污水源熱泵簡介

1、污水源熱泵介紹,中央空調概述,空調系統由冷熱源、空調機、末端設備以及連接各部分之間的介質輸送系統組成。 空調冷熱源包括：空氣、冷卻塔、鍋爐（其中包括電鍋爐、燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐）、水（包括地表水、地下水、生活廢水）、土壤等?？照{機組種類包括：活塞式、離心式、螺桿式、溴化鋰吸收式等。末端形式主要有風機盤管、散熱器、地板輻射等。輸送系統主要指輸送冷熱介載體介質的管道，送風系統的風管、風道，水系統的水管，制冷劑系統的銅管等。如下圖所示,二、污水源熱泵,根據以上空調各個部分的不同組合，可以有多種空調系統的方案，如以冷卻塔（冷源）+鍋爐（熱源）+空調主機+風機盤管系統，實現夏季制冷、冬季制熱功能

2、；地下水（冷熱源）+熱泵機組+風機盤管+地板采暖實現夏季制冷、冬季制熱功能等。污水源熱泵即以污水作為空調系統的冷熱源，實現制冷、制熱的目的,2.1污水源熱泵的特點,城市污水是理想的空調冷熱源，開發(fā)利用低位清潔可再生能源是暖通空調能源消耗的新模式?？稍偕郧鍧嵞茉窗ㄌ柲堋L能、水能、生物質能、地熱能和工業(yè)余熱、城市廢熱等等，我們利用其中的部分低位能源作為熱泵冷熱源為建筑物供熱時，按電驅動熱泵制熱性能系數4.0計算，其系統的一次能源利用率大于1.3，而利用其他礦物燃料供暖時一次能源利用率則在0.7卸0.9之間，因此低溫熱源+熱泵供暖空調是緩解能源緊張、保護環(huán)境的有效途徑之一,城市污水是工業(yè)廢水

3、與生活污水的總和，是城市余熱型可再生性清潔能源，包括城市原生污水與二級出水，是一種理想的低位冷熱源。作為熱泵空調冷熱源具有如下特點,1)城市污水水量為城市供水量的85以上，數量巨大，據2005年國民經濟和社會發(fā)展統計公報顯示：我國2005年全年城市污水排放量達359.52億立方米，城市污水處理率達48.4。 (2)城市污水水溫相對較高且其隨季節(jié)變化幅度較小，通常在10以內，具有冬暖夏涼的特點，溫度全年在1025之間，適合暖通空調冬夏兩季制熱及制冷雙工況運行，供暖時水溫較地下水溫高35，制冷時較空氣溫度低1015,3)作為城市廢熱之一，城市污水占城市區(qū)域廢熱百分比很高，日本東京占近40%，我國各

4、城市所占比例在10一16之間，是城市廢熱回收潛力最大的部分。 (4)城市污水是載熱水體，熱容量大，相對空氣源、土壤源而言，換熱設備具有很高的傳熱效率，熱泵空調系統運行效率高，空氣源、土壤源熱泵制熱系數在3.5以下，而污水源熱泵可高達4.5甚至以上,5)城市污水量大面廣，在市區(qū)內既可分散性小規(guī)模應用，也可建設大型熱泵站，系統機組裝機容量可在100kW-2000kW之間，甚至更大。開發(fā)利用城市污水作為熱泵冷熱源為建筑物供暖空調不僅具有節(jié)能環(huán)保效益，而且符合生態(tài)建筑的發(fā)展趨勢。 (6)城市污水能源區(qū)域分布優(yōu)越。我國能源資源分布不均煤炭等礦產資源有60%分布在華北，水力資源有70分布在西南，而經濟發(fā)達

5、、工業(yè)和人口比較集中(約占全國人口總數的37)的南方八省市的能源卻比較缺乏，煤炭量僅占全國2，水力資源僅為10%。而城市污水熱能分布于各大中城市市區(qū)內，與人口及城市工業(yè)化程度成正比，將城市污水作為一種新能源，在適當優(yōu)化能源結構的同時，緩解了能源缺乏及分布的不均勻性問題,依上述可知，城市污水是理想的暖通空調冷熱源，因此對以城市污水為冷熱源的熱泵空調系統進行深入的研究并加以推廣應用具有很重要的意義,2.2污水源熱泵技術的國內外發(fā)展現狀,20 世紀80年代以來， 美國、 日本等國家相繼建立了一批大型城市污水源熱泵系統。從開始時單機容量 僅幾兆 瓦已發(fā)展 至今 單機容量達30MW， 單個項目總裝機容量

6、達160MW。以瑞典為例，到1987年已有約100座熱泵站投入運行，總供熱能力達到1200 MW，已成為世界上應用大型污水源熱泵的代表國家之一。大型城市污水源熱泵系統在國外已有十幾年的運行歷程，已形成一套較完備的技術和經驗,我國目前也已實施多個項目的城市污水源熱泵，如北京高碑店污水處理廠、北小河污水處理廠、盧溝橋污水處理廠、秦皇島海港區(qū)污水處理廠利用污水二級出水實施了幾個項目，哈爾濱馬家溝、哈爾濱望江賓館、哈爾濱太古商城、大慶恒茂商城等利用原生污水實施了幾個項目，均取得了較好的效果,2.3污水源熱泵的原理,首先，污水源熱泵技術主要來源為城市污水，污水具備水處理量大，水源穩(wěn)定，冬暖夏涼等特點。調

7、查表明，城市污水中具有較大的熱量，冬天污水溫度在10至16，高出日常氣溫。夏天，污水水溫為22至25，又比日常氣溫低。熱泵機組依靠內部制冷劑的物態(tài)循環(huán)變化，冬季從污水中吸收熱量經熱泵機組升溫后對建筑供熱，夏季通過熱泵機組把建筑物中的熱量傳遞給污水從而實現供冷的新技術,制熱原理圖,制冷原理圖,污水源熱泵不同的系統分類方式又可分為,按污水熱能提取方式可分為：直接利用式和間接利用式。 從模式轉換方式又可以分為：通過四通換向閥的換向來實現制熱工況和制冷工況的轉換(工質切換式)和通過閥門改變水流方向來實現工況轉換(水切換式,直接換熱式熱泵空調系統為熱泵空調機組換熱器中的制冷劑直接同污水進行熱交換，提取污

8、水中的熱量或冷量；間接換熱式熱泵空調系統污水先通過熱交換器與某一中間媒介進行熱交換再通過中間媒介同制冷劑換熱。需要明確指出，直接污水源熱泵空調系統中，污水與制冷劑之間不存在混合，它們之間的傳熱方式依然是間接傳熱。 與間接換熱式污水源熱泵空調系統相比，直接系統具有更為簡單的系統形式和更高的制熱效率。在間接系統中，熱量的傳遞路線是：污水、中介水、制冷劑。從熱力學的角度分析，中介媒質的存在增加了傳熱熱阻，導致能量在轉移過程中其品質有大幅度的下降，因此整個熱泵系統的制熱效率也隨之下降。同時，中介媒質的存在也使污水的可利用溫差區(qū)間減小，單位質量污水的供熱量也就減小了。沒有中介水系統的直接污水源熱泵系統由

9、于系統形式得到簡化，初投資也隨之減小，而且調試、調節(jié)操作簡單，運行管理方便。直接換熱式污水源熱泵空調系統一般為工質切換式系統，而問接式污水源熱泵空調系統一般屬于水切換式系統。直接系統具有簡單的結構和更高的效率，是未來的主流系統形式。目前國內外以二級污水作為冷熱源的熱泵空調系統通常都采用直接換熱式系統。而對于水質較差的城市原生污水大都采用間接利用式，以減少對熱泵空調機組的腐蝕,2.4成本分析,2.4.1初投資費用低 城市污水源熱泵具有初投資低，運行費低的巨大經濟優(yōu)勢。運行效果良好，經濟效益顯著。污水熱泵系統的機房面積比其他系統的占地面積要小。系統根據室外溫度及室內溫度要求自動調節(jié)，可做到無人看管

10、，同時也可做到聯網監(jiān)控。污水源熱泵系統原理簡單，設備的可靠性強，維護量小，平時無設備的維護問題,2.4.2運行成本低,現以某工程實例來分析城市污水熱泵的技術經濟效益情況。某工程可能獲得的能源形式包括：（1）電熱輻射供暖；（2）電熱鍋爐方式；（3）污水源熱泵系統方式；（4）空氣源熱泵系統方式；（5）燃氣壁掛采暖爐。 該項目總建筑面積150000平方米，污水源熱泵機組制熱時cop值取4 。供暖季為從11月15日到次年的3月15日(共計120天) 。使用城市污水源熱泵時該項目單位面積供暖運行成本為：(單位面積熱指標負荷系數天數24效率)單位能源價格 =(6510000.66120244)0.56=17.0元/平方，與其它供暖方式運行費用對比如下,由以上數據可以看出，污水源熱泵的運行效率較高，費用較低，與傳統的空調制熱采暖相比具有明顯的優(yōu)勢,2.5環(huán)保效益顯著,原生污水源熱泵是利用了城市廢熱作為冷熱源，進行能量轉換的