污水水源热泵应用研究

[摘 要]综述了污水在水源热泵的应用及效果。水源热泵具有高效节能，绿色环保，方便舒适的特点；水源热泵是一种清洁能源，使用过程中不产生二次污染，在对锅炉燃烧有严格要求的地区，使用水源热泵具有较好的经济效益、环境效益和社会效益。

[关键词]污水；水源热泵；应用

中图分类号：TV538 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0069-01

1、前言

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术[1，2]。一般以COP（热泵系统所能实现的制热量和输入功率的比值）作为其节能评价指标。

污水厂出水是一个优良的引人注目的低温余热源，在整个采暖期（制冷期），水温波动不大，水资源集中，水质较好，是水源热泵理想的低温热源。大力开发以城镇污水处理厂二级出水为水源的水源热泵空调系统，不仅能解决人员取暖和设备保温问题，还能为企业为社会带来巨大的经济、环保效益。

2、水源热泵工作原理

水源热泵利用常温地下水（地表水）温度相对稳定的特性，分冬季和夏季两种运行模式。冬季：当机组在制热模式时，就从地下水（地表水）中吸收热量，通过电驱动的压缩机和热交换器把地下水（地表水）的热量集中，并以较高的温度释放到室内。夏季：当机组在制冷模式时，就从地下水（地表水）中提取冷量，通过机组的运行将冷量集中，送入室内，同时将室内的热量排放到地下水（地表水）中，达到空调的目的。

2.1 系统组成

水源中央空调系统的是由末端系统，水源中央空调主机系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机 “泵”送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机转移到水源中，以满足用户制冷需求。

2.2 水源应用条件

1、制热运行工况时，水源水温应为12-22℃，制冷运行工况时，水源水温应为18-30℃。

2、水源水pH值应为6.5～9.0。

3、水源水中CaO含量

4、水源水中矿化度

5、应用水源热泵系统时，应在系统中加装抗腐蚀的不锈钢换热器或钛板换热器。

6、设计取水量要考虑水温因素和取水量的保证率，取水构筑物标高与洪水季节水位的关系。

3、污水作为水源的可行性分析

3.1 污水源流量大且稳定

从表上可以看出，现有的污水厂处理量在0.2-3万m3/d，可满足的供热面积为0.8-12万m2，而各水厂需供热（制冷）的区域大致在0.05-0.5万m2，因此现有的污水处理量完全满足需求。

3.2 污水冬暖夏凉

冬季，即使在严寒地区，污水温度也在10 - 18 °C以上，是丰富的热源；夏季污水温度20 - 28 °C，是废热理想的排放处。

3.3 污水水质

现有的污水厂出水要求达到《国家城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准。

水质标准中悬浮物为10mg/L，pH值为6-9，满足水源热泵技术要求。同时现有的水源热泵系统均自带悬浮物过滤、防腐蚀设备，避免对供热设备产生影响。

3.4 污水热能利用区域较广

由于目前的热泵技术已发展到可直接回收利用未经处理的城市污水的热能阶段，扩大了在城市中使用的区域。

通过调查线主营水源热泵的厂家有：清华同方人工环境、北京赛诺特等。

3.5 其它可再生能源的局限性

地下水源热泵系统在我国发展受到限制，因为1）我国水资源匮乏；2）地下水源热泵系统井水回灌技术目前又不成熟；3）另外还有水井枯竭、老化等问题。

土壤源热泵系统中因为1）土壤换热效率低；2）系统初期投资高，运行产生故障不易检修。

因此以污水代替地下水和土壤作为热源，具有较大优势。

4、污水作为水源的科学性分析

污水源热泵技术消耗约25%的电能即可提取75%以上的污水热能，得到100% 的供热热能。使电能的利用率提高到4倍，若按火力发电0.33的效率计算，系统的一次能源利用率高达1.33，再高效的锅炉效率也在0.9以下，考虑辅助能耗及热损耗，污水热泵空调系统的一次能源的节能幅度达45%以上。

5、污水作为水源的经济性分析

水源热泵使用寿命约为20年，其消耗1KW.h的电量，用户可以得到4.3-5.0KW.h的热量或5.4-6.2KW.h的冷量。

以青岛某污水处理厂（供热面积：80*104m2，空调面积50*104m2）为例，分别对水源热泵系统、天热气直燃热泵机组进行经济效益节能对比。结果表明：直接式污水源热泵系统的总造价分别是燃气机组的88.5%，运行费用分别为后者的71.2%，费用年值分别为后者的75.8%。体现了直接式污水源热泵的经济性。

6、污水作为水源的环境效益分析

6.1水源热泵机组的电力能耗，与电供暖相比，相当于减少70%以上的温室气体的排放。

6.2采用水源热泵供热时可代替锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染，使环境更加洁净优美。

7、结论

1、水源热泵具有高效节能，绿色环保，方便舒适的特点。

2、水源热泵需增加预处理装置，使得进水满足使用要求。

3、水源热泵消耗1KW.h的电量，用户可以得到4.3-5.0KW.h的热量或5.4-6.2KW.h的冷量。

4、水源热泵是一种清洁能源，使用过程中不产生二次污染，在对锅炉燃烧有严格要求的地区，使用水源热泵具有较好的经济效益、环境效益和社会效益。

作者简介

李阳，（1974-），女，河北省保定市人，工程师，主要从事环境工程和环境影响评价工作。