污水源热泵及其发展趋势分析

随着科技快速的发展，地球的资源节能日益成了人们关注的观点，城市污水内含有极大的能源空间，热量从低端到高端输送的热泵技术需要加入节能理念。对于城市污水来说，直接将其排放到环境中会造成非常严重的污染。而将污水内含有的大量能源通过污水源热泵技术释放出来不仅能够保护生态环境，还能有效的实现相应的节能。

1污水源热泵的工作原理

污水源热泵，通过提取城市污水中储存能量，仅仅消耗少量的电能，就能借助热泵机组系统中制冷剂的物态循环变化，在夏季，从室内空气中提取热量，排至水中，因水温低而带走热量，以降低室温；冬季则从污水水源中提取热量，由热泵通过空气或水作为载冷剂，提升温度后送至建筑物中，从而达到制冷制暖效果的一种创新技术。通常污水源热泵消耗1kW的能量能使用户得到4kW以上的冷热量。

2污水源热泵技术特点

2.1环保效益显著。原生污水源热泵是利用城市废热作为冷热源，进行能量交换的供暖空调系统，污水经过换热设备后留下冷量或热量返回污水干渠，污水密闭循环与其他设备或系统不接触。供热时省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉燃烧系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔的噪音和霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，环境效益显著。

2.2高效节能。冬季，污水体的温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体温度比环境温度要低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷和冷却塔式制冷，机组效率提高。供暖供冷所投入的电能在1kW时可得到5kW左右的热能或冷能。

2.3运行稳定可靠。污水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源。水体温度较恒定的特性，使得污水源热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

2.4一机多用，应用范围广。污水源热泵可供暖、制冷，一机多用。

2.5初投资、运行费用低。城市污水源热泵具有初投资低，运行费低的经济优势。污水源热泵系统的机房面积仅为其他系统的5O%。系统根据室外温度及室内温度要求自动调节，可做到无人值守，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。

2.6水源环境优越。城市污水冬暖夏凉，受气候影响小，与太阳能及空气相比，其全年的水温变化幅度小，冬季严寒地区污水温度在12℃～16℃，长江流域污水温度在14℃-18℃；夏季污水温度在20℃-28℃，北京地区冬季污水温度在13℃-17℃，高出平均气温20℃（北京冬季室外设计温度-9℃）；夏天，污水温度22℃～25℃，又比日常气温低10℃。因而可获得比较稳定的污水冷热源。

3污水源系统设计要点

由于污水具有较强的腐蚀性，因此在系统换热器前应加装自动式过滤器和反洗装置，在运行过程中仍有可能存在较大悬浮物堵塞交换器，因此应定期对其进行清理；同时为保证热泵机组的可靠运行且目前没有适合污水换热的满液式蒸发器而引入中介水循环，以通过减少换热器中的污垢来减少换热器的换热热阻，其中污水和中介水间利用宽流道板式污水换热器换热，污水中较小污物可直接通过，不会引起堵塞；整个污水系统的管路设计应遵循管路平直、阀门少的原则，其中污水源热泵的取水一般需设置污水蓄水缓冲池，污水泵设计为自灌式，但应保证污水水面高于水泵吸入口0.5～1.0m，并在自流管的进口和端头分别安装闸阀和法兰盲板以便于检修和清洗；由于污水的黏性及对换热表面的污染，污水在换热器内的流动阻力和换热特性同清水相比较有很大不同，因此为保证一定传热系数而提高管内流速，但应对封头部位的结构进行特殊处理。为避免污水内大体积悬浮物进入换热器，而应对其进行预处理，将内部大尺度污物去除，以保证换热器的正常工作；同时为了平衡污水换热器的阻力可通过设置二级污水泵来保证良好运行。

4污水源热泵技术的发展前景

板冰蓄能热泵系统可实现蓄冷供热。供冷季利用夜间低谷电制冰并储存起来，在白天用电高峰时段用储存的冰作为冷源，是一种冰蓄冷技术；供热季吸收低品位热源直接向末端供热或蓄热。

污水源热泵技术，主要是以城市污水作为提取和储存能量的冷热源，借助空调机组消耗少量的电能，从而达到制冷制暖效果的一种创新技术。

无论是冰蓄冷技术还是污水源热泵技术均是从单一技术出发，解决的问题也是单一的。将二者集成应用，进行优化设计，实现系统综合节能效果，是未来发展的方向和趋势。

4.1板冰蓄冷+污水源热泵系统组成

由污水源系统、板冰系统及切换阀组组成。

4.2板冰蓄冷污水源热泵系统工作原理

夏季从污水中提取低品位冷源，通过蓄冰系统变成可利用的高位冷源直接对外供冷或制冷蓄冰。同时可将蓄冰系统机组排出的热源制取卫生热水；冬季提取存于污水中的低位热能通过蓄冰系统转化变成可利用的高位热能用来直接对外供热或蓄热。同时可获得供暖副产品-片状冰对外销售，一举多得。

4.3板冰蓄冷污水源热泵系统优势

板冰蓄冷污水源热泵系统汇聚了移峰填谷、高效节能、环保效果显著、可再生清洁能源开发与利用等众多优势。除此之外，污水源热泵系统还可常年提供生活热水，真正达到了一机多用。

移峰填谷：板冰蓄冷污水源热泵系统不仅达到移峰填谷和减少变电设备的作用，是缓解电力建设和新增用电矛盾的有效解决途径之一，而且是开发利用低品位可再生清洁能源的新模式。

高效节能：冬季污水体温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比高。而夏季水体温度比环境空气温度低，冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率高。供暖制冷所投入的电能在1kW时可得到5KkW左右的热能或冷能，能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。

环保效果显著：板冰蓄冷污水源热泵系统可以减少烟尘减和煤渣的排放，减少C02、S02、NOx等气体的排放。不但可以缓解一定的温室效应，还可以减轻“酸雨”對环境的破坏。

5结语

当今社会，环境污染和能源短缺已成为威胁人类生存的两大危机，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而板冰蓄冷系统与污水源热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统，两者结合具有良好的经济效益和社会效益。