议污水源热泵技术与发展前景

史雨洁 吴蕊 杨莉

【摘要】随着社会的不断快速发展，能源短缺问题变得越来越严重，这也使得了人们越来越重视节能方面的工作。对于城市污水来说，直接将其排放到环境中会造成非常严重的污染。而将污水内含有的大量能源通过污水源热泵技术释放出来不仅能够保护生态环境，还能有效的实现相应的节能。本文主要对污水源系统设计要点以及其优势进行了分析，并对其将来的发展前景进行了展望。

【关键词】污水；源热泵技术；发展前景

一、前言

随着时代的发展，越来越多的新能源得到了广泛的应用，这在很大程度上促进了社会的健康稳定发展。现阶段，各种类型的热源冷源热泵系统都被人们熟知，例如：水源热泵系统、地源热泵机组等，并且污水源热泵是一个新兴系统，还具有环保节能的功效，主要将城市污水内的能量通过相应的技术释放出来，从而转化为相应的冷热能，为人们提高相應的制冷制暖效果。与其他热源相比，污水源热泵的技术关键和难点在于防堵塞、防污染、与防腐蚀。

二、污水源系统设计要点

因为污水有很强的腐蚀性能，这样在进行换热器安装之前应该安装自动式过滤器和反洗装置，但是在实际的运行中依然存在悬浮物堵塞交换器的情况，那么就应该定期开展清理工作，确保热泵机组运行的可靠性。由于现在没有比较适合进行污水换热的满液式蒸发器，就需要引入中介水循环，减少换热器存在的污垢，从而就可以减少换热器换热热阻，其中污水、中介水间主要是利用壳管式污水换热器进行换热，这样就能促使污水走管程，中介水走壳程。同时在进行整个污水系统管路设计的时候，应该遵循管路平直、阀门少的原则，通常在进行污水泵设计设计的时候，污水源热泵的取水和管路配置方式应该采用自灌式，并且污水水面要比水泵吸入口高，高出的高度应该控制在0.5～1.0m之间，在自流管的进口和端头位置要分别安装安装闸阀、法兰盲板，这样就可以给检修和清洗工作带来很大方便。其次，在进行潜水泵选择时，应该设置相应的潜水池，并且应该从压水干管接出一根支管，并且将其延伸到集水池底部；在运行时要定期开启，这样就能把浮渣冲起，也能采用水泵冲走。此外，因为污水的黏性，对换热地面造成了严重的污染，这样与清水相比较，污水在换热器内的流动阻力和换热特性有很大不同，所以要想确保传热系数，就要不断提高管内流速对于封头部位的结构要对其进行特殊处理。

三、系统设计流程

1 设计参数

首先应该与当地气候相结合，对全年动态负荷进行分析，随后确定系统热负荷、供冷复核大小，并且对设计参数的供暖、供冷方式进行选择，最后对供热或者供冷负荷进行设计。

2 热泵机组

对于热泵机组的运行参数，特别是供热参数对机组的效率有直接的影响，冬天在进行供暖时，如果水源热泵温度比较低，并且热源侧的进出口水温不发生任何变化，那么热泵的供水温度就会对制热性能系统造成很大的影响。同时如果蒸发器中的侧热源水的进出口温度没有变化，热泵机组的供水和供回水温度之间的差值就会对机组的COP值造成影响。现阶段，绝大多数都是水源泵机组都是采用的半封闭螺杆式。

3 污水换热器参数

因为污水具有腐蚀性，容易结垢等特点，那么在进行换热器选择和使用时，换热器要具有清洁方便，很强的适应性以及工作处理量大等。现在大部分是采用管壳式换热器。换热器工程计算的公式为：

Q=km·A·Δtm

公式中中：Km表示整个传热面的平均传热系数，用单位KW/（m2.K）表达；

A为传热面积，用单位m2表达；△tm表示污水与中介水之间的平均温度差，用单位℃表达。

四、污水源热泵优势

对于燃煤、燃气等锅炉系统，污水源热泵系统与它们相比较，我国每年的污水排放联合在464亿m3，这就可以节约煤量0.33亿吨，如果全国每年的总能源消耗是30亿吨煤，就可以节约1.1%；如果按照暖通空调一次消耗能源10亿吨煤，就可以节约3.3%，并且每年可以减少排放量72万吨左右

此外，污水源热泵系统主要是将污水热能与热泵机组产生的热能连接在一起，并且将他们一起转移到室内，这样能源效率比就可以达到4.5—6.0，能源利用效率就是电采暖的3—4倍。同时与空气源热泵相比较，污水源热泵在夏天时，冷凝温度比较低，冬天蒸发温度比较高，这样就促使能效比和性能系数得到了很大的提升，运行状况比较稳定。其次与传统的中央空调节相比较，运行费用有了很大的降低，在30﹪～40﹪之间。此外，污水热泵技术不需要设置冷却塔，利用的是城市原生污水，既大大节约了水资源，也开放创造出了新的清洁能源。

五、污水源热泵技术的发展前景

板冰蓄能热泵系统可实现蓄冷供热。供冷季利用夜间低谷电制冰并储存起来，在白天用电高峰时段用储存的冰作为冷源，是一种冰蓄冷技术；供热季吸收低品位热源直接向末端供热或蓄热。

污水源热泵技术，主要是以城市污水作为提取和储存能量的冷热源，借助空调机组消耗少量的电能，从而达到制冷制暖效果的一种创新技术。

无论是冰蓄冷技术还是污水源热泵技术均是从单一技术出发，解决的问题也是单一的。将二者集成应用，进行优化设计，实现系统综合节能效果，是未来发展的方向和趋势。

1 板冰蓄冷+污水源热泵系统组成

由污水源系统、板冰系统及切换阀组组成。

2 板冰蓄冷污水源热泵系统工作原理

夏季从污水中提取低品位冷源，通过蓄冰系统变成可利用的高位冷源直接对外供冷或制冷蓄冰。同时可将蓄冰系统机组排出的热源制取卫生热水；

冬季提取存于污水中的低位热能通过蓄冰系统转化变成可利用的高位热能用来直接对外供热或蓄热。同时可获得供暖副产品-片状冰对外销售，一举多得。

3 板冰蓄冷污水源热泵系统优势

板冰蓄冷污水源热泵系统汇聚了移峰填谷、高效节能、环保效果显著、可再生清洁能源开发与利用等众多优势。除此之外，污水源热泵系统还可常年提供生活热水，真正达到了一机多用。

移峰填谷：板冰蓄冷污水源热泵系统不仅达到移峰填谷和减少变电设备的作用，是缓解电力建设和新增用电矛盾的有效解决途径之一，而且是开发利用低品位可再生清洁能源的新模式。

高效节能：冬季污水体温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比高。而夏季水体温度比环境空气温度低，冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率高。供暖制冷所投入的电能在1kW时可得到5KkW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。

环保效果显著：板冰蓄冷污水源热泵系统可以减少烟尘减和煤渣的排放，减少C02、S02、NOx等气体的排放。不但可以缓解一定的温室效应，还可以减轻“酸雨"对环境的破坏。

六、结束语

当今社会，环境污染和能源短缺已成为威胁人类生存的两大危机，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而板冰蓄冷系统与污水源热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统，两者结合具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]宋建华，张建国，陈永昌.污水源热泵系统及其应用[J].中国建设信息供热制冷，2007（07）

[2]高宇. 污水源热泵空调系统的节能与经济性研究 [D].长安大学，2012

[3]王振宇.水源热泵在电厂中的应用研究[J].能源与节能，2011（02）