污水源熱泵的推廣及應(yīng)用鄭雙彩諸城市建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司山東諸城262200【摘要】本文主要介紹污水源熱泵的推廣及應(yīng)用。主要從污水源熱泵的系統(tǒng)分類、工作原理及應(yīng)用展開討論。污水源熱泵的推廣具有非常重要的意義。因此特在此作簡(jiǎn)單闡述。關(guān)鍵詞:污水源熱泵,城市污水,熱源引言:水源熱泵就是污水熱能利用的一種形式。它是以城市污水作為熱源/熱匯,通過(guò)消耗少量電能,在冬季把貯存于污水中的熱能“提取”出來(lái)為建筑物供熱;在夏季則把建筑物室內(nèi)的熱能“提取”出來(lái),釋放到污水中,從而降低室溫,達(dá)到制冷效果的一種裝置。隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高,空調(diào)和熱水供應(yīng)方面所消耗的能源顯著增加,而這種能耗對(duì)溫度的要求通常是在中低溫區(qū),對(duì)這部分能源的消費(fèi)大多是通過(guò)燃燒煤、石油、天然氣等獲得高位能源來(lái)實(shí)現(xiàn)的這不但浪費(fèi)了大量的能源而且嚴(yán)重污染了環(huán)境。在能源和環(huán)境備受世界關(guān)注的今天,城市污水熱能作為一種新的可再生能源比以往任何時(shí)候更加受到重視,因?yàn)樗軌驖M足這部分中低溫的能源需求,如果能被充分的利用,則可節(jié)省大量的高品位能源,減少城市廢氣廢熱的排放,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果,同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)污水資源化的有效途徑。污水源熱泵系統(tǒng)分類污水源熱泵系統(tǒng)按照熱泵機(jī)組機(jī)房的布置情況可分為集中式、半集中式和分散式的污水源熱泵系統(tǒng);按照其使用的污水的處理狀態(tài)可分為以未處理過(guò)的污水作為熱源/熱匯的污水源熱泵系統(tǒng)、以中水作為熱源/熱匯的污水源熱泵系統(tǒng)。按照污水和熱泵中的熱交換器是否直接進(jìn)行熱交換,可分為直接利用系統(tǒng)和間接利用系統(tǒng)。污水源熱泵直接利用系統(tǒng)是污水直接與熱泵的熱交換部分進(jìn)行熱交換,該系統(tǒng)多以中水作為熱源,如圖1示;而間接利用系統(tǒng)是指污水換熱器將污水的熱能傳遞給清水,清水再和熱泵進(jìn)行熱交換,該系統(tǒng)一般以未處理的污水作為熱源,如圖2示。直接利用方式的熱能提取效率高,一般直接利用方式的節(jié)能率比間接利用方式高7%左右2。過(guò)濾器熱泵用戶貯水池蓄熱池圖1水源熱泵直接利用系統(tǒng)過(guò)濾器換熱器熱泵用貯水池蓄熱池圖2水源熱泵間接利用系統(tǒng)二、系統(tǒng)工作原理城市污水處理廠二沉池排水溫度隨所在地理緯度不同有所變化,一般冬季為820℃,夏季為2328℃冬季供熱運(yùn)行時(shí),廢水經(jīng)旋轉(zhuǎn)式連續(xù)過(guò)濾除污器(1)凈化后,由污水提升泵(2)加壓流經(jīng)污水源熱泵專用蒸發(fā)器(3),在蒸發(fā)器內(nèi),廢水中的熱焓被進(jìn)入蒸發(fā)器(3)的低溫液態(tài)工質(zhì)汽化吸收。廢水溫度降57℃C后回放至排水口排放,或進(jìn)入中水處理裝置處理后另做它用。在蒸發(fā)器(3)內(nèi)汽化后的低溫工質(zhì)氣體經(jīng)吸氣管進(jìn)入壓縮機(jī)(4),經(jīng)絕熱壓縮后變?yōu)楦邷馗邏汗べ|(zhì)過(guò)熱氣體,并經(jīng)排氣管進(jìn)入污水源熱泵專用冷凝器(5),在冷凝器(5)內(nèi),采暖(空調(diào))系統(tǒng)的回水,吸收高溫高壓工質(zhì)氣體的汽化潛熱溫度升至50~55℃后向用戶供熱,而高溫工質(zhì)氣體則冷凝為液態(tài),經(jīng)節(jié)流后再進(jìn)入蒸發(fā)器(3),重復(fù)上述過(guò)程,不斷地吸收廢水中的熱量。夏季供冷時(shí),系統(tǒng)水路進(jìn)行切換,即空調(diào)系統(tǒng)水進(jìn)蒸發(fā)器(3),降溫后供向用戶,污水進(jìn)入冷凝器,升溫后將熱量帶走排放掉。熱能提取技術(shù)特性與地溫水源熱泵系統(tǒng)所利用的地下水相比,城市污水的水質(zhì)較差,其懸浮物的淤塞及腐蝕遠(yuǎn)大于地下水,所以,回收利用城市污水熱能的系統(tǒng)必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施,否則將無(wú)法正常運(yùn)行(1)必須設(shè)置污水利用的前處理裝置,以解決熱泵蒸發(fā)器、冷凝器的淤塞處。因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)污水處理廠大部分采用“生物化學(xué)法”處理城市污水,其二沉池排放水中存有較多的懸浮物,且具有一定的粘性,特別是在冬季,當(dāng)水溫較低時(shí),廢水中的生物菌活力差,菌膠團(tuán)聚膠能力下降,不易沉淀,極易淤塞蒸發(fā)器通過(guò)采用旋轉(zhuǎn)式連續(xù)過(guò)濾除污器裝置,可除污板有效地去除污水中的懸浮物。該裝置由一個(gè)大的空心軸和圓筒過(guò)濾網(wǎng)組成。污水進(jìn)入過(guò)濾槽內(nèi)經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾多主動(dòng)軸皮帶輪后由空心軸中流出,而附著在網(wǎng)上的懸浮物則由除污刮板刮落于槽下集中排出。滾桐師/定時(shí)排污口(2)熱泵機(jī)組的換熱表面必須采用特殊材質(zhì),以解決腐蝕處。傳統(tǒng)的熱泵機(jī)組換熱器一般采用銅管換熱,其導(dǎo)熱性好,但是,銅管對(duì)污水中的酸、堿、氨等的抗腐蝕能力相對(duì)較弱。試驗(yàn)證明采用銅管合金做污水源熱泵的換熱管是最佳選擇,其使用壽命是銅管的3倍。(3)必須采用特殊結(jié)構(gòu)形式的換熱器,以適應(yīng)污水熱能回收利用的需要。普通水源熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器,一般采用“干式”結(jié)構(gòu),即水源走換熱管處的殼程,其流速為0.2~0.5m/s。由于污水中懸浮物多,在如此低的流速下,懸浮物極易沉積在傳熱管的外表面,而傳熱管在管殼內(nèi)又為叉排布置組成的管束,多達(dá)上百根,間隙又很小,清洗十分困難,根本無(wú)法正常運(yùn)行。在污水源熱泵專用蒸發(fā)器中,污水是走傳熱管內(nèi),其流速為3m/s,因此,懸浮物難以沉積,即便長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行略有沉積的話,也便于清洗,只需采用相應(yīng)規(guī)格的管刷,在傳熱直管內(nèi)做幾次往復(fù)運(yùn)動(dòng)即可水源熱泵專用冷凝器與常規(guī)冷凝器不同之處在于,沒有內(nèi)置油分離器。因?yàn)樵谡舭l(fā)器中,制冷劑走的是殼程,空間大、流速低,混入制冷劑中的油難以通過(guò)制冷劑帶回壓縮機(jī)內(nèi),所以,必須在冷凝器中將油分離出去。此項(xiàng)工藝十分重要,它直接關(guān)系到污水源熱泵機(jī)組能否正常運(yùn)行。三、污水源熱泵的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)雖然污水源熱泵在我國(guó)還處于試驗(yàn)和探索階段,但已經(jīng)顯示出它的優(yōu)越性,主要表現(xiàn)為(1)環(huán)保效益顯著。污水源熱泵屬于低品位能源的循環(huán)利用,沒有燃燒過(guò)程,不存在固體廢棄物、有害氣體和煙塵的排放等污染。供冷時(shí)省去了冷卻塔,避免了冷卻塔的水耗、噪音及霉菌污染。與地下水源相比,可以避免大量開采、回灌對(duì)地下水和地質(zhì)狀況造成的不良影響,起到保護(hù)水資源的作用(2)高效節(jié)能。城市污水相對(duì)穩(wěn)定的流量和適宜的溫度,使得污水源熱泵機(jī)組能夠髙效穩(wěn)定地運(yùn)行且運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50%~60%。污水源熱泵系統(tǒng)的制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5~4.4,比傳統(tǒng)的空氣源熱泵要高出40%左右;與用電鍋爐相比,節(jié)省2/3以上的電能,比燃料鍋爐節(jié)省1/2以上的能源。(3)一機(jī)多用,節(jié)省初投資。一套設(shè)備既可供冷,還可供熱和提供生活熱水。對(duì)空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),由于提供兩種熱源,可節(jié)省一次性投資,其總投資額僅為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的70~80%。與地下水源熱泵相比,不但節(jié)省了抽水井和回灌井的基建投資,還能夠節(jié)省抽水和回灌的運(yùn)行費(fèi)用;相比土壤源熱泵節(jié)省了土地和投資費(fèi)用。四、污水源熱泵在應(yīng)用時(shí)需注意的問(wèn)題污水源熱泵確實(shí)有其優(yōu)越性,但由于污水水質(zhì)及分布的“特殊性”,在應(yīng)用于實(shí)際工程時(shí)應(yīng)注意并有效解決以下問(wèn)題:(1)污水清潔技術(shù)的選擇。污水水質(zhì)較差,雜質(zhì)含量較高,容易出現(xiàn)阻塞、腐蝕、結(jié)垢等問(wèn)題,因此從污水中經(jīng)濟(jì)回收能量的關(guān)鍵就是選擇合適的污水處理技術(shù),保障熱泵系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)。(2)優(yōu)化設(shè)計(jì)污水換熱器。污水水溫冬季相對(duì)較低,為提高機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)水溫度,應(yīng)盡可能減小換熱溫差。板式換熱器的換熱溫差最小(傳熱系數(shù)3500W/m2℃),但對(duì)水質(zhì)的要求較高;盤管浸沒式對(duì)水質(zhì)要求較低,但換熱溫差最大(傳熱系數(shù)250W/m℃)。因此,較多采用殼管式換熱器或螺旋板式換熱器(換熱溫差2~3℃,傳熱系數(shù)為1600W/m℃)m(3)系統(tǒng)形式的選取。污水源熱泵的布置受污水管網(wǎng)、污水溫度和污水量分布的影響,在用于區(qū)域供熱供冷時(shí),是在靠近污水干管的地方取用未經(jīng)處理的污水還是使用污水處理廠的二級(jí)出水或中水,是采用集中式、半集中式還是分散式的系統(tǒng),這都要進(jìn)行總體規(guī)劃布局,并在項(xiàng)目建設(shè)時(shí)核算負(fù)荷,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析,選用最佳系統(tǒng)形式(4)供水溫度與末端設(shè)備的匹配。不同的末端設(shè)備所需的供水溫度是不同的,一般的熱泵系統(tǒng)冬季時(shí)提供的水溫為45~50℃,只能滿足風(fēng)機(jī)盤管和地板采暖的用戶;而散熱器一般要求進(jìn)水溫度為70℃以上,熱泵的出水溫度不能滿足該類用戶的需求。因此,用戶為散熱器采暖時(shí)需在污水源熱泵的后面再加一級(jí)高溫?zé)岜?在冬季時(shí),將污水源熱泵的出水溫度從4550℃提升到70℃C以上(5)污水的水源水溫和保證性。污水水溫與城市所處的位置、城市的生活水平、城市污水的水量和構(gòu)成(工業(yè)污水與生活污水的比例)及季節(jié)等諸多因素都有關(guān),污水源熱泵要求冬季進(jìn)口水溫最好不低于10℃,所以應(yīng)對(duì)城市污水的水量和水溫的全年變化情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)査和分析。當(dāng)污水源熱泵用于大面積區(qū)域供熱供冷時(shí),還應(yīng)考慮是否需要設(shè)置蓄熱池,冬季是否需要備用鍋爐。七,結(jié)束語(yǔ)污水源熱泵的推廣及其應(yīng)用是人類歷史上的偉大創(chuàng)造,在人類的生活中占據(jù)了不可或缺的地位。污水源熱泵具有節(jié)約能源、創(chuàng)新環(huán)保、污水循環(huán)再利用、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn),是節(jié)能減排技術(shù)之一,隨著人們生活水平的不斷提高和環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)污水源熱泵將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[4]尹軍,韋新東.我國(guó)主要城市污水中可利用熱能狀況初探.中國(guó)給水排水[J2001,17(4):27~30[5]錢玉龍.城市污水供熱制冷分析.科學(xué)技術(shù)與工程[J].1998,14(2):53-54[6]李建興,涂光備,周文忠.城市污水熱泵在住宅供熱中的應(yīng)用[J].流體機(jī)械,2004,32(9):65-68[7]田國(guó)強(qiáng).污水源熱泵規(guī)?；眉跋嚓P(guān)技術(shù)問(wèn)題的探討[J].制冷空調(diào),2007,28(5):70-72