城市污水热能利用方式的探讨.doc

科技创新导报环境科学城市污水热能利用方式的探讨侯亚芹司建伟喻秋丰（重庆市中设市政工程设计有限公司重庆 ）摘 要：我国污水排放量逐年增加，城市污水中含有大量的热能，是一种清洁的能源。本文介绍了城市污水热能利用的方式，探讨了我国发展污水源热泵的优势及其在应用中存在的问题。关键词：城市污水热能污水源热泵中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（）在能源需求日趋紧张的今天， 人们正积极地寻找新的能源替代传统的化石燃料。城市污水中含有大量的热能，是一种洁净的低温能源，是目前开发利用较少的一种可再生能源。近几年，随着热泵技术的不断发展，城市污水这一低温能源的开发利用 日 益 受 到 人 们 的 关 注 。日 本 已 建 有 多 套城市污水水源热泵系统， 以城市污水处理厂二级出水或未经处理的城市污水作为热源或冷源，有效地利用城市污水进行采暖和制冷。污水排放现状随着国民经济的快速发展， 我国城市污水的排放量逐年增加（见图），年，全国污水的排放总量为亿，比年上升了 。 年第一季度中国城市供排水行业报告指出，截至年底，全国设市城市、县 及 部 分 重 点 建 制 镇 建 成 城 镇 污 水处理厂座，总处理能力超过亿 ，正在建设的城镇污水处理项目 个，可新增污水处理能力约万，“十一五”规划中有关城镇污水处理的相关目标已基本实现。 国民经济发展“十一五”规划对城镇污水处理提出了一系列严格要求，要求 新 增 城 市 污 水 处 理 能 力 万 ， 新增化学需氧量（）削减能力万年，城市污水处理率达到以上。（图）城市污水热能利用方式城市污水热能利用是将已经处理后的污水或未经处理的污水中的热量回收后进行有效利用， 分为直接利用和间接利用两种方式。城市污水的热能直接利用方式是指将污水中的热量通过热泵回收后， 直接输送到热供给建筑物，见图；污水的热能间接利用方式是指污水通过热交换器进行热量交换后， 再将污水中的热量通过热泵进行回收输送到热供给建筑物，见图。目 前 技 术 上 比 较 成 熟 、工 程 上 普 遍 采用 的 是 间 接 系 统 。与 间 接 污 水 源 热 泵 系 统相比，直接系统具有更为简单的系统形式和更高的制热效率。在间接系统中，热量的传递路线是：污水、中介水、制冷剂。从热力学的角度分析，中介媒质的存在增加了传热热阻，导致能量在转移过程中其品质有大幅度的下降，因此整个热泵系统的制热效率也随之下降。同时，中介媒质的存在也使污水的可利用温差区间减小， 单位质量污 水 的 供 热 量 也 就 随 之 减 小 。没 有 中 介 水系统的直接污水源热泵系统由于系统形式得到简化，初投资也随之减小，而且调试、调节操作简单，运行管理方便。然而间接系统在实际得到较好的推广，而直接系统发展却非常不充分，原因在于：间接系统污水不直接进机组， 因此对机组的要求不高，只需普通的水环热泵机组即可，而且间接系统所需的污水换热器国内已研制成功并投入生产； 而直接系统污水直接进入热泵机组，需要机组进行特殊的处理，对此人们有很多设想和试验，但还没有投入批量生产中，这是直接系统发展缓慢的原因之一。直接系统形式较简单， 制热系数高于间接系统，运行费用低于间接系统，对此的 研 究 还 只 是 定 性 分 析 。同 时 应 该 注 意 的是，直接系统虽然比间接系统节省了污水换热器的投资费用，但机组采用特殊的处理，同时会增加系统的投资，节约的运行费和增加的投资哪个对系统的总的经济性影响更大，是否会使整个系统“得不偿失”，目前还没有得到定量计算。热泵技术 热泵技术简介热泵是一种从低温热源吸热， 向高温热 源 放 热 的 机 械 动 力 装 置 。它可以 将广泛存在于自然界地表水、地下水、土壤和空气中的低位热能转换成高位热能， 是一种高效的热能转换装置，经济效益、社会效益和环境效益都十分显著。目前工程实践中应用广泛的是电驱动蒸汽压缩式热泵系统， 通常按照冷热源来分类， 主要有空气源热泵和地源热泵， 其中地源热泵又可细分为土壤源热泵和水源热泵。它们利用空气、土壤、地下水中的热能代替传统电空调中的人工冷热源， 冬季代替锅炉从大气、土壤、地下水或者地表水中取热， 向建筑物供暖， 夏季可利用大气、土壤、地 下 水 或 者 地 表 水 作 为 空 调 系 统 的冷源，利用污水的水源热泵是目前的研究热点。 污水源热泵污水源热泵是指从城市污水或工业污水等低品位热源中提取热量， 转换成高品位清洁能源，向用户供冷供热的热泵系统。图 城市生活污水逐年排放情况图 城市污水热能的直接利用方式图 城市污水热能的间接利用方式它主要是由污水换热装置与水源热泵机组组成，其空调特性与常规水源热泵系统相似。（）我国发展污水源热泵的优势。我国城市污水源热泵技术推广应用虽然起步较晚， 但在这几年一些工程实际应用中，也不难看出其良好的发展势头。我国污水源热泵发展有如下的优势 ：城市污水排放量巨大， 污水源十分丰富。年我国城市污水年排放总量达到 亿 ， 城 市 污 水 二 级 处 理 也 将 增 加科技创新导报环境科学科技创新导报 万 ， 为 我国污水源热泵的发展应用提供了必要条件。 具 有 推 广 与 应 用 的 吸 引 力 。污 水 源热泵只提取污水的热量，不改变其化学、物理性质。所以它运用过程不污染环境。与井水源热泵相比，既可省却打井费用，又不需要 抽 水 与 回 灌 所 需 的 动 力 。也避免出现由于回灌不当而引发的地下水资源的破坏问题。因此，污水源热泵在水源热泵中更具有推广与应用的吸引力。 具 有 明 显 的 经 济 效 益 。根 据 日 本 某公司对不同供冷（供热）方式的经济分析结果，污水源热泵系统与传统的制冷加锅炉系统相比，可节约 的运行费用，比空气源热泵系统节约 。优化我国能源结构， 缓解能源缺乏的 问 题 。污 水 被 公 认 为 是 尚 待 开 发 利 用 的清洁能源，属于可再生能源范畴。应用于发展污水源热泵是改变以煤为主的能源消费结构及缓解能源缺乏现状的有效途径。 是 城 市 污 水 资 源 化 的 有 效 途 径 。将城市污水处理与其热量回收利用相结合，是一种面向世纪的理想的城市污水综合利用方法，是城市污水资源化的有效途径。污水源热泵系统将是我国建筑节能中的高效节能技术，将为我国建设小康社会提供部分新的再生能源， 实现能源结构的优化转变。同时， 近年来， 我国电力建设发展迅速，年全国发电总装机容量接近亿千瓦，这为电动热泵的发展和应用创造了必要条件。因此，污水源热泵在我国的应用与推广将会有广阔的前景。（）污水源热泵研究中存在的问题。（上接 页）的。有用和无用本来就是不可分割的存在，没有了“不重要”的环境，那些重要的景观因为失去了得以依存的环境，最终沦落成为一种没有生气的冰冷存在。城市文化是随时间的流逝而留下的那一部分，而不是依靠大肆的建筑，不经深入考虑的粗陋设计产生的速食。依靠快速设计和快速建造是很难创造出城市文化的，文化带有时间积淀的特性。有一句形容海南的绝佳诗句：一颗椰子熟透了掉到海里静静浮在海面上。的确，海南作为中国发展对外旅游的重点省区，它的景观规划一定要体现海南的区域文化特色。由于国家领导人对海南的旅游开发的重视，它的旅游区的景观规划取得了非常大的进展，目前的海南景观规划非常具有热带风情，山水长青、阳光充足、沙滩柔软、椰风海韵。海南的三亚作为海滨城市，几道海汊河汊让这座城市充满了滨海的韵味，椰树、竹子、细榕，在她们的影影绰绰里，表达着这个城市特有的热带和滨海兼而有之的风味。由此我们可以看出，一个城市的区域文化对这个城市而言是多么重要，没有特色的城市是留不住人的，尤其对于旅游城市而言。 城市景观规划是实现城市可持续发展的重要手段之一城市景观是城市的延伸和附属， 它是在我国， 利用污水源热泵系统进行污水热能资源转化研究应用中的主要不足在于。水源出水情况对热泵系统的影响。由于污水的特殊性， 使得热泵工作条件恶劣，由于污水成分复杂，污水流经环热泵中的换热器时，造成换热器表面结垢、阻塞 甚 至 是 腐 蚀 现 象 。这 些 现 象 使 得 换 热 器的传热效率降低、流体的流动阻力增大，降低换热器的使用寿命， 有时甚至换热器无法 工 作 。污 水 中 各 种 有 害 成 分 对 换 热 器 的腐 蚀 也 无 现 成 资 料 可 循 。所 以 针 对 污 水 的特性，保证换热器在污水中具有良好的传热性能，一直是污水源热泵系统设计的难点。缺乏污水源热泵系统合理的运行参数。由于污水在物理、化学特性上有很多不同于常规水源热泵系统所采用的地下水，自来水的地方，虽然近年来国内一些单位相继研制出水源热泵样机，但如何针对这些不同采取相应措施， 使系统在较高能效比条件下长期稳定运行以及对于该系统的运行参数和不同运行工况下的系统能耗，目前国内仍然缺少足够的研究和分析。污水源热泵系统的设计经验比较欠缺。污水源热泵的设计比较复杂，需要考虑和 解 决 的 问 题 很 多 。污 水 源 热 泵 系 统 分 为直接和间接两种方式， 这两种方式各有利弊，这方面缺少设计经验。没有形成系统、科学的研究、评价和应用体系。目前，城市污水热能资源化的研究和应用正在受到国内外的广泛关注，尽管已在发达国家的部分地区及我国的极少自然景观和人工景观的综合体， 同时也是一 种 开 放 的 、动 态 的 、脆 弱 的 复 合 生 态 系统。首先， 在自然景观的意义上， 城市发展所需要的景观是一种耗散系统， 其中的 林 地 、草 地 、水 体 及 农 田 等 生 态 单 元 承担 着 自 然 环 境 与 生 态 服 务 两 大 功 能 。对于保 护 生 物 多 样 性 、调 节 城 市 生 态 环 境 、维持 城 市 景 观 系 统 健 康 运 作 尤 为 重 要 。其次， 城市发展所需要的景观更是人造景观，作为人类改造最彻底的景观，由于具有高度的空间异质性，景观要素间的流动复杂，景观变化迅速，因此需要进行景观 生 态 规 划 、设 计 与 管 理 的 研 究 ， 使 城 市景 观 结 构 合 理 、稳 定 ， 环 境 优 美 ， 达 到 高效 、和 谐 、舒 适 、健 康 的 目 的 。 景 观 规 划中的可持续发展要重点把握好两个方面，第一是可持续， 要做到可持续就必须做到景观规划和城市环境以及自然条件的协调和融合，有机地统一才是可持续发展的王道；第二是要做好发展工作，最重要的是要做到发展的适度和方向的文明性。因 此 可 以 看 出 城 市 景 观 对 于 城 市 的 可持续发展是非常重要，做好城市景观的规划工作不仅可以使城市朝着绿色健康的方向发展，更重要的是也为其他城市的发展提供一个成功的借鉴经验。地区应用了该项技术，但还没有形成系统、科学的研究、评价和应用体系，还存在许多亟待解决的技术问题。结语目前，我国城市污水排放量逐年增加，而其中蕴藏的能源潜力巨大， 是一种不会产生污染的清洁能源。因此，应当引起我们足够的重视，积极采取有效的措施，促进城市污水热能的研究开发和应用， 从而使其成 为 人 类 获 取 能 源 的 一 种 新 型 手 段 。污水源热泵具有热量输出稳定、 值高、换热效果好、机组结构紧凑等优点，是实现污水资源化的有效途径，也是一种理想的城市污水综合利用方法。参考文献 李宁，李亚峰金亚斌城市污水中热能的回收辽宁化工，（）： 王宏哲城市污水中热能回收与利用的探讨环境保护，： 张力隽，污水源热泵直接系统技术及其与 间 接 系 统 的 比 较 哈尔滨工业大学， 宋建华，张建国，陈永昌污水源热泵系统及其应用 中国建设信息供热制冷，（）： 周双重庆市城市生活污水热能利用的研究重庆大学，结语景观规划在城市发展中起着非常重要的作用，我们城市景观规划的时候要把握规律，考虑周全，为城市的发展做出新的贡献。参考文献 宋才发澳门的历史名胜及文化景观探讨湖北民族学院学报（哲学社会科学版），（）： 李团胜， 石铁予 论 城 市 景 观 生 态 规 划生态学杂志，（）： 赵锋谈城市景观规划生态学杂志，（）： 汤恒亮可持续发展目标下的城市景观规划东南大学学报（哲学社会科学版）