污水源热泵调原理
污水源热泵系统介绍
污水源热泵系统介绍供热空调的能源消耗占社会总能耗的比例大达30% ,而环境污染的20%也是由供热空调燃煤引起的。
因此，采用热泵技术，开发低位的、可再生的清洁能源用于建筑物的供热空调意义重大，是建筑节能减排的有效途径之一。
这些能源包括：大气、土壤、地下水、地表水、工业余热及城市污水等等。
其中污水在数量（水量）、质量（水温）及分布规律上（地理位置）具有明显优势。
预计2010年我国污水排放量达720亿t/a，水温全年在10-25T之间，按开发50%的水量计算，可供热空调的面积至少在5亿卅以上。
另外，原生污水均匀地分布在城市地下空间，为因地制宜地有效利用及建设分散式的热泵供热空调系统创造了有利条件。
而地表水源在南方水源丰富的地区以及沿海城市更具有广阔的应用前景。
1热泵原理各类低位的清洁能源利用是通过热泵技术实现的。
热泵空调技术是根据逆卡诺循环原理，将低温热源或低位能源（如城市污水、地下水等）中的低品位热能进行回收，转换为高品位热能的一种节能与环保性技术，利用这项技术的逆过程同时还可以达到制冷的目的，是以存在合适的低位能源为必要条件的。
45 °C系统水“ 50 °C2-冷凝器60 C1-压缩机4-蒸发器2C11 C水源水"6 C图1热泵工作原理示意图图1示意了一种水源热泵向建筑物供热的工作原理。
所谓水源热泵，就是指以环境中的水（污水、地表水、地下水等）作为热源。
热泵工质（例如氟利昂）在压缩机 1 的驱动下，在压缩机1、冷凝器2、膨胀装置3、蒸发器4 几个主要部件中循环运动。
工质的热力性质决定了蒸发器中的工质温度可以保持在例如2C （称为蒸发温度）左右，而冷凝器中则为60 C （称为冷凝温度）左右。
这里的水源虽然在冬季可能仅为1「C, 但却可以作为热泵系统的热源，因为当将它引入温度为2C的蒸发器时，它必然要把自身中的热能（称为内能）交给机组，变为例如6C排放出去。
获取了水源热能的工质被压缩机压缩到例如60 C,在冷凝器中加热来自建筑物的系统循环水，由该水将热量带到建筑物的散热设备中。
污水源热泵工作原理及效益分析
污水源热泵工作原理及效益分析1.污水源：污水源热泵通过污水中的热能来供热或制冷。
这些污水可以来自家庭、厂区、城市污水处理厂等。
2.污水净化：首先，为了保护热泵设备，需要对污水进行初步的净化处理，例如去除大颗粒物、悬浮物等。
3.污水调温：经过预处理后，污水经过调温操作，使其温度尽可能接近热泵的最佳工作温度，一般为5-25摄氏度。
4.污水热能回收：经过调温后的污水通过换热器与热泵之间进行热能交换。
热泵利用换热器中的热能进行蒸发，从而获得蒸发的制冷剂。
5.制冷剂冷却：蒸发的制冷剂通过压缩机被压缩成高温高压气体，并通过冷凝器与室内或室外空气进行热交换，使其冷却变为液体。
6.供热或制冷：冷凝后的制冷剂经过膨胀阀进行膨胀，再次变成低温低压气体，并通过换热器与室内或室外空气进行热交换，使热能传递给室内或室外，实现供热或制冷效果。
1.节能环保：污水源热泵利用了污水中的热能，有效地节约了传统能源的消耗量，减少了温室气体的排放，具有良好的节能环保效益。
2.回收资源：污水中的热能在传统的处理过程中往往被浪费掉，而污水源热泵能够回收这部分热能，大大提高了能源利用效率，并能够减少对环境的负面影响。
3.降低运行成本：相比传统的供热或制冷方式，污水源热泵的运行成本较低。
由于污水源的温度相对稳定，热泵工作稳定可靠，减少了维护和运行成本。
4.解决能源短缺问题：随着能源消耗的增加和能源供应的减少，污水源热泵作为一种新型的能源利用方式，为减轻能源压力提供了新的途径。
5.适用范围广泛：污水源热泵适用于各种污水排放场所，无论是家庭、工厂还是城市污水处理厂，都可以利用污水中的热能来进行供热或制冷，具有广阔的应用前景。
总之，污水源热泵作为一种能源利用的新途径，具有较高的节能环保效益和经济效益，对解决能源短缺和环境污染问题具有重要意义。
对于地区热源紧缺或有大量污水排放的地区来说，污水源热泵是一种理想的能源供热或制冷解决方案。
污水源热泵工作原理及效益分析
污水源热本调研报告所谓污水源热泵，主要是以城市污水做为提取和储存能量的冷热源，借助热泵机组系统内部制冷剂的物态循环变化，消耗少量的电能，从而达到制冷制暖效果的一种创新技术。
城市污水源热泵空调技术能实现冬季供暖、夏季空调、全年生活热水供应（很廉价的热水供应方案）、夏季部分免费生活热水供应。
城市污水热泵空调是一项高新技术，具有节能、环保及经济效益，符合经济与社会的可持续性发展战略。
城市污水源热泵机组以污水为冷热源，冬季采集来自污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能（1份），将所取得的能量（大于4份）供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。
1、污水源热泵的工作原理污水源热泵的主要工作原理是借助污水源热泵压缩机系统，消耗少量电能，在冬季把存于水中的低位热能“提取”出来，为用户供热，夏季则把室内的热量“提取”出来，释放到水中，从而降低室温，达到制冷的效果。
其能量流动是利用热泵机组所消耗能量（电能）吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源，而起所消耗能量作用的是使介质压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。
污水源热泵系统由通过水源水管路和冷热水管路的水源系统、热泵系统、末端系统等部分相连接组成。
根据原生污水是否直接进热泵机组蒸发器或者冷凝器可以将该系统分为直接利用和间接利用两种方式。
直接利用方式是指将污水中的热量通过热泵回收后输送到采暖空调建筑物；间接利用方式是指污水先通过热交换器进行热交换后，再把污水中的热量通过热泵进行回收输送到采暖空调建筑物。
2、污水源热泵系统的特点：（1）环保效益显著城市污水源热泵是利用了污水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。
供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。
不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，环境效益显著。
（2）高效节能冬季，污水温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。
污水源热泵工作原理
污水源热泵工作原理
污水源热泵利用污水中的热能，通过循环传热的方式将污水中的热能提取出来，再经过压缩和膨胀等过程进行升温，从而达到供热或供冷的目的。
具体工作原理如下：
1. 污水提取：通过污水管网将污水收集到热泵系统中。
2. 过滤预处理：对污水进行预处理，如过滤、沉淀等，以去除悬浮物和杂质，避免对热泵设备的损坏。
3. 热能提取：将预处理后的污水进入换热器，通过与热交换介质（如工质流体或蒸发冷媒）接触，将污水中的热能传递给热泵系统。
4. 压缩和膨胀：热泵系统中的压缩机将流体压缩，使其温度升高，然后通过膨胀阀放松，使其压力降低，温度下降。
5. 热能释放：高温高压的流体经过冷凝器释放热量，热量通过传热介质（如空气或水）传递给室内供暖或供冷设备。
6. 蒸发循环：冷却的流体经过蒸发器重新吸收热源，通过蒸发过程吸热，然后经过压缩和膨胀等过程，重新进行热能提取和释放的循环。
通过上述循环过程，污水源热泵能够利用污水中的废热能源，
通过传热和压缩循环的方式将其转化为可利用的供热或供冷能源，实现能源的回收利用，提高能源利用效率，同时减少对传统能源的消耗，实现节能减排的效果。
污水源热泵系统与集中供热系统对比
污水源热泵系统与集中供热系统对比原生污水源热泵原理：在高位能的拖动下，将热量从低位热源流向高位热源的技术。
它可以把不直接利用的低品位热能（如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等）转化为可利用的高位能，从而达到节约部分高位能（煤、石油、天然气、电能等）的目的。
在制冷状态下，污水源热泵原理是通过压缩机对冷媒做工，使其进行汽——液转化的循环。
通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至城市原生污水里。
在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃一下的冷风的形式为房间供冷。
在制热状态下，污水源热泵原理是通过压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。
由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内的冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。
在城市原生污水中的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向内供暖。
污水源热泵原理优势特点：1）利用可再生能源，环保效益好污水源热泵原理利用了城市原生污水中丰富的热量资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统。
城市原生污水是一个巨大的能量采集器，巨大的城市废热从市政污水管路中排出，这种储存于城市原生污水中的能源数以清洁的，可再生能源。
2）高效节能，运行费用低污水源热泵原理是采用温度恒定的城市原生污水作为能源，能效比COP在4.5~5.0之间，比空气源热泵高出40%左右，污水源热泵机组运行费用比常规中央空调低30%~40%左右。
3）运行安全稳定，可靠性高无燃烧设备，无爆炸隐患，使用安全。
如使用燃油、燃气锅炉供暖，其燃烧产物对居住环境污染极重，影响人们的生命健康。
污水源热泵机组利用常年温度稳定的城市原生污水，夏季不会向大气中排除废热，加剧城市的“热岛效应”；冬季不受外界气候影响，运行稳定可靠，不存在空气源热泵除霜和供热不足的问题。
污水源热泵制冷工作原理
污水源热泵制冷工作原理
污水源热泵制冷工作原理是通过利用污水中的热能来进行制冷的一种技术。
其工作原理如下：
1. 污水采集：首先，将污水收集到一个集水池中。
这个集水池通常位于需要制冷的建筑物附近，以便方便获取污水。
2. 污水处理：收集到的污水会首先进行初步的处理，例如去除固体杂质和悬浮物等，以保护热交换器和其他设备的正常运行。
3. 分离污水中的热能：接下来，污水中的热能会通过热交换器进行分离。
热交换器内部有一根水管，污水在外部流过，冷凝器循环水流在内部流动。
热交换器通过传递污水中的热能给循环水，使循环水温度升高。
4. 循环水压缩：升温后的循环水通过压缩机进行压缩，使其温度进一步升高。
压缩机提供了流动能量，使循环水的压力和温度都增加。
5. 循环水冷凝：压缩后的循环水通过冷凝器进行冷凝，使其失去热量并转化为高温的冷凝器冷却水。
6. 冷却水回收：冷凝器冷却水会通过循环管道回流到热交换器中，与污水交换热能，再次提供冷却效果。
同时，冷凝器冷却水温度降低，会重新进入循环水压缩过程，保持循环。
7. 制冷作用：冷却效果通过循环水在室内热交换器中与空气交
换来实现。
循环水通过热交换器，将室内的热量吸收，使室内空气温度降低，从而实现制冷效果。
通过循环往复，污水源热泵制冷系统能够不断吸取污水中的热能来提供制冷效果，这种技术既能够有效利用资源，又能够实现环境友好型的制冷方式。
《污水源热泵》课件
Part Three
污水源热泵系统组 成
污水换热器
功能：将污水中的 热量传递给清洁水
结构：由换热管、 壳体、密封件等组 成
工作原理：利用污 水与清洁水之间的 温差进行热交换
应用：广泛应用于 污水处理厂、工业 废水处理等领域
热泵机组
压缩机：将低压气体压缩 成高压气体，提高温度
冷凝器：将高压气体冷却 成液体，释放热量
运行
常见故障及处理方法
压缩机故障：检查压缩机 是否正常工作，如有问题 需及时更换
冷凝器故障：检查冷凝器 是否正常工作，如有问题 需及时清洗或更换
蒸发器故障：检查蒸发器 是否正常工作，如有问题 需及时清洗或更换
控制系统故障：检查控制 系统是否正常工作，如有 问题需及时维修或更换
管道堵塞：检查管道是否 堵塞，如有问题需及时疏 通
工业废水处理： 利用工业废水中 的热量进行热交 换，降低能源消 耗
农业灌溉：利用 农业灌溉水中的 热量进行热交换， 提高灌溉效率
建筑供暖：利用 污水源热泵为建 筑提供供暖，降 低能源消耗和碳 排放
污水源热泵的优势与局限性
优势：节能环保，可利用污水中的热量进行供暖或制冷 优势：运行稳定，不受外界环境影响 局限性：需要定期维护和清洗，以保证设备的正常运行 局限性：对水质要求较高，不适用于含有大量杂质或腐蚀性物质的污水
膨胀阀：控制制冷剂流量， 调节蒸发压力
蒸发器：吸收污水中的热 量，使污水降温
辅助系统
水泵：用于输送污水和热泵系统之 间的循环水
控制系统：用于控制热泵系统的运 行和调节
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换热器：用于将污水中的热量传递 给热泵系统
过滤器：用于过滤污水中的杂质， 保护热泵系统
污水源热泵机组的工作原理
污水源热泵机组的工作原理污水源热泵机组是一种利用污水作为换热介质的热泵系统，它通过提取毗邻地下水域中的热量来为建筑供暖和冷却。
工作原理污水源热泵机组的主要部件包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀。
首先，污水从地下管网进入蒸发器，通过换热器与机组中的低温制冷剂发生热交换，使污水的温度降低，并将低温制冷剂蒸汽化。
然后蒸汽通过压缩机被压缩，同时温度增加。
之后的高温高压制冷剂通过换热器将其余的热量传递给供热系统，为建筑室内的暖气或热水提供热量。
而蒸发器冷凝器有时是构成一个整体的，它可以将其余的热量排出，在夏季中可以将在室内产生的热排出。
最后，高温高压制冷剂通过膨胀阀控制的孔进入蒸发器，从而形成一个完整的热力循环。
污水源热泵机组的优点污水源热泵机组以其高效节能、绿色环保等优点成为了现代建筑中取暖制冷的主要方式。
1.高效节能污水源热泵机组可将低温能量转移为高温能量，从而达到能源利用的高效和节能。
相较于传统的电能和燃气，它可以为建筑节省30-70%左右的能源费用。
2.不受环境影响污水源热泵机组不受外部气候、季节影响，可以全年常温工作。
它能够在各种恶劣环境下按照所需负荷提供温度。
3.绿色环保污水源热泵机组能够减少对环境的污染，因为其采用的是可再生的能源污水。
它能够促进生态社会的建设和发展。
污水源热泵机组的应用场景污水源热泵机组的应用场景十分广泛，它通常可以应用于以下几个方面。
百科与博物馆污水源热泵机组可以为百科与博物馆的恒温、恒湿和恒净提供性能表现的平台。
它可以根据博物馆、文化建筑等需要不同的环境要求，提供合适的环境温度。
冷库和食品加工企业污水源热泵机组可以在冷库、食品加工企业中为所需的制冷和冷水，提供稳定的温度环境。
它更准确、便利和经济用于对生态环境质量要求较高的场合。
商业和制药厂污水源热泵机组能够通过提高节能效率、维护暖通空调系统、设备夜间关机等方式，提高办公企业的白天运行效率。
此外，它还可以为制药厂的制冷和制热提供稳定的环境温度。
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? 直接换热式热泵空调系统为热泵空调机组换热器中的制冷剂
直接同污水进行热交换，提取污水中的热量或冷量；间接换 热式热泵空调系统污水先通过热交换器与某一中间媒介进行 热交换．再通过中间媒介同制冷剂换热。需要明确指出，直 接污水源热泵空调系统中，污水与制冷剂之间不存在混合， 它们之间的传热方式依然是间接传热。
? 首先，污水源热泵技术主要来源为城市污水，污
水具备水处理量大，水源稳定，冬暖夏凉等特点。 调查表明，城市污水中具有较大的热量，冬天污 水温度在 10℃至16℃，高出日常气温。夏天，污 水水温为 22℃至25℃，又比日常气温低。热泵机 组依靠内部制冷剂的物态循环变化，冬季从污水 中吸收热量经热泵机组升温后对建筑供热，夏季 通过热泵机组把建筑物中的热量传递给污水从而 实现供冷的新技术。
? (6)城市污水能源区域分布优越。我国能源资源分布不均．煤炭
等矿产资源有60%分布在华北，水力资源有70％分布在西南， 而经济发达、工业和人口比较集中(约占全国人口总数的37％) 的南方八省市的能源却比较缺乏，煤炭量仅占全国2％，水力资 源仅为10%。而城市污水热能分布于各大中城市市区内，与人 口及城市工业化程度成正比，将城市污水作为一种新能源，在 适当优化能源结构的同时，缓解了能源缺乏及分布的不均匀性 问题。
城市污水是工业废水与生活污水的总和，是城市余热型可再 生性清洁能源，包括城市原生污水与二级出水，是一种理想 的低位冷热源。作为热泵空调冷热源具有如下特点：
? (1)城市污水水量为城市供水量的85％以上，数量巨大，
据《2019年国民经济和社会发展统计公报》显示：我国 2019年全年城市污水排放量达359.52亿立方米，城市污水 处理率达48.4％。
? 与间接换热式污水源热泵空调系统相比，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减小了。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。直接换热 式污水源热泵空调系统一般为工质切换式系统，而问接式污 水源热泵空调系统一般属于水切换式系统。直接系统具有简 单的结构和更高的效率，是未来的主流系统形式。目前国内 外以二级污水作为冷热源的热泵空调系统通常都采用直接换 热式系统。而对于水质较差的城市原生污水大都采用间接利 用式，以减少对热泵空调机组的腐蚀。
? 制热原理图
污水12℃ 污水6℃
空调机组
60℃
50℃ 制热过程
末
散热器
端
系
统
地板采暖
? 制冷原理图
污水25℃ 污水30℃
空调机组
7℃
末
端
系
12℃
统
制冷过程
风机盘管、新风机组等
污水源热泵不同的系统分类方式又 可分为：
? 按污水热能提取方式可分为：直接利用式
和间接利用式。
? 从模式转换方式又可以分为：通过四通换
? 依上述可知，城市污水是理想的暖通空调
冷热源，因此对以城市污水为冷热源的。
2.2 污水源热泵技术的国内外发展现状
? 20 世纪80年代以来， 美国、 日本等国家相继建
立了一批大型城市污水源热泵系统。从开始时单 机容量 仅几兆 瓦已发展 至今 单机容量达 30MW， 单个项目总装机容量达 160MW。以瑞典为例，到 1987年已有约100座热泵站投入运行，总供热能 力达到1200 MW，已成为世界上应用大型污水源 热泵的代表国家之一。大型城市污水源热泵系统 在国外已有十几年的运行历程，已形成一套较完 备的技术和经验。
水
空气
冷
土壤
热
锅炉
源
冷却塔
风机 盘管
空
末
调
散热器
端
机
系
组
统
地板 采暖
二、污水源热泵
? 根据以上空调各个部分的不同组合，可以有多种空调系统的方案，如
以冷却塔（冷源）+锅炉（热源）+空调主机+风机盘管系统，实现夏 季制冷、冬季制热功能；地下水（冷热源）+热泵机组+风机盘管+地 板采暖实现夏季制冷、冬季制热功能等。污水源热泵即以污水作为空 调系统的冷热源，实现制冷、制热的目的。
? 我国目前也已实施多个项目的城市污水源
热泵，如北京高碑店污水处理厂、北小河 污水处理厂、卢沟桥污水处理厂、秦皇岛 海港区污水处理厂利用污水二级出水实施 了几个项目，哈尔滨马家沟、哈尔滨望江 宾馆、哈尔滨太古商城、大庆恒茂商城等 利用原生污水实施了几个项目，均取得了 较好的效果。
2.3污水源热泵的原理
? (2)城市污水水温相对较高且其随季节变化幅度较小，通
常在10℃以内，具有冬暖夏凉的特点，温度全年在10— 25℃之间，适合暖通空调冬夏两季制热及制冷双工况运行， 供暖时水温较地下水温高3—5℃，制冷时较空气温度低 10—15℃。
? (3)作为城市废热之一，城市污水占城市区
域废热百分比很高，日本东京占近40%， 我国各城市所占比例在10一16％之间，是 城市废热回收潜力最大的部分。
污水源热泵介绍
中央空调概述：
? 空调系统由冷热源、空调机、末端设备以及连接各部分之间的介质输
送系统组成。 空调冷热源包括：空气、冷却塔、锅炉（其中包括电 锅炉、燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉）、水（包括地表水、地下水、 生活废水）、土壤等。空调机组种类包括：活塞式、离心式、螺杆式、 溴化锂吸收式等。末端形式主要有风机盘管、散热器、地板辐射等。 输送系统主要指输送冷热介载体介质的管道，送风系统的风管、风道， 水系统的水管，制冷剂系统的铜管等。如下图所示：
? (4)城市污水是载热水体，热容量大，相对
空气源、土壤源而言，换热设备具有很高 的传热效率，热泵空调系统运行效率高， 空气源、土壤源热泵制热系数在3.5以下， 而污水源热泵可高达4.5甚至以上。
? (5)城市污水量大面广，在市区内既可分散性小规模应用，也可
建设大型热泵站，系统机组装机容量可在100kW-2000kW之间， 甚至更大。开发利用城市污水作为热泵冷热源为建筑物供暖空 调不仅具有节能环保效益，而且符合生态建筑的发展趋势。
2.1 污水源热泵的特点
? 城市污水是理想的空调冷热源，开发利用低位清
洁可再生能源是暖通空调能源消耗的新模式。可 再生性清洁能源包括太阳能、风能、水能、生物 质能、地热能和工业余热、城市废热等等，我们 利用其中的部分低位能源作为热泵冷热源为建筑 物供热时，按电驱动热泵制热性能系数 4.0计算， 其系统的一次能源利用率大于 1.3，而利用其他矿 物燃料供暖时一次能源利用率则在 0.7卸0.9之间， 因此低温热源 +热泵供暖空调是缓解能源紧张、 保护环境的有效途径之一。