城市污水源热泵在建筑节能中的应用

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1、城市污水源热泵在建筑节能中的应用唐安民山东同设计集团有限公司针对污水源热泵技术的系统、原理、研究和应用现状、实际应用案例进行综述分析，发现污水源热泵技术应用具有显著节能、环保和经济效益，污水源热泵系统应用的关键技术在于对防阻、防垢、防腐技术研究，同吋，以城市原生污水为冷、热源的直接式污水源热泵系统将是未来研宂和应用趋势。随着全球人口快速增长，资源严重短缺，节能减排作为我国的一项基本国策，是人类社会走出能源与环境冲突困局的必然趋势，因此，寻求新的清洁能源势在必行。城市污水是一种优良的低温余热源，具有热能潜力大、传热性能好、水温相对稳定的特点，因此

2、对污水源热泵系统的研宄与开发具有可行性条件和重要的现实意义。1污水源热泵的系统与原理污水源热泵是一种以污水作为冷、热源的水源热泵，主要是以城市污水作为提取和储存能量的冷、热源，借助热泵机组系统内部制冷剂的物态循环变化，消耗少量电能，从而达到制冷、制暖效果的一种创新技术。1.1污水源热泵系统(1)污水源热泵系统根据污水的处理状态可分为两类：一是以原生污水作为冷、热源的污水源热泵系统，该系统的污水未经处理，热源直接取自污水管网，就近使用。该系统热源温度较高，可利用的热能高，但原生污水成分复杂，容易堵塞，且对设备具有腐蚀作用。二是以城市污水二级出水作

3、为冷、热源的污水源热泵系统，该系统污水经处理后，水质得到改善，相应地减轻对设备的堵塞和腐蚀，但污水经多级处理后温度下降，可利用热能低，从而限制该系统的可行性。(2)污水源热泵系统根据污水与热泵接触与否可分为直接式系统和间接式系统。对于间接式系统，热源污水与屮介水进行换热后，再由屮介水与热泵接触，因此不会对热泵产生污染，但经多级换热，热能利用率大幅下降。直接式系统要求污水与热泵机组直接接触，能源利用率高，但存在技术、清洗、设计、运行等方面的问题，0前尚未开发出能与原生污水直接接触的热泵。目前应用较多的污水源热泵系统为以原生污水为冷、热源的间接式系

4、统和以二级出水为冷、热源的直接式系统。1.2污水源热泵系统原理间接式污水源热泵系统由防阻机、污水换热器、热泵机组和其他泵等辅助设备组成，系统原理见阁1，污水经防阻机后，大孔径污物被滤出返回污水源，滤后污水经泵送入污水换热器与中介水进行换热，换热后的污水返回防阻机，中介水则进入热泵机组进行热交换。直接式污水源热泵系统省去污水换热器环节，污水直接经过热泵机组进行换热。对传统污水源热泵系统进行改良，通过对阀门进行简单控制，可分别实现供暖和制冷系统。图1污水源热泵系统原理下载原图2污水源热泵的研宄与应用现状关于污水源热泵技术的研允始于20世纪80年代北

5、欧的一些发达国家，瑞典、挪威、日本等供热发达国家以城市原生污水作为热源，着手对直接式污水源热泵进行研究。1980年挪威开始建设第一个以城市原生污水为热源的低温热源热泵站,至今，瑞典的斯德哥尔摩己有超过40%建筑物采用热泵技术供热，其中10%是利用污水处理厂的出水。表1所列为挪威早期建立的一些以城市污水和工业废水为低位热源的大型热泵站。1987年，日本启动城市污水源热泵研允，据统计至2003年，円本东京已建立十儿个污水源热泵项目。随着能源与环境冲突加深，美国、德国、韩国等国也陆续投入到污水源热泵技术的研究。受限于原生污水的复杂成分，污水源热泵技术

6、研宄进展缓慢，对整个系统防腐、防堵、除垢等关键技术的研宄是未来污水源热泵系统研宄的难点和重点。我国每年排放的污水量巨大，据2003年统计文献显示排放量达464X10m/a，可利用的热量可供采暖面积为5亿m以上。然而我国对于污水源热泵的研究和对较晚，目前对城市污水源热泵技术的推广应用才刚刚起步，尚处于试验和研宄阶段。我国第一个直接式污水源热泵系统于2000年应用于北京高碑店污水厂，第一个原生污水源热泵系统于2001年在大庆投入使用。受限于污水源热泵的应用条件和技术难点，以原生污水为热源的热泵系统，一般采用间接式系统，如哈尔滨望江宾馆、北京悦都等;

7、直接式系统一般釆用二级出水为热源，如北京高碑店污水厂、北京奥运村污水处理项目、秦皇岛污水厂等。哈尔滨工业大学在国内污水源热泵技术研宄方面一直处于领先地位，截至2010年，孙德兴研发的污水源热泵间接式系统已经运用于20多项工程中，并研发专门的污水前置处理设备和换热设备，降低污水堵塞影响，提高换热效率。以原生污水为热源的直接式系统在能源利用率方面有着不可比拟的优势，未来研宄的重点和趋势在于如何克服原生污水对直接式系统的堵塞、腐蚀问题，以及对阻垢方法的探索和研宄，这也是污水源热泵在普遍推广应用之前需耍进行研究的几项关键技术。3污水源热泵应用的关键技术

8、由图1看出，污水源热泵系统的主要环节为:原生污水前置处理、污水换热器换热和热泵机组热交换。接下来分别从这几个环节来分析污水源热泵系统应用的关键技术。3