污水源热泵技术的应用与发展前景

王继斌

(中国环境管理干部学院科研部，河北 秦皇岛 066000)



污水源热泵技术的应用与发展前景

王继斌

(中国环境管理干部学院科研部，河北 秦皇岛 066000)

科研项目编号：河北省教育厅:zh201283，项目名称：原生污水源能源利用与污水减排的应用研究。

摘要：污水源热泵,主要是以城市污水作为提取和储存能量的冷热源，借助热泵机组系统内部制冷剂的物态循环变化，消耗少量的电能，从而达到制冷制暖效果的一种创新技术。21世纪以来，能源枯竭和环境污染成为备受关注的社会问题，且化石燃料的燃烧是温室气体的主要来源，是导致环境污染和自然灾害的祸首之一，因此，寻找和开发利用可再生能源势在必行。近年来，污水中的热能及其利用逐渐成为国内外的研究热点。

关键词：污水源热泵；工作原理；发展及应用

1污水源热泵工作原理

污水源热泵系统由水源系统、热泵系统、末端系统等部分组成，各部分之间由污水管路和冷(热)水循环管网相连接。现代化城市的污水处理设施十分完善，每天排放大量的处理后的污水，是污水源热泵系统理想的低温热源。根据原生污水是否直接进热泵机组蒸发器或者冷凝器可以将该系统分为直接利用和间接利用两种方式。直接利用方式是指将污水中的热量通过热泵回收后输送到采暖空调建筑物；间接利用方式是指污水先通过热交换器进行热交换后，再把污水中的热量通过热泵进行回收输送到采暖空调建筑物。

2污水源热泵的技术特点

2.1与其他供热材料相比，污水源热泵特点：

与燃煤、燃气、然油等锅炉房系统相比，我国年污水排放量达464亿m3，可节省用煤量0.33亿吨，以全国年总能耗30亿吨标煤计算，达到了1.1%，若按暖通空调的一次能源消耗量10亿吨标煤计算，达3.3%。同时每年可减少排放量达72万吨。据相关统计，15万平方米供冷、供热、以及供生活热水，年可节约标煤1万吨，减排二氧化硫300吨、烟量2200万立方米、颗粒物6400吨，年少排炉渣2800吨、废水600吨。

另外，污水源热泵系统将污水热能连同热泵机组本身产生热能一并转移到室内,能效比高达4.5-6.0,能源利用率是电采暖的3-4倍,污水源热泵与空气源热泵相比,夏季冷凝温度低,冬季蒸发温度高,能效比和性能系数大大提高,而运行工况稳定,比传统中央空调节省30﹪-40﹪的运行费用。且污水源热泵技术系统无需设冷却塔,利用的是城市原生污水，节约了大量水资源的同时又开发创造出新的清洁型新能源。

2.2与其他热泵系统相比，污水源热泵特点：

空气源热泵在外界环境温度较低的冬季应用效率较低，结霜严重时甚至不能正常工作，因此，在寒冷的北方应用受限制。

土壤源热泵系统根据埋管的形式可分为水平埋管和垂直埋管，水平埋管形式埋管较浅，施工方便，但是需要较大的土地面积，在土地资源紧张的城市中难以应用，只适合与较小的建筑和其他有适合土壤条件的地方；垂直埋管施工难度大，对地质条件要求较高，另外，土壤源传热效率比较低。相比之下，污水源热泵系统则占地小，施工方便，传热效率高，且易于管理维护。与地下水水源热泵系统相比，污水源热泵系统投资较少，省却了打井、抽水、回灌等费用，而且避免了回灌不当引起的地下水污染问题。

总的来说，污水源热泵具有如下特点：

2.2.1环保效益显著

原生污水源热泵是利用了城市废热作为冷热源，进行能量转换的供暖系统，污水经过换热设备后留下冷量或热量返回污水干渠，污水与其他设备或系统不接触，污水密闭循环，不污染环境与其他设备或水系统。供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，环境效益显著。

2.2.2高效节能

冬季，污水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。供暖制冷所投入的电能在1KW时可得到5KW左右的热能或冷能。能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。

2.2.3运行稳定可靠

水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得污水源热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

2.2.4投资运行费用低

城市污水源热泵具有初投资低，运行费低的巨大经济优势。运行效果良好，经济效益显著。污水热泵系统的机房面积仅为其他系统的50%。系统根据室外温度及室内温度要求自动调节，可做到无人看管，同时也可做到联网监控。污水源热泵系统原理简单，设备的可靠性强，维护量小，平时无设备的维护问题。

3污水源热泵技术的应用及发展前景

开展城市污水热能利用技术的研究，是一项具有节能和环保意义的应用技术研究。国外对污水源热泵的研究最早起源于杨图夫斯基(前苏联)等人对河水、污水、海水的利用探讨，1978年，杨图夫斯基等人对热泵站供热与热化电站、区域锅炉房集中供热进行比较，得出热泵站供热可节省燃料20%-30%，并提出利用莫斯科河水作水源热泵站区域供热方案。用污水源热泵系统回收城市污水中的热能，既开发了一种清洁能源，同时又降低了城市废热的排放，保护了环境。因此，污水源热泵有着广阔的应用前景。

参考文献:

[1]林爱晖.《浅议污水源热泵技术》《大观周刊》第46期2010年.

[2]侯亚芹.司建伟《污水源热泵的研究进展》《建筑节能》第10期2010年

[3]于浩.张颖.《关于污水源热泵技术的应用探讨》《科技创新导报》第32期2008年

中图分类号:X706

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)02-0003-01

作者简介：王继斌(1962-)男，汉族，辽宁鞍山人，中国环境管理干部学院科研部主任、环境工程专业教授、硕士研究生，研究方向：水污染控制技术专业。