可以利用污水热能，还能利用热泵机组自身的热能，根据污水源热泵一次能源利用率分析，污水源热泵系统的供暖节能能效比可达4.5～6.0，远远高于电热供暖。与空气源热泵相比，污水源热泵具有夏季冷凝温度低,冬季蒸发温度高的特点，保证了污水源热泵较高的能效比和性能系数。另外，污水源热泵利用城市原生污水，无需设冷却塔，夏季运行时有效避免了水蒸发和漂水问题，节约了大量的水资源，其稳定的运行也可以节省大量的运行费用。

2.4 其他方面

污水源热泵系统的使用免去了打井的费用，省去了抽水与回灌等环节所需能量，减少对水资源的破坏，可以保证污水源热泵的安全运行。另外，污水源热泵中不需要锅炉，更没有燃烧过程，这就避免了固体废物和燃烧烟尘对环境的污染，具有较好的环保效果。