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1、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：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
2、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。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 。城市
3、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2005年国民经济和社会发展统计公报显示：我 国2005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。 (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35，制冷时较空气温 度低1015。(3)作为城市废热之一，城市污水占城市 区域废
4、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。(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。(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
5、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。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热 泵空调系统进行深入的研究并加以推广应 用具有很重要的意义。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
6、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。 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.
7、3污水源热泵的原理首先，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。 制热原理图制冷原理图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 向阀的换向来实现制热工况和制冷工况的 转换(工质切换式
8、)和通过阀门改变水流方 向来实现工况转换(水切换式)。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。 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
9、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。2.4成本分析2.4.1初投资费用低 城市污水源
10、热泵具有初投资低，运行费低的巨 大经济优势。运行效果良好，经济效益显著。 污水热泵系统的机房面积比其他系统的占地面 积要小。系统根据室外温度及室内温度要求自 动调节，可做到无人看管，同时也可做到联网 监控。污水源热泵系统原理简单，设备的可靠 性强，维护量小，平时无设备的维护问题。2.4.2运行成本低 现以某工程实例来分析城市污水热泵的技 术经济效益情况。某工程可能获得的能源形式 包括：（1）电热辐射供暖；（2）电热锅炉方 式；（3）污水源热泵系统方式；（4）空气源 热泵系统方式；（5）燃气壁挂采暖炉。 该项目总建筑面积150000平方米，污水源 热泵机组制热时cop值取4 。供暖季为从11月1
11、5 日到次年的3月15日(共计120天) 。使用城市污 水源热泵时该项目单位面积供暖运行成本为：( 单位面积热指标负荷系数天数24效率) 单位能源价格 =(6510000.66120244)0.56=17.0元/ 平方，与其它供暖方式运行费用对比如下：由以上数据可以看出，污水源热泵的运行 效率较高，费用较低，与传统的空调制热 采暖相比具有明显的优势。 2.5环保效益显著 原生污水源热泵是利用了城市废热作为冷热源，进 行能量转换的供暖空调系统，污水经过换热设备后 留下冷量或热量返回污水干渠，污水与其他设备或 系统不接触，污水密闭循环，不污染环境与其他设 备或水系统。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。以上例对比如下： 三、小结 污水源热泵与传统空调相比具有节能和环保的 优势，我国作为一个能源消耗大国，能源压力 和由此产生的环境问题日益突出，而污水源热 泵作为一项节能技术，不仅能节约能耗更能减 少污染，减轻和缓解我国目前面临的能源和环 境压力，将为全国建设小康社会提供新的清洁 可再生能源，实现能源结构的优质化转变。因 此开发利用城市污水作为热泵冷热源为建筑物 供暖空调前景广阔。谢 谢
