污水废热利用

1、污水源热泵的应用研究摘要：本文在介绍污水源热泵的工作原理和系统的基本形式的基础 上；分析了城市污水的热能热性、工程应用实例，指出污水源热泵相 对于其它热源的优越性和在实际应用时需注意的事项；最后提出推广 应用污水源热泵的建议和需要解决的问题。关键词：污水源热泵，城市污水，热源0引言随着我国人民生活水平的不断提高，空调和热水供应方面所消耗 的能源显著增加，而这种能耗对温度的要求通常是在中低温区，对这 部分能源的消费大多是通过燃烧煤、石油、天然气等获得高位能源来 实现的，这不但浪费了大量的能源而且严重污染了环境。在能源和环 境备受世界关注的今天，城市污水热能作为一种新的可再生能源比以 往任何时候更

2、加受到重视，因为它能够满足这部分中低温的能源需 求，如果能被充分的利用，则可节省大量的高品位能源，减少城市废 气废热的排放，达到节能环保的效果，同时也是实现污水资源化的有 效途径。污水源热泵就是污水热能利用的一种形式。它是以城市污水作为 热源/热汇，通过消耗少量电能，在冬季把贮存于污水中的热能“提取” 出来为建筑物供热；在夏季则把建筑物室内的热能提取”出来，释放 到污水中，从而降低室温，达到制冷效果的一种装置1。日本及欧洲的一些发达国家早在20世纪80年代就开始了污水热 能回收和利用的研究工作，很多大型的污水源热泵已投入运行，目前 已经拥有了一套较完善的技术和经验。而我国直到上世纪90年代末才

3、 开展这方面的研究，目前在全国一些大型城市也有一些工程应用实 例。1污水源热泵系统简介1.1污水源热泵的工作原理污水源热泵是水源热泵的一种。只是供热、制冷侧的水取自原生 污水或污水处理厂出来的中水。其工作原理（制热模式）如图1所示， 制冷时正好反向。m需融I节毓阀图1热泵（制热模式）工作原理1.2污水源热泵系统分类污水源热泵系统按照热泵机组机房的布置情况可分为集中式、半 集中式和分散式的污水源热泵系统；按照其使用的污水的处理状态可 分为以未处理过的污水作为热源/热汇的污水源热泵系统、以中水作 为热源/热汇的污水源热泵系统。按照污水和热泵中的热交换器是否 直接进行热交换，可分为直接利用系统和间接

4、利用系统。污水源热泵 直接利用系统是污水直接与热泵的热交换部分进行热交换，该系统多 以中水作为热源，如图2所示；而间接利用系统是指污水换热器将污 水的热能传递给清水，清水再和热泵进行热交换，该系统一般以未处 理的污水作为热源，如图3所示。直接利用方式的热能提取效率高， 一般直接利用方式的节能率比间接利用方式高7%左右2。itO 嫁图2污水源热泵直接利用系统肿& i图3污水源热泵间接利用系统2城市污水的热能特性城市污水主要由生活污水和工业废水组成，其热能特性如下：水量大且稳定。我国城市污水水量巨大，有关数据显示,2010 年我国污水量约为730 xl08t左右。冬暖夏凉，水温变化幅度小。与环境温

5、度相比，城市污水温 度在冬季较高，夏季则较低。并且水温变化幅度小，污水水温在冬季 通常为1317C 在夏季为2225CM受气候影响小，热能利用区域广阔。污水是一种稳定的冷热 源，其热能的利用受气候的影响很小，不管是阴天、晴天，还是冬季、 夏季，污水源热泵系统都能正常工作。由于原生污水也可利用，因此 城市污水的利用就不会局限在城市污水处理厂，可以在任何城市和地 区建立污水热能回收与利用系统，扩大了使用范围。贮存的热能大。城市污水中的热能在城市可利用废热中是最 多的，而且在能量消费密度越高的城市，其蕴藏的热能也越大。尹军 等人对我国47个城市污水中所赋存的热(冷)量进行了计算(按1996年 有关数

6、据)，其中城市污水中所赋存热量最大值为92.82GJ/d,所赋存 的冷量最大值为140.28GJ/d4，可见开发利用前景广阔。污水热能适合于低温利用。虽然污水中蕴藏的热能很大，但 从有效利用的角度看，不适于用做动力，仅适于在50。左右及以下的 低温区进行利用，正好与空调(供暖、供冷)和热水供应的需求相匹配。3污水源热泵的应用优势虽然污水源热泵在我国还处于试验和探索阶段，但已经显示出它 的优越性，主要表现为：环保效益显著。污水源热泵属于低品位能源的循环利用，没 有燃烧过程，不存在固体废弃物、有害气体和烟尘的排放等污染。供 冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔的水耗、噪音及霉菌污染。与地下 水源相比，可

7、以避免大量开采、回灌对地下水和地质状况造成的不良 影响，起到保护水资源的作用。高效节能。城市污水相对稳定的流量和适宜的温度，使得污 水源热泵机组能够高效稳定地运行且运行费用仅为普通中央空调的 50%60%。污水源热泵系统的制冷、制热系数可达3.54.4,比传 统的空气源热泵要高出40%左右；与用电锅炉相比，节省2/3以上的 电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能源。一机多用，节省初投资。一套设备既可供冷，还可供热和提 供生活热水。对空调系统来说，由于提供两种热源，可节省一次性投 资，其总投资额仅为传统空调系统的7080%6。与地下水源热泵相 比，不但节省了抽水井和回灌井的基建投资，还能够节省抽水和

8、回灌 的运行费用；相比土壤源热泵节省了土地和投资费用。4污水源热泵在应用时需注意的问题污水源热泵确实有其优越性，但由于污水水质及分布的“特殊 性”，在应用于实际工程时应注意并有效解决以下问题：污水清洁技术的选择。污水水质较差，杂质含量较高，容易 出现阻塞、腐蚀、结垢等问题，因此从污水中经济回收能量的关键就 是选择合适的污水处理技术，保障热泵系统的进水水质。优化设计污水换热器。污水水温冬季相对较低，为提高机组 蒸发器进水温度，应尽可能减小换热温差。板式换热器的换热温差最 小(传热系数3500W/m2。，但对水质的要求较高；盘管浸没式对水质 要求较低，但换热温差最大(传热系数250W/m2Q。因此

9、，较多采用 壳管式换热器或螺旋板式换热器(换热温差23C传热系数为1600W /m207。(3)系统形式的选取。污水源热泵的布置受污水管网、污水温度 和污水量分布的影响，在用于区域供热供冷时，是在靠近污水干管的 地方取用未经处理的污水还是使用污水处理厂的二级出水或中水，是 采用集中式、半集中式还是分散式的系统，这都要进行总体规划布局， 并在项目建设时核算负荷，进行技术经济比较分析，选用最佳系统形 式。供水温度与末端设备的匹配。不同的末端设备所需的供水温 度是不同的，一般的热泵系统冬季时提供的水温为4550C 只能满 足风机盘管和地板采暖的用户；而散热器一般要求进水温度为70笆以 上，热泵的出水

10、温度不能满足该类用户的需求。因此，用户为散热器 采暖时需在污水源热泵的后面再加一级高温热泵，在冬季时，将污水 源热泵的出水温度从4550C提升到70笆以上。(5)污水的水源水温和保证性8。污水水温与城市所处的位置、城 市的生活水平、城市污水的水量和构成(工业污水与生活污水的比例) 及季节等诸多因素都有关，污水源热泵要求冬季进口水温最好不低于 10C所以应对城市污水的水量和水温的全年变化情况进行详细的调 查和分析。当污水源热泵用于大面积区域供热供冷时，还应考虑是否 需要设置蓄热池，冬季是否需要备用锅炉。5结论及建议污水源热泵具有节约能源、创新环保、污水循环再利用、经济适 用等特点，是节能减排技术

11、之一，随着人们生活水平的不断提高和环 保意识的逐渐增强污水源热泵将会得到广泛应用。城市污水冬暖夏凉、水量稳定、水温适宜，是水源热泵的理 想热源。冬季运行可以减轻燃煤、石油等供暖引起的环境问题，改变 大城市以燃煤为主的能源消费结构，夏季运行则可缓解电力空调负荷 的紧张，具有长远的战略意义。污水的水质、水温及污水换热器是影响污水源热泵机组运行 的主要因素，因此，研制和开发节能高效和耐腐蚀的换热设备，解决 好污水换热器表面结垢、阻塞、腐蚀等问题是污水源热泵系统设计的 关键。城市污水源热泵供暖(制冷)规划应纳入城市热源总体规划中。 为保证城市供热系统安全稳定运行，污水源热泵应成为城市集中供热 的补充。

12、应积极推进污水源热泵供热与热电厂、燃煤锅炉、地源热泵 等其它供热方式的有效结合，推进多热源联合供热。在城市供热规划中，当污水源热泵与地下水源热泵交叉时， 应优先使用污水源热泵供热方式。在具体实施污水源热泵供热工程 时，应充分考虑污水的水温、水量等因素的影响，对这两个因素进行 详细监测并核算其供热负荷。污水源低位热能利用是合乎循环经济理念的新型供暖方式，目前制约其发展的另一个关键因素是认识问题和管理体制问题。政府 应该制订更加细化、可操作性强的污水源热泵推广的政策和措施，建 立示范工程，推动该项技术的应用与发展。参考文献：1白莉，尹军，杨金刚，等.以城市污水为热(冷)源的供热与空调实验研究J. 建筑科学,2007(10): 78-82 李亚峰，陈平.利用热泵技术回收城市污水中的热能J.可再生能源，2002(6): 23-24戴通涌，刘安田，张素云，等.重庆市污水源热泵应用前景分析J.制冷与空 调，2007(1): 59-6