城市低温废热污染的危害和热泵技术的利用

李冬梅

摘要：城市污水和废水中的冷余热对大气、水体、土壤、动植物群具有严重的后果和危害。热泵技术不仅可以减少对环境的危害，还可以降低高水平的能源消耗并提高能源效率。

关键词：余热污染;低温余热;热平衡;污水源热泵

引言

目前，供热设备利用效率低，大量能源以余热形式消耗，造成余热污染。通过利用这些热量来调节建筑物的温度，转换的能源量非常大，尤其是水源热泵技术的成熟和发展，对于污水余热回收利用系统的推广和应用是可靠的。实际上提供了可以完成的技术。因此，城市污水热能的有效回收利用将是未来城市利用新能源的主要途径。

1低温余热的种类及危害

1.1空气余热污染

由于工业（钢铁、化工、火力发电、垃圾焚烧等）制造过程中产生的余热、废气、烟气，温度在50℃以下，但热量很大。此外，城市人口密集、产业集中形成。城市热岛效应明显高于周边地区，部分地区大气热量明显增加，影响大气环流过程。极端天气事件（大雨、酸雨、飓风、酷暑、暖冬等）经常污染工业区和城镇居民的生活环境，导致病原微生物滋生。并危及居民的健康。这就是空气垃圾的热污染。

1.2水余热污染

随着城市化进程的推进，城市工业废水、生活废水等城市废水量显著增加，这些废水产生大量余热，经常排放到邻近的江河湖泊中。废水的形态，产生自然水的热负荷温度升高，引起水体物理、化学、生物变化，对生态环境和人类生产生活活动产生不利影响，造成废水污染。

2城市污水热力特性

2.1冬暖夏凉

城市污水最显著的特点是冬暖夏凉，特别是随着人们生活水平的不断提高，这一特点将更加明显。与河流水温和水温相比，城市下水道冬季排入下水道的温度在冬季最高，排入下水道的下水道温度在10℃左右，夏季最低，夏季约为.22°C。这种差异是由于城市的污水吸收了城市释放的大量热量造成的，在某些地区这种差异可能更为明显。

2.2全年水温小幅波动

城市下水道的温度变化相对于河流的水温和气温变化较小，1-8月水温差较小，约12℃，可得到相对稳定的水温状态。它可以作为稳定的热源使用多年。

2.3受气候影响较小

与夜间天气、阴雨天气以及受雨水影响的风能和太阳能利用不同，污水的热能相对稳定。

2.4利用热能的污水处理面积比较大

目前，热泵技术已经从利用热能对城市污水进行二级处理，发展到可以直接利用城市一次污水，城市污水管网状况和用户需求以及适用区域。

2.5更高的热能储存

在一些大中城市，城市污水占总量的39%，城市越大，热量需求指数越高，污水热量利用率越高。

2.6城市下水道的热能适合供暖和制冷

城市污水是比较稳定的恒温源，水温比较稳定，水量也比较稳定。考虑到热容量和热效率等热输出，城市污水是一种很好的低水平清洁冷热泵系统的地热源。但从有效使用的角度来看，它不适用于电力，只适合在50℃左右的低温区域运行，在该区域应用潜力很大。城市发展增加了供暖和制冷的能源消耗，其中大部分来自高级能源产生的数百甚至数千度的高温。由于能源利用率不超过40%，損失了大量能源。使用热泵技术来满足城市污水中的这种热能需求，无疑将节省大量能源，最大限度地提高能源的整体利用率。

3污水源热泵系统

3.1污水源热泵主要技术原理

技术原理是将下水道的热量和冷量传递给建筑物的热泵的运行机制。可分为两个能量传递过程：第一过程：机组介质在蒸发器中需要吸热蒸发。介质蒸发温度为3℃。此时10℃的中间水通过。当热量通过蒸发器与介质交换并向介质释放热量时，介质吸收热量并蒸发。第二过程：机组的高温高压介质进入冷凝器，冷凝放热，与系统中的水进行热交换，输出蒸发器吸收的热量与输入的热量之和的过程。实现了。电能给采暖系统的水采暖系统的水向房间释放热量，达到取暖的目的。在整个过程中，单元的能量I/O比可以达到4.5。也就是说，如果电机输入的电能为1kcal，则终端系统获得的能量为4.5kcal。整个过程消耗少量电能，大量利用污水能源，节约能源冷冻过程与加热过程相反。

3.2污水源热泵技术应用前景

如今，家用污水热泵技术正在进行深入的理论研究和多项工程技术，日趋完善和成熟，对节能、水循环利用和环境保护具有广泛而严重的影响。这种技术是等效的。与传统的冬季锅炉相比。供暖与网络供暖和夏季中央空调系统相比，可节省约30%的初始投资和运营成本。根据目前的市场情况，转换投资的回收期约为6-7年。热泵设备不需要燃料运输成本、储存成本、排渣运输成本等，只需两部分移动，磨损低，通常不需要维护。降低了管理和劳动强度，降低了运营成本。

4热泵技术的发展趋势

现有的发展趋势是我国的热泵的使用会越来越多使用的范围也是越来越大，在我国的使用用户中进行燃煤采暖的用户达到了6000万，在我国的北方地区进行取暖的面积达到了相应的210亿平方米需要进行相应的新的能源的使用，使用的能源还是相应的煤炭能源，我国的燃煤的消耗是每年可以达到了相应的2亿吨需要进行相应的清洁取暖的设备的使用代替了原有的燃煤，提升了我国的整体的环境和进行不断地提升，到2021年我国的北方地区的清洁效率可以达到了70，需要进行相应的区域的控制和进行建筑物的提升，随着人们的生活水平的不断地提升需要进行相应的长江流域的集中供暖和进行能源的大量的节约和进行大范围的快速的供暖和进行相应的能源消耗的控制和整个环境的污染的整体的压力和进行相应的热泵的采暖技术的不断的使用在未来的领域也是广泛地使用在我国可以进行很多的贡献。

结论

随着全社会节能环保意识的提高，污水源热泵的应用领域不断扩大。除了用于城市公用事业（供暖和制冷、生产家用热水）外，还用于食品、生物化学、制药、种植和养殖、农副产品的加工和储存等领域。社会还充分利用各种可再生冷或余热源，完善和推广自己的污水源热泵技术，为建立节约型社会提供了科学多样的发展空间。

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