污水源热泵

建筑节能技术读书报告

建环０９０１

０９１３０４１３７

姚明政

关于污水源热泵系统的初步认识及浅层探讨

一、定义

污水源热泵是污水热能利用的一种形式。它是以城市污水作为热源，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。

二、污水源热泵的分类

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的污水源热泵系统、以中水作为热源的污水源热泵系统；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1示；

图 1 水源热泵直接利用系统

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2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

图 2 水源热泵间接利用系统

三、工作原理

城市污水处理厂二沉池排水温度随所在地理纬度不同有所变化，一般冬季为8－20℃，夏季为23－28℃。

冬季供热运行时，废水经旋转式连续过滤除污器净化后，由污水提升泵加压流经污水源热泵专用蒸发器，在蒸发器内，废水中的热焓被进入蒸发器的低温液态工质汽化吸收。废水温度降 5－7 ℃后回放至排水口排放，或进入中水处理装置处理后另做它用。在蒸发器内汽化后的低温工质气体经吸气管进入压缩机，经绝热压缩后变为高温高压工质过热气体，并经排气管进入污水源热泵专用冷凝器，在冷凝器内，采暖（空调）系统的回水，吸收高温高压工质气体的汽化潜热温度升至50－55℃后向用户供热，而高温工质气体则冷凝为液态，经节流后再进入蒸发器，重复上述过程，不断地吸收废水中的热量。

夏季供冷时，系统水路进行切换，即空调系统水进蒸发器，降温后供向用户，污水进入冷凝器，升温后将热量带走排放掉。

四、热能提取技术特性

与地温水源热泵系统所利用的地下水相比，城市污水的水质较差，其悬浮物的淤塞及腐蚀远大于地下，所以，回收利用城市污水热能的系统必须采取相应的技术措施，否则将无法正常运行。具体的处理措施，设备管材的选用，因较为复杂，所以在读书报告中不做阐述，仅作为个人了解。

五、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：

１．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。

２．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3.5－4.4，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。

３.一机多用，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70－80％。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，还能够节省抽水和回灌的运行费用；相比土壤源热泵节省了土地和投资费用。

六、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 :

１.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。

２.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/㎡℃)，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/㎡℃)。因此，较多采用壳管式换热器或螺旋板式换热器(换热温差2－3℃，传热系数为1600W／㎡℃)。

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。

４.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45－50 ℃，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℃以上，热泵的出水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45－50℃提升到70℃以上。

５.污水的水源水温和保证性。

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10℃，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。

七、该系统的应用意义

目前，供给城市的能量的大部分最终都被作为废热排放到大气或河流海洋中，这部分被排放的能量主要从垃圾焚烧厂、污水处理厂、送变电设施、冷冻仓库、地铁、地下街道等各种各样的城市设施中发