污水源热泵在城市建筑供暖制冷中的应用

　　城市污水是一种蕴涵丰富低位热能的可再生热能资源，原生污水源热泵空调系统则是利用城市污水为建筑物冬季采暖和全年生活热水供应的新型供暖技术，也是城市污水资源化开发与利用的新思路和有效途径，目前，在世界各国已经得到一定程度的应用。这项技术是当前各类热泵技术中发展和应用前景最被看好的一类，节能减排效果显著。

 

　　城市污水冬季温度一般在12～16℃之间波动，夏季温度一般在22～26℃之间波动，且日变化幅度较小，城市污水具有的水流量大、水量和水温相对稳定、温度适宜、热容量大等特点，使得城市污水适宜作为污水源热泵系统的冷热源。

 

　　冬季，污水源热泵系统可以提取污水中的热量，通过压缩机做功后进入热泵机组，机组消耗少量的电能可得到高品位的热能，并将热能传递给换热介质（首选为水，也可以为其他介质），最终为用户提供热量；

 

　　夏季，污水源热泵系统利用污水作为低位冷源，从室内空气中提取热量，热量传递到污水中，最终达到制冷目的。污水源热泵系统在城市供热制冷的实际应用中，应基于城市污水冬季和夏季的相关参数、污水流量以及不同建筑的使用特点等因素，确定供热制冷项目的冷热负荷以及采用何种类型的热泵系统（是否经过换热器）。

 

　　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。

　　从上述表格可以明显地看出来，污水源热泵系统有良好的经济效益，与地下水源热泵、直燃机、热网+水冷机组、燃煤+水冷机组等系统相比，该系统经济优势十分明显。

 

　　污水源热泵优点

　　(1）与传统的燃煤锅炉、燃气锅炉和燃油锅炉供暖系统相比，污水源热泵系统可利用污水中低品位热能，减少能源消耗，减少二氧化硫、二氧化碳、颗粒物等污染物的排放；同时，减少污水直接排放后造成的能量损失。污水经过换热器后返回污水干渠，污水密闭循环，不会对环境或其他水体造成污染。

 

　　(2）由于夏季污水的温度比环境温度低，冬季污水的温度比环境温度高，即夏季热泵系统凝结温度低，冬季蒸发温度高，能效比高达5.0左右，即供暖制冷所投入的电能在1kW时可得到5kW左右的热能或冷能，能源利用率较高，能效比和性能系数远高于传统中央空调系统。

 

　　(3）城市污水具备水流量大、污水水温和水量较为稳定等特点，且一般日变化幅度较小，因此城市污水作为热泵系统的冷热源，是热泵系统稳定运行的必要条件。

 

　　污水源热泵缺点

　　(1）由于原生污水中含有大量污染物和杂质，如果直接进入热泵系统，容易造成对热泵机组的腐蚀污杂物堵塞问题，因此国内目前普遍应用的是污水厂二级污水或处理后的中水，其中所蕴含的热能较原生污水有损失；目前应用较为普遍的是间接式污水源热泵系统，需要先与中介换热介质换热后再进入热泵系统，相对于直接式热泵系统，大大影响了换热效率。

 

　　(2）考虑到管道热损失等问题，污水源热泵项目的选址具有一定的局限性，如选址应靠近污水水源收集区，限制了污水源热泵技术的推广和应用。

 

　　未来5年内，我国计划将完成地源热泵以及污水源热泵供暖(冷)面积3.5×109m2。各级政府也在不断出台政策大力扶持、推广地源热泵与污水源热泵在节能环保领域的应用。污水源热泵技术现已得到了政府和社会的广泛重视，并将成为我国在未来各项基础设施建设中大力支持与倡导的新能源技术之一。