實用技術(shù)RENEWABLE ENERGY No.5 2006 (129 Issue in All)污水源熱泵技術(shù)及其應用李洪，曲云霞(山東建筑大學熱能工程學院，山東濟南250101)摘要:介紹了污水源熱泵的特點。通過對空氣源熱泵地源熱泵和污水源熱泵等不同采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟性和環(huán)保效果分析顯示,污水源熱泵系統(tǒng)的初投資為地源熱泵的70%左右。綜合考慮初投資和運行費用等因素,污水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟效果和環(huán)保效果最為顯著。關鍵詞:污水源熱泵;節(jié)能;環(huán)保中圖分類號: TE08文 獻標志碼: B文 章編號: 1671-5292(2006)05- -0090- -03Technology and application on sewage- -source heat pumpsLI Hong, QU Yun-xia(Shandong University of Architecture and Engineering, Jinan 250101, China)Abstract: The paper introduces the features of sewage -source heat pumps and sewage dischargeamount in china. There are a few examples about the sewage -source heat pump with the building'sheating in Shandong University of Architecture and Engineering as example, the author analyzes thesystem economics with different types of heating, such as air-source heat pumps, ground-source heatpumps and sewage-source heat pumps and so on. The results show that advantages of sewage -sourceheat pump systems are remarkable in energy- -saving, economic and environment protection.Key words: sewage- source heat pump; economics; environment protection0引言我國的污水源熱泵應用目前還剛剛起步。北城市污水中所賦存的熱能是一種可回收和利京高碑店污水處理廠、北京北小河污水處理廠、河用的清潔能源,棄之為廢,用之為寶。因此,在對城北秦皇島污水處理廠和哈爾濱馬家溝截流渠污水市污水進行處理的同時利用其中的熱能，是城市項目等分別在這方面進行了有益的嘗試，且運行污水資源化利用的有效途徑"。效果良好。但目前應用的供熱供冷面積較小,與污.污水處理廠的出水量大,水質(zhì)穩(wěn)定，常年溫度水中含有的巨大能量相比不成比例，污水源熱能在13~25C,污水源熱泵是以污水作為熱源進行利用是大有潛力的2。制冷、制熱循環(huán)的一種空調(diào)裝置。污水源熱泵具有本文以山東建筑大學某教學樓為例，分別采熱量輸出穩(wěn)定,COP值高,換熱效果好,機組結(jié)構(gòu)用空氣源熱泵、地源熱泵和污水源熱泵3種不同緊湊等優(yōu)點。的供暖方式，充分驗證污水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性.1污水源熱泵技術(shù)的應用和環(huán)保特性。對于城市污水中低位能源的開發(fā)利用,前蘇聯(lián)方案-采用污水水源熱泵系統(tǒng)。本方案可以和北歐等區(qū)域供熱較發(fā)達的國家對此方面的研究比充分利用學校的中水系統(tǒng)，利用中水管線將水輸較活躍。由于能源危機及環(huán)境問題的日益突出,美送到中國煤化工統(tǒng)進行供熱。該系統(tǒng)國、日本德國等發(fā)達國家都紛紛投入大量的財力和工程MYHCNMHGF性能較好,操作簡人力進行此項研究,并取得了-定的發(fā)展。單，無須設專人管理。但是該技術(shù)目前在我國還未收稿日期: 2005-11-14作者簡介:李洪(1980-),女,山東 泰安人,碩士研究生,研究方向為污水源熱泵模型與仿真。E-mail :lihongnv@sdai.edu.cn0可再生能源2006.5(總 第129期)實用技術(shù)成熟。在冬季循環(huán)中，換熱器1作為冷凝器,工方案二采用燃氣/空氣源熱泵系統(tǒng)。本方案系作系統(tǒng)中的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮機壓縮后,變成高統(tǒng)簡單,初投資較低,其主要缺點是在夏季高溫和溫高壓的熱蒸氣,流經(jīng)換熱器1與循環(huán)水進行冬季寒冷天氣時，熱泵的效率大大降低。系統(tǒng)制熱熱交換,放出熱量為用戶提供熱水供熱;同時,量隨室外空氣溫度降低而減少，這與建筑熱負荷熱蒸氣冷凝成為液態(tài)工質(zhì),經(jīng)膨脹閥的降壓節(jié)需求趨勢正好相反。此外,在供熱工況下空氣源熱流轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)工質(zhì),經(jīng)換熱器2與泵的蒸發(fā)器上會結(jié)霜,需要定期除霜。中水進行熱交換;工質(zhì)吸收污水中的熱量后溫方案三采用地源熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)大大提高度升高,蒸發(fā)為低溫低壓的氣態(tài)工質(zhì),被吸入了-次能源的利用率,具有高效節(jié)能的優(yōu)點[3]。迄壓縮機進行壓縮。至此,工質(zhì)進行下一個工作今為止，制約該系統(tǒng)在我國應用的主要障礙是地,循環(huán)。通過這樣的循環(huán)過程,工作系統(tǒng)可以將下埋管的初投資較高,政府、建筑設計人員和公眾污水中的低位熱能轉(zhuǎn)化為可以直接利用的高對這-技術(shù)還缺乏了解。品位熱能。該工程空調(diào)面積約1000m,在各方案的比在夏季循環(huán)中，利用四通閥和單向閥的換較過程中，取濟南市的暑期為90d,供熱期為向作用，循環(huán)工質(zhì)在工作系統(tǒng)中的流向恰好與120 d。冬季相反，故換熱器2作為冷凝器,換熱器1作1.1各方案的耗能情況為蒸發(fā)器。工質(zhì)經(jīng)過類似冬季的循環(huán)過程后,吸耗能是指系統(tǒng)為設計負荷提供能量時所消耗收室內(nèi)的熱量,然后釋放到污水中,從而達到制的外界能量(如電能、天然氣等)。該工程中，各方冷的目的。案的耗能情況以平均單位負荷耗能量為計量單方案二采用上海某廠家生產(chǎn)的SA-30CDH位,計算公式為型雙機風冷熱泵機組,其制冷性能系數(shù)為2.56, 供熱性能系數(shù)為2.96。q=(Q+Q)/W方案三采用豎井埋管和水/水熱泵機組系統(tǒng),式中:q-.單位負荷耗能量,kJ/kW;埋管總長為1 600 m。Q-夏季制冷耗能量,kJ;各方案耗能情況統(tǒng)計如下表1所示。冬季供熱耗能量,kJ;表1 3種方案的耗能情況表W__年 累積工作負荷量,kW。方案類別方案一中，與污水直接接觸的換熱器采用沉能源種類污水源熱燃氣和空地源熱浸式換熱器，另-換熱器則采用常用的殼管式換泵系統(tǒng)氣源熱泵熱器,其工作原理如圖1所示。年耗能量/1x10* kJ368.47360.10419.85熱泵機組312.83328.65284.38循環(huán)水泵55.6431.45豎井水泵79.83=M下=天然氣耗量/m2.h-'0.141換熱器|1.2各種系統(tǒng)主要設備的初投資初投資是指技術(shù)方案中各部分設備的初.T四通閔投資之和,主要包括:土建費、設備購置費、安裝費及其它費用等。以單位負荷能力的投資量計算中國煤化工換熱器2CNMHG-wWI-三麗式中:k一單位負荷設備投資量,元/kW;美華鋪環(huán)K一設備投資費用 ,元;圖1污水源熱泵系統(tǒng)原理圖N__系 統(tǒng)工作負荷能力,kW。)1實用技術(shù)RENEWABLE ENERGY No.5 2006 (129 Issue in All)樹立新能源安全觀確保合理能源價格國家主席胡錦濤在俄羅斯圣彼得堡舉行的八國全,我們應該樹立和落實互利合作、多元發(fā)展、協(xié)同集團同發(fā)展中國家領導人對話會議上，就全球能源保障的新能源安全觀。一是要加強能源開發(fā)利用的安全問題著重作了闡述。互利合作。確保穩(wěn)定的可持續(xù)的國際能源供應及合.胡錦濤強調(diào),全球能源安全關系各國的經(jīng)濟命理的國際能源價格。二是要形成先進能源技術(shù)的研脈和民生大計,對維護世界和平穩(wěn)定. 促進各國共發(fā)推廣體系。探討建立清潔、安全、經(jīng)濟、可靠的世同發(fā)展至關重要。每個國家都有充分利用能源資源界未來能源供應體系。三是要維護能源安全穩(wěn)定的促進自身發(fā)展的權(quán)利,絕大多數(shù)國家都不可能離開良好政治環(huán)境。共同維護產(chǎn)油地區(qū)的穩(wěn)定,確保國國際合作而獲得能源安全保障。為保障全球能源安際能源通道安全。(摘自人民網(wǎng))各系統(tǒng)主要設備初投資量見表2。減少CO2的排放量13%,減少NO,排放量13%。表23 種方案的初投資比較2結(jié)論初投資費用/元.kW-1①驅(qū)動能源的消耗方面，燃氣和空氣源熱泵設備名稱污水源熱燃氣和空地源熱系統(tǒng)耗能最少，污水源熱泵系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)泵系統(tǒng)氣源熱泵泵系統(tǒng)則較高,但考慮其綜合經(jīng)濟效益,當功率低于250豎井費用47.78kW時,電動熱泵比燃氣熱泵的效益好。熱泵系統(tǒng)913.33399.34432.62豎井及土壤熱交換器1 028.57②假定電力增容費、燃氣增容費不計算在換熱器256.82109.20118.30系統(tǒng)初投資內(nèi)，污水源熱泵的初投資為循環(huán)水泵13.661 183.81元/kW,燃氣和空氣源熱泵的最少,僅電力增容費259.36為522.2元/kW,而地源熱泵系統(tǒng)的最多，達到天然氣增容費1 349.991 640.93元/kW。由此可見，地源熱泵系統(tǒng)的初合計不計增容費1 183.81522.201 640.93投資是燃氣和空氣源熱泵系統(tǒng)的3倍多,而污計入增容費1 443.171 872.191 900.29水源熱泵系統(tǒng)的初投資僅為地源熱泵系統(tǒng)的1.3運行費用比較根據(jù)日本某公司對不同供冷(供熱)方式的經(jīng)70%左右。③如果將兩項增容費計入初投資,污水源熱濟分析結(jié)果，污水源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)的制冷加鍋泵系統(tǒng)為1443.17元/kW,是3種方案中最低的,爐系統(tǒng)相比,可節(jié)約40%的運行費用,比空氣源僅為另外兩種方案的76%左右。熱泵系統(tǒng)節(jié)約30%1。本文綜合考慮初投資、運行費用等因素,可以根據(jù)北京高碑店污水處理廠的污水源熱泵系看出,污水源熱泵系統(tǒng)方案的經(jīng)濟效果環(huán)保特性統(tǒng)試驗工程測得的數(shù)據(jù)，與燃氣和空氣源熱泵系最為顯著,其次是地源熱泵系統(tǒng)方案，而燃氣和空統(tǒng)、地下水水源熱泵系統(tǒng)相比,污水源熱泵系統(tǒng)的氣源系統(tǒng)方案的總費用最高。運行費用最少,在投資有效期(取20 a)內(nèi),污水源熱泵系統(tǒng)的總運行費用大約是地下水水源熱泵.參考文獻:系統(tǒng)的70%左右,是燃氣和空氣源熱泵系統(tǒng)運行[1]馮彥剛.城市污水資源化的研究[D].北京:北京工業(yè)大學,2001.費用的45%左右。據(jù)有關資料顯示，污水源熱泵系統(tǒng)與地源熱.2]周文忠,李建興,涂光備.污水源熱泵系統(tǒng)和污水冷熱能利用前景分析[].暖通空調(diào),2004.34(8):25- -29.泵系統(tǒng)的運行費用都僅為普通中央空調(diào)系統(tǒng)的[3]徐偉地源熱泵工程技術(shù)指南M].北京:中國建筑工業(yè)50%~60%H。中國煤化工1.4排入環(huán)境的CO2和NO,量據(jù)文獻[5]介紹,與傳統(tǒng)空調(diào)方式相比,污水源4]京:機械工業(yè)出版社,2004.fYHCNMHG利用與建筑節(jié)能[M].北熱泵集中空調(diào)系統(tǒng)，可減少CO2的排放量40%~5]蔣能照.空調(diào)用熱泵技術(shù)及應用[M].北京:機械工業(yè)出51%,減少NO、排放量36%~49%;分散空調(diào)系統(tǒng)可版社，1997.)2