污水处理厂水源热泵应用研究
污水热泵技术在密云污水处理厂的应用
污水热泵技术在密云污水处理厂的应用【摘要】本文介绍了污水热泵技术在密云污水处理厂的应用情况。
首先讲解了污水热泵技术的基本原理，然后对密云污水处理厂的情况进行了分析。
接着详细描述了污水热泵技术在密云污水处理厂的具体应用案例，并探讨了其优势和效果。
对密云污水处理厂的环境效益进行了评价。
结论部分展望了污水热泵技术在密云污水处理厂的未来发展前景，以及其可持续性和推广价值。
通过本文的介绍，读者可以了解污水热泵技术在密云污水处理厂的应用情况，以及其在环境保护和资源利用方面的重要作用。
【关键词】1. 引言1.1 污水热泵技术在密云污水处理厂的应用污水热泵技术在密云污水处理厂的应用是当前环境保护领域的热点话题。
密云污水处理厂作为北京市的重要污水处理设施，面临着处理大量污水并实现资源回收利用的挑战。
污水热泵技术通过利用污水中的热能来实现污水处理和能源回收的双重目的，为密云污水处理厂提供了一种新的技术路径。
污水热泵技术的基本原理是通过热泵循环系统将污水中的低温热能提取出来，并利用加热器提高温度，最终用于供热或热水生产。
密云污水处理厂的情况分析显示，该厂每天处理的污水量巨大，且污水中含有丰富的有机物和热能资源，非常适合应用污水热泵技术。
具体应用案例表明，污水热泵技术在密云污水处理厂可以有效提高能源利用效率，减少污水处理过程中的能源消耗，同时降低碳排放和维护成本。
污水热泵技术的优势和效果在实践中得到了充分验证，为密云污水处理厂的环境效益和经济效益带来了显著提升。
污水热泵技术在密云污水处理厂具有良好的发展前景和可持续性，具有较高的推广价值。
未来随着技术不断创新和完善，相信污水热泵技术将在密云污水处理厂得到更广泛的应用，为环境保护和资源回收做出更大贡献。
2. 正文2.1 污水热泵技术的基本原理污水热泵技术是一种利用污水中的热能进行能量回收的技术。
其基本原理是通过热泵循环系统将污水中的热能转化为高温热水或蒸汽，用于供暖、热水生产或其他热能利用。
污水源热泵供热系统运行优化控制策略研究
污水源热泵供热系统运行优化控制策略研究摘要：随着科学技术的发展，我国的热泵技术有了很大进展，随着热泵技术的发展及污水处理厂提标升级改造项目的落实，污水处理厂出水水质有所提高，为污水源热泵机组在北方冬季供暖中的应用提供更加有利的水质条件，换热后的低温污水排放对水体的热污染明显减小，污水处理厂冬季供暖安全可靠、经济环保。
本文对污水源热泵供暖系统运行优化控制策略应用进行分析，以供参考。
关键词：污水源热泵;优化控制策略;能耗费用引言集中供热是一个全球性的问题，由于其会用到化石燃料，从而产生大量的温室气体、废水并导致空气污染，故而其可持续性受到了广泛关注。
使用可再生能源（如太阳能和风能）来替代化石燃料虽然可以有效解决环境污染问题，但该方法需要投入巨大的成本和非常复杂的基础设施，实施难度较大。
污水源热泵系统是城市可再生能源利用形式中的重要一类，市政污水含有大量的热能，在建筑供热与供冷方面具有很大的应用价值。
对于一个已经投入运行的供热系统而言，设计方案和设备性能参数已不可改变，但合理的运行控制策略，能够挖掘系统节能潜力，显著提升能源利用效率。
1污水源热泵机组的工作原理污水源热泵机组和普通水源热泵相同，主要由压缩机、冷凝器、膨胀（节流）阀、蒸发器及连接管路组成。
其工作原理是通过蒸发器从污水中提取热量Q，在冷凝器中放出热量Q(Q=Q+W)供给供热系统。
这种供热系统只要消耗少量的电能W，便可得到满足供热系统所需要的热量Q。
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，利用生活废水、工业废水、矿井水、工业设备冷却水、生产工艺排放的废水，通过设置于污水端的换热设备与中介水进行换热。
由换热后的中介水进入热泵机组，主机消耗少量的电能，在冬季及过渡季提取污废水中低品质热量后，经管网供给室内采暖系统、生活热水系统；在夏季将室内的热量带走并释放到污废水中，供室内制冷并制取生活热水。
2污水源热泵供热系统运行优化控制策略2.1城市供热热泵技术在城市供热系统中应用广泛，并且具有诸多优势，能够实现高效供热、多能源利用、能耗优化和环保可持续等方面的目标。
污水热泵技术在污水处理厂的应用_secret
污水热泵技术在污水处理厂的应用摘要：XX县XX污水处理厂污水热泵工程引进北欧先进技术和设备，采用未经任何处理的城市污水作为源水的水源热泵技术，将污水中具有的低位能源通过换热器及热泵机组转换成高位能源进行供暖、制冷、供应生活热水。
关键词：污水换热器热泵经济性一、项目概况XX县XX污水处理厂坐落于美丽的潮白河畔，是XX县城唯一的污水集中处理点，每日承担着XX县城近24000m3的污水的处理。
污水水质稳定，常年温度在13oC-15oC.厂内有约10000m2建筑（写字楼，厂房，车库等），利用未经处理的城市污水为热源供本厂的供暖及部分制冷（只有办公楼需要制冷），并且还可供生活热水使用。
它在制热时以污水为热源，而在制冷时以污水为热汇。
由于污水处理厂污水供应充足，提取和排放热量能够满足供暖制冷的需要。
该项工程是XX县XX污水处理厂原燃煤锅炉房的改造工程。
由于原燃煤锅炉每年造成一定的大气污染，为适应北京市环境保护的需求，决定对这套供热系统进行改造，不再使用燃煤，因此采用了既能供热，又能制冷的污水源热泵系统。
污水处理厂改造分为两部分，一部分是办公楼的改造，另一部分是设备厂房的改造，办公楼内安装的是能够制冷制热的风机盘管，设备厂房内安装的是散热性能较好的钢串式暖气片。
二、系统原理及设计冬季，污水温度约12－15℃经过换热器换热后排出温度约为7－10℃，系统提取污水中的热量作为水源热泵机组的低温热源，进入热泵机组蒸发器，热泵冷凝器出水作为供暖系统循环水，供回水温度为50－45℃。
夏季，污水温度约为14-18℃经过换热器换热后的排出温度为19-23℃，污水带走系统中的热量作为水源热泵机组制冷时的冷却水，热泵蒸发器出水作为供冷系统循环水，供回水温度为7-12℃。
该热泵具有热回收功能，在冬夏季工况运行的同时确保了生活热水的供应。
用户侧供水通过分集水器分别供到每个单体楼。
系统冬、夏季工况的转换通过切换站房系统中的阀门来实现。
污水源热泵项目可行性研究报告
污水源热泵项目可行性研究报告一、项目背景及意义随着城市人口的不断增加和工业化进程的加快，城市污水排放量不断增加，给环境带来了巨大的压力。
污水处理一般采用传统的生物处理工艺，耗能较高，处理效果有限。
而污水源热泵技术能够将污水中的热能有效利用，不仅可以实现污水的处理目的，还可以回收热能用于供暖、制冷等领域，具有较高的能源综合利用价值。
二、项目内容及可行性分析1.项目内容：本项目旨在建设一座污水源热泵站点，通过采用热泵技术，将污水中的热能提取转换为可利用的热能，并将剩余的冷热能供应给周边建筑，实现能源的循环利用。
2.可行性分析：（1）市场需求：随着环保意识的增强，对于污水处理与能源综合利用的需求也越来越高，市场潜力巨大。
（2）技术可行性：污水源热泵技术已在一些国家和地区得到广泛应用，技术经过实践证明可行。
（3）经济可行性：通过对污水源热泵项目的投资分析和收益预测，该项目具有良好的经济效益。
（4）社会效益：污水源热泵项目对环保和节能具有积极的社会效益，能够改善城市环境质量，提高能源利用效率。
三、项目投资估算1.设备投资：包括热泵设备、污水处理设备、管道、控制系统等，预计总投资为500万元。
2.建设投资：包括项目规划设计、土地租赁、场地平整等，预计总投资为200万元。
3.运营投资：包括人员工资、设备维护费用、能源成本等，预计年运营费用为150万元。
四、项目效益预测1.经济效益：（2）年运营成本：预计年运营成本为150万元。
（3）年净利润：年净利润为100万元-150万元=-50万元。
2.社会效益：（1）环境效益：该项目将能够有效处理城市污水，减少水体污染，改善环境质量。
（2）能源效益：回收利用污水中的热能，减少对传统能源的依赖，提高能源利用效率。
五、风险评估及应对措施1.技术风险：热泵设备技术较为成熟，风险较小。
但需要加强设备维护和管理，以确保设备的正常运行。
2.经济风险：市场需求不确定性，可能存在销售额下降的风险。
污水源热泵工程设计与应用研究
图1
1 方案设计依据 污水处理厂日处理污水量为 60000 吨 / 天，考虑尖峰和
低谷的因素，按平均小时排水量 1250m3/h 计算，以此水量进 行换热器选型计算依据。污水源热泵机组夏季冷凝器设计温 度为 45/40℃，冬季蒸发器设计温度为 9/6℃，污水进行换 热器时，冬季参数较为不利，因此，以冬季工况进行选型计算。
中国设备工程 2020.03 （上） 183
Research and Exploration 研究与探索·工程技术与创新
=9℃；
污水侧冷水流量 G1=1250000kg/h；污水冷却流入温度
t2′=11℃；污水冷却流入出温度 t2〞=10℃。
（2）计算温度及物性参数：
污水冷却水的定性温度 t2=(t1′+t1〞)/2=(10+11)/2=10.5℃； 冷却水的密度查物性表得 ρ2=992.9kg/m3； 冷却水的比热查物性表得 Cp2=4.174kJ/kg.℃；
运西污水现场实际情况是污水经过处理后，通过一段污 水排放池后，排入市政污水管道。这段排放池长 40 多米， 宽 2 米，内设紫外线消毒渠、巴氏计量槽，该装置对污水排 放流道有一定要求，如图示。考虑这种特殊要求，将专门的 污水源换热器设置在污水进入排放池的前面，充分利用污水 自身流速进行换热（如图 1）。
关键词：污水源热泵；污水源换热器；传热系数 中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）03（上）-0183-03
某污水处理厂污水源热泵工程位于沧州市迎宾大道以 西，经一路与渤海路交口西南角的位置，小流津河东岸。一 期工程的厂区综合楼、污泥脱水间、加药间、配电室值班等 室内需要供暖，供暖面积 3000 余平米。原设计采用市政热源， 通过厂区新建换热站为厂区提供热媒。一次网供回水温度为 105/55℃，二次网供 / 回水温度 70/45℃。
污水源热泵供热的工程应用及分析
污水源热泵供热的工程应用及分析作为城市废热之一而排放的城市污水，由于是具有稳定的水量和水温，易于收集，污水中所贮存的热能较高，可作为清洁能源在低温区利用等一系列优点，正在受到越来越多的重视。
特别是热泵技术的不断发展，使城市污水热能利用系统日趋成熟。
作为城市废热之一而排放的城市污水，由于是具有稳定的水量和水温，易于收集，污水中所贮存的热能较高，可作为清洁能源在低温区利用等一系列优点，正在受到越来越多的重视。
特别是热泵技术的不断发展，使城市污水热能利用系统日趋成熟。
日本是较早利用污水中热能的国家之一。
日本不仅利用未处理过的污水作为热源，而且也利用二级出水或中水作为热源。
东京大区污水管理局从1987年起启动从污水中回收热能的计划，现在已有12个热泵系统在运行，其中4个使用未处理污水作为热源，其余为使用二级出水或中水作热源。
回收的能量主要用于污水处理厂办公建筑的空调，也有作为区域供热的热源。
瑞典斯德哥尔摩有40％的建筑物采用热泵技术供热，其中10％利用污水处理厂的出水作热源。
在我国随着人民生活水平的提高，在空调和热水供应方面所消耗的能源显著增加，节约能源已经成为2l世纪的首要任务。
因此，可再生能源的利用已经成为目前研究的热点。
污水源热泵是利用污水处理厂中水或原生污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调装置。
它具有热量输出稳定、COP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。
目前，利用污水源热泵系统为建筑物供冷、供热已有一些应用的实例。
1 污水源热泵系统类型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和以二级出水或中水作为热源／热汇的污水源热泵系统；根据污水与热泵的热交换部分是否直接进行热交换，可分为间接利用系统和直接利用系统。
从工况转换方式上看，大体可分为两种：一种是制冷剂流向的切换，即通过四通换向阀的换向来实现制热工况和制冷工况的转换：另一种是水切换式，即通过阀门改变水流方向来实现工况转换。
污水源热泵的应用及思考
车辆工程技术156理论研究0 引言 污水源通常包含两类污水：（1）原生污水（简称原水），城区市政排水管网中未经处理的污水；（2）中水，城区市政排水经污水处理厂处理后达到国家排放标准的污水。
随着城市规模的扩大及居民生活条件的改善，城市污水量大量增加。
在城市污水中蕴含着大量的低位热（冷）能资源，污水源热泵技术可以有效地提取这些低位热（冷）能用于城市供暖（冷）。
近些年，污水源热泵技术在乌鲁木齐市及周边地区逐步得到推广应用，在应用中出现了各种问题。
笔者通过部分应用实例，对这些问题进行分析探讨，探索总结解决方案和措施，使这项技术的应用更加普及和高效。
1 污水源热泵供热方案 热泵是一种能量利用装置，该装置以消耗部分能量为代价，使热量由低温物体转移到高温物体。
根据热力学第二定律，热量不会自动实现“逆向”传递，即不可能自动由低温物体向高温物体传递，热泵必须具有驱动能才能实现热量的“逆向”传递。
热泵虽然消耗了部分驱动能，但是热泵所制取的热能要高于所消耗能量。
热泵所制取的热能与消耗的驱动能之比，称之为热泵性能系数，简称COP。
热泵所制取的热能永远大于热泵所消耗的驱动能，即COP恒大于1，所以说热泵是一种节能装置。
污水源热泵的工作原理是利用污水源热泵压缩机系统，消耗少量的电能，使热泵系统内循环介质压缩至高温高压状态，从而具有“吸收”低温热源中热能的能力，把存在于污水中的低位热能“提取”出来，为用户供热，供热量为消耗的电能和由低温热源吸收的热量之和。
污水源热泵供热系统主要由污水系统、热泵系统、热网水系统三部分相连接组成。
根据污水是否直接进热泵机组可以将供热系统分为直接利用和间接利用两种方式。
直接利用方式是指污水主干渠内的污水在污水泵的作用下直接进入热泵机组，在热泵机组内“换热”降温后再回到污水干渠，热网水在热网循环泵的作用下进入热泵机组，在机组内“换热”升温后再回到热用户（简称直进式）；间接利用方式是指污水先通过污水换热器进行热交换，将热量传递给中介水，中介水再进入热泵机组“换热”，热网水侧与直接利用方式相同。
污水源热泵应用现状与性能分析研究
污水 源 热泵 应 用 现 状 与性 能分 析研 究
少刚 魏翠琴 蒉秀惠
３ １ ３ ０ ０ ０ ） （ 湖 州 职 业 技术 学 院 浙江湖州
３污水 源热 泵优 缺点 分析
污水源热 泵使城市 污水资源化 ， 具有 显著 的经济 性 、 节 能性 和环保性 ， 对 于建筑供暖 的可 持续发展具 有重要 意义 ， 相较其它 热源 热泵 ， 其优 势较为显著ｉ “ ｕ ： （ １ ） 与空气源热 泵相 比 ， 其Ｃ Ｏ Ｐ可 达４ ． ０ ～ ６ ． ０ ， 高出 ４ ０ ％， 节能效果 更显著 ， 且 避免 了空气源热 泵冬
表 １ 国 内城 市污 水 源 热 泵 应 用 实 例
序号 地煮
１ ： ｌ ｇ 系 北 京 ２
（ ２ ） 按 污水 和 热 泵 的换 热 方 式 ， 吖分 为 直 接 式 和 间 接 式 ； （ ３ ） 按 污 水侧换 热器形式 的不同 ， 可分为浸泡式 、 淋激 式 、 壳管式 类 ； （ ４ ）
原生涛水 原生 污 水
４ ． ２ ） ｊ 建筑空谰及采暖 ｌ ６ 万 商场供暖和制 寺 ９ ． 万 空调供暖生藉热水三联供 ３ ２ 万 空调｜ ． 寺暖生茜热水三联供 １ ． ５ 片 ｍｊ 办公冷囔卫生热水三联傲 ５ ２ 空谰 夸唾和生活热水
原生海水 原生海水 原生污水 ＝缀焉水 原生污水 原生污水
污水源热泵存在 的缺点㈣， 严重制 约了其应用发展 ： （ １ ） 使 用 源热 泵冬 季供 暖时 吸收 污水 中 的热能 ，夏 季制 冷时把 室 内热 量转 移 区域 限制 ， 只能在城 市周 边使用 ， 受 污水 处理厂地 点限制 ； （ ２ ） 污 到低 温污水 中 。 水流量要稳定 ， 否则会严重影响热泵 Ｃ Ｏ Ｐ （ ３ １ ） 污水 中含有大量悬
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1 引言
目前，我国污水处理厂年处理污水量达464亿m3，经过处理后的污水大部分排放未加以利用，造成水资源的大量浪费。
究其原因，或是处理后出水水质达不到用户的使用要求，或是运行成本较高，经济上不可行。
而常规能源日渐短缺，温室效应明显加快，环境污染日趋严重[1]。
暖通空调能源消耗给能源和环境带来了巨大压力，开发利用低位可再生清洁能源是节能降耗使用新模式。
全国污水处理厂的污水的能量如能全部利用，可供采暖空调面积达5亿m2 [2]，并可节省用煤量0.33亿吨，以全国年总能耗30亿吨标煤计算，即可节煤1.1%；若按暖通空调的一次能源消耗量10亿吨标煤计算，节煤可达3.3%。
同时每年还可减少污染物排放量达72万吨。
2 污水源热泵应用现状
2.1 国外应用现状
在西方一些发达国家，由于其环保政策和能源结构，污水水源热泵技术在这些国家中的研究和应用很多。
如，瑞典斯德哥尔摩有40%的建筑物采用热泵技术供热，其中10%是利用污水处理厂的出水；日本对污水源热泵技术也进行了大量的研究，并且处于世界的领先地位[3]。
瑞典及日本的部分工程实例如表1所示（以利用污水处理厂出水为例）
2.2 我国应用现状
20世纪90年代中期，我国开始出现采用地下水替代空气作为热源的热泵。
污水源热泵在原生污水利用中渐露头角，技术日益成熟，并在我国北方很多省份得到应用[4-5]，但在污水处理厂内的应用还是近年来才发展起来的[6]。
一些以利用污水处理厂出水作为热源的工程实例见表2。
3 污水源热泵原理
污水源热泵空调系统是使热量从低温介质流向高温介质的装置，是利用污水，借助制冷循环系统，通过消耗少量的电能，在冬天将水资源中的低品质能量“汲取”出来，经管网供给室内空调、采暖系统、生活热水系统；夏天，将室内的热量带走，并释放到水中，以达到夏季空调制冷的效果。
其工作原理见下图。
4 污水热泵的特点
4.1 优越性
（1）环保洁净
污水源热泵空调系统是新型清洁能源利用技术，采取市政污水没有任何污染，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，对防止空气污染、环境保护、实现自然生态平衡具有重要的作用，是理想的清洁能源。
（2）节水、节电
以市政污水处理后的出水为水源体，向其吸收或放出能量，既不消耗水资源，也不会造成污染，且无需设冷却塔，可节约大量水资源。
污水源热泵系统70%以上的能量来自废水，是无须“付费”的，只有30%以下的能量由电能驱动转化而来，产出能量与输入电量的比值（COP）在4～5之间，与以电、油或燃气为热源的供热系统相比，污水源热泵具有明显
的优势；污水源热泵空调系统的能源利用率为传统方式的3～4倍，投入1kW的电能可得到3～4kW以上的制冷或供热的能量。
运行费用可节省1/3～1/2。
（3）灵活安全
真正做到“一机多用”。
利用污水源热泵空调系统冬季向建筑物供暖、夏季向建筑物供冷，并可提供生活热水，提高了设备的利用率，且系统末端亦可作多种选择。
（4）运行经济、可靠
由于城市污水水温高且相对稳定，全年变化幅度较小，因而污水源热泵空调系统机组运行情况稳定；热泵装置不需要燃料输送费用和保管费、排渣运输费等；锅炉设备与高温烟气接触，构件极易受损，而污水源热泵系统只有两个部件运动，磨损少，平时无需任何检修，因而检修周期较长；自动化程度高，无需专业人员操控，管理人员与劳动强度均可减少。
4.2 存在的缺陷
（1）受水质的影响很大，污水循环过程中的腐蚀、结垢、堵塞及微生物的沉积生长，极易在换热管内外表面沉积形成粘性污泥，污水泥层运行一周热阻将达到最大值；污水如果直接进入换热器，仍然会对系统造成一定的影响。
（2）由于能量在传输过程中存在损耗会造成末端温差过大，达不到保温效果；因此，用户点离热泵机房一般应在300米以内。
（3）锅炉采暖方式供/回水温度可达90℃/70℃，而污水源热泵比较经济的供/回水温度为45℃/40℃，导致管网末端能量损失后温度过低。
因此对于规模化应用尚需研究与探索。
5 工程案例（以河北秦皇岛某污水处理厂为例）5.1 水源概况
河北秦皇岛某污水处理厂的处理量为4×104m3/d，处理后出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。
冬季出水温度在12℃～18℃，气候影响较小，因此是水源热泵系统理想的低温热源。
5.2 热负荷设计
该污水处理厂区内的采暖建筑面积为4311m2，制冷建筑面积为1735m2。
室外设计温度为-9.9℃，室内设计温度综合楼、食堂浴室为18℃~20℃，厂区生产构筑物为5℃~8℃，冬季空调系统热负荷567.8kW，供/回水温度45℃/40℃。
夏季空调系统冷负荷203kW，供回水温度7℃~12℃。
其工程热负荷分布见表3。
5.3 设备选型
考虑到15%管网能量损失及末端负荷的匹配及不同期使用系数，设备包括水源热泵机组及其配套装置。
选用主要设备：1台WPS180.1B热泵机组（制冷量609.2kW，供热量627kW）；空调系统循环水泵2台（1用1备)，Q=78.4m3/h，H=31m，N=10.5kW；定压补水泵2台（1用1备），Q=7.2m3/h，H=20m，N=0.75kW；板式换热器BR0.25M型1台；循环水泵1台，Q=95m3/h ，H=18m，N=6.5 kW；污水源循环水泵1台，Q=100m3/h，H=20m，N=7.5 kW；配套定水罐、软水器及集分水器各1套。
5.4 工程效益
设备初期投资32.11万元（含末端风机盘管），经初步测算，污水源热泵系统在污水处理厂厂前区和生产区供暖时单位采暖面积直接成本19～21元/m2，单位热量成本为0.18～0.4元/kW·h。
该工程比其他供暖系统节约成本30%左右。
自2009年12月到2010年4月试运行，经历了当地最低气温，系统运行稳定，节能效果显著，能够达到设计温度的要求。
6 结论
（1）该工程将城市污水出水应用于污水源热泵技术进行供暖、制冷，进一步验证了污水源热泵的可行性。
（2）污水源热源系统高效节能，不仅可减少环境污染，而且可节省设备初投资和运行费用，环境效益显著、自动化程度高。
（3）污水处理厂有充足的水源，处理后出水作为水源热泵的热源，充分利用污水中的低品位能量，既节能、环保又经济可行，在提高污水综合利用率的同时，可减少因使用化石燃料而产生的污染物（主要为CO2）的排放量。
以污水处理厂一/二级出水及再生水为热源的热泵应用技术更是“减排”与“节能”相结合的可再生能源技术。
城镇污水与热泵技术结合的推广应用须因地制宜，科学合理地进行就地利用或区域利用。