污水源熱泵

所謂污水源熱泵，主要是以城市污水做為提取和儲存能量的冷熱源，藉助熱泵機組系統內部製冷劑的物態循環變化，消耗少量的電能，從而達到製冷制暖效果的一種創新技術。與其他熱源相比，污水源熱泵的技術關鍵和難點在於防堵塞、防污染、與防腐蝕。

污水源熱泵的工作原理

污水源熱泵的主要工作原理是藉助污水源熱泵壓縮機系統，消耗少量電能，在冬季把存於水中的低位熱能“提取”出來，為用戶供熱，夏季則把室內的熱量“提取”出來，釋放到水中，從而降低室溫，達到製冷的效果。其能量流動是利用熱泵機組所消耗能量（電能）吸取的全部熱能（即電能+吸收的熱能）一起排輸至高溫熱源，而起所消耗能量作用的是使介質壓縮至高溫高壓狀態，從而達到吸收低溫熱源中熱能的作用。
污水源熱泵系統由通過水源水管路和冷熱水管路的水源系統、熱泵系統、末端系統等部分相連線組成。根據原生污水是否直接進熱泵機組蒸發器或者冷凝器可以將該系統分為直接利用和間接利用兩種方式。直接利用方式是指將污水中的熱量通過熱泵回收後輸送到採暖空調建築物；間接利用方式是指污水先通過熱交換器進行熱交換後，再把污水中的熱量通過熱泵進行回收輸送到採暖空調建築物。

污水源熱泵空調系統的特點

我國北方地區，冬季採暖主要是依靠煤、石油、天然氣等石化燃料的燃燒來獲得。採暖與環保成為一對難以解決的矛盾。城市污水是北方寒冷地區不可多得的熱泵冷熱源。它的溫度一年四季相對穩定，冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，這種溫度特性使得污水源熱泵比傳統空調系統運行效率要高，節能和節省運行費用效果顯著。
總結起來，綠特污水源熱泵技術具有以下特點：
1.環保效益顯著
原生污水源熱泵空調系統是利用了城市廢熱作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統，污水經過換熱設備後留下冷量或熱量返回污水乾渠，污水與其他設備或系統不接觸，污水密閉循環，不污染環境與其他設備或水系統。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及黴菌污染。不產生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，環境效益顯著。
2.高效節能
冬季，污水體溫度比環境空氣溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高。而夏季水體溫度比環境空氣溫度低，所以製冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好於風冷式和冷卻塔式，機組效率提高。供暖製冷所投入的電能在1KW時可得到5KW左右的熱能或冷能。能源利用效率遠高於其他形式的中央空調系統。
3.運行穩定可靠
水體的溫度一年四季相對穩定，其波動的範圍遠遠小於空氣的變動，是很好的熱泵熱源和空調冷源，水體溫度較恆定的特性，使得污水源熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
4.一機多用，可套用範圍廣
污水源熱泵可供暖、空調，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。城市污水熱泵空調系統利用城市污水，冬季取熱供暖，夏季排熱製冷，全年取熱供應生活熱水，夏季空調季節可實施部分免費生活熱水供應。一套系統冬夏兩用，實現三聯供。
5.投資運行費用低
城市污水源熱泵具有初投資低，運行費低的巨大經濟優勢。運行效果良好，經濟效益顯著。污水熱泵系統的機房面積僅為其他系統的50%。系統根據室外溫度及室內溫度要求自動調節，可做到無人看管，同時也可做到聯網監控。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。
與其他供熱材料相比，污水源熱泵具備的優勢表現為：
◆ 與燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統相比，我國年污水排放量達464億m3，可節省用煤量0.33億噸，以全國年總能耗30億噸標煤計算，達到了1.1%，若按暖通空調的一次能源消耗量10億噸標煤計算，達3.3%。同時每年可減少排放量達72萬噸。據相關統計，15萬平方米供冷、供熱、以及供生活熱水，年可節約標煤1萬噸，減排二氧化硫300噸、煙量2200萬立方米、顆粒物6400噸，年少排爐渣2800噸、廢水600噸。
◆ 另外，污水源熱泵系統將污水熱能連同熱泵機組本身產生熱能一併轉移到室內,能效比高達4.5-6.0,能源利用率是電採暖的3-4倍, 污水源熱泵與空氣源熱泵相比,夏季冷凝溫度低,冬季蒸發溫度高, 能效比和性能係數大大提高,而運行工況穩定,比傳統中央空調節省30﹪-40﹪的運行費用。且污水源熱泵技術系統無需設冷卻塔,利用的是城市原生污水，節約了大量水資源的同時又開發創造出新的清潔型新能源。

污水源熱泵空調系統與同類產品初投資比較

污水源熱泵系統有良好的經濟效益，與地下水源熱泵、直燃機、熱網+水冷機組、燃煤+水冷機組等系統相比，該系統經濟優勢十分明顯。
1萬平米初投資列表

序號	空調類型	熱（冷）源設備（萬元）	其他費用（萬元）	合計（萬元）	功能
1	污水源熱泵系統	100	80	180	採暖+製冷+生活用水
2	地下水源熱泵系統	80	110	190	採暖+製冷+生活用水
3	熱網+水冷機組	70	150	220	採暖+製冷
4	土壤源熱泵	80	160	240	採暖+製冷+生活用水
5	直燃機	120	130	250	採暖+製冷
6	燃煤+水冷機組	160	100	260	採暖+製冷

10萬平米初投資列表

序號	空調類型	熱（冷）源設備 （萬元）	其他費用 （萬元）	合計（萬元）	功能
1	污水源熱泵系統	600	400	1000	採暖+製冷+生活用水
2	地下水源熱泵系統	480	600	1080	採暖+製冷+生活用水
3	熱網+水冷機組	420	800	1220	採暖+製冷
4	土壤源熱泵	480	800	1280	採暖+製冷+生活用水
5	直燃機	700	650	1350	採暖+製冷
6	燃煤+水冷機組	900	500	1400	採暖+製冷

1萬平米運行費用列表

序號	空調類型	採暖費（120天/萬元）	空調費（120天/萬元）	全年合計（萬元）	備註
1	污水源熱泵系統	16	12	28	0.8元/度
2	地下水源熱泵系統	17	13	30	0.8元/度
3	土壤源熱泵	18	14	32	0.8元/度
4	直燃機	25	18	43	2.1元/立方
5	熱網+水冷機組	27	20	47	0.8元/度
6	燃煤+水冷機組	36	20	56	0.8元/度

10萬平米運行費用列表

序號	空調類型	採暖費（120天/萬元）	空調費（120天/萬元）	全年合計（萬元）	備註
1	污水源熱泵系統	156	110	266	0.8元/度
2	地下水源熱泵系統	167	116	283	0.8元/度
3	土壤源熱泵	168	140	308	0.8元/度
4	直燃機	238	178	416	2.1元/立方
5	熱網+水冷機組	255	189	444	0.8元/度
6	燃煤+水冷機組	344	200	544	0.8元/度

污水源熱泵機系統換熱組

污水源熱泵系統目前在國內主要有兩種套用方式
一種是利用防堵機技術把污水過濾後直接進入熱泵機組，此種是對污水的直接利用，污水直接利用，進入熱泵機組的熱源溫度較高，從理論上，系統能效比較高；但是在實際套用中，防堵機和污水熱泵需要經常清洗，防堵機和熱泵機組都為電氣機械產品，經常堵塞、腐蝕等問題，使得的系統運行壽命降低，且清洗時，系統不能運行。
另一種污水的利用方式是，污水經過離心污水換熱器，間接利用，離心污水換熱器不存在堵塞及腐蝕且清洗周期較長，由於間接利用，中介質水為軟化水，進入熱泵機組，不影響機組的壽命，清洗周期較長。離心污水換熱器工作原理 該換熱技術是介於殼管式換熱和板式換熱之間的一種換熱技術，換熱技術 原理為，設計專用污水流道，解決了堵塞問題，污水在換熱器內形成渦流，中介水在換熱器內形成反向渦流，完全進行逆流換熱，有效地提高了換熱效率。產品特點換熱器無需配置任何前置水處理。換熱器具有效率高、抗污染、耐腐蝕且容易清洗維護的特點。 2、防堵、防垢:採用了獨特的單通流道換熱、保證了較大的流通換熱空間、最大限度的減少了污染物的堵塞機率、同時在流道內保持合理的流速、避免污垢在換熱器表面沉積。 3、高效換熱:與傳統殼管式換熱器相比、其換熱形式為純逆流換熱、換熱效率高 4、維護方便：換熱器不易積垢、清洗維護周期比較長、採用單通道換熱、使換熱器清洗工作相對比較簡單,達到自清潔換熱效果 5、換熱器材料為碳鋼時壁厚大於3.5mm，採用RHES-847塗料為雷諾特公司及合作科技機構根據國內碳鋼材料換熱用防腐塗層改進而來；系熱固型氨基3環塗料。添加有防沉劑、鋁粉及顏料，提高塗層防腐蝕與導熱性能。
RHES-901塗料
該塗料是以漆鈦料為基再調配合適的顏舔料的新型塗料，利用生漆中主要成分漆酚與鈦化合物經化學反應後，加入適量的輔助劑，經特殊加工製成的新型漆酚鈦鰲合高聚物的防腐塗料。
RHES-22塗料
該塗料具有耐酸、耐鹼、耐高溫、奶油、耐有機溶劑和鹽溶液的特性。級防腐應對污水腐蝕問題產品套用 以城市污水、地下水、土壤、江湖湖水、油田回注、工業餘熱等作為冷熱源；可以滿足住宅、商場、寫字樓、學校、醫院、酒店、車站、機場等建築製冷、制熱要求；

污水源熱泵技術的發展

1、國外研究套用進展　
對城市污水源熱泵空調系統的研究，日本、挪威、瑞典及一些其它北歐等供熱已開發國家比較活躍。最早起源於楊圖夫斯基(前蘇聯)等人對河水、污水、海水的利用探討，1978年，楊圖夫斯基等人對熱泵站供熱與熱化電站、區域鍋爐房集中供熱進行比較，得出熱泵站供熱可節省燃料20%-30%，並提出利用莫斯科河水作水源熱泵站區域供熱方案。1981年6月，瑞典在塞勒研究開發了第一個淨化污水源熱泵系統。自此已開發國家紛紛投入大量的財力和人力進行此項研究，並取得了一定的發展。
2、國內研究套用進展　國內套用較早、較為突出的是北京高碑店污水處理廠的二級出水。2000年，北京市排水集團在高碑店污水處理廠開發了污水源熱泵實驗工程，空調建築面積900m2，這是我國最早的城市污水源熱泵系統。
3 .污水源熱泵的弊病 城市原生污水成分及其複雜，且不穩定，含有多種懸浮物質，絮狀物，油脂，固體顆粒，以及生活垃圾，隨著污水源熱泵的使用越來越廣泛，很多的弊病也被彰顯出來，其中最重要的就是要按時把污水源熱泵進行拆開來進行清洗，需要耗費大量的人力和精力，而且一般清洗時建築物無法進行供暖製冷。一般解決辦法分為兩種：一個是採用化學液體或者是高壓水槍進行清洗內部結構，但是由於污水源熱泵的結構較為複雜，所以給清洗造成了很大的不便；另一個就是在污水源熱泵前面加離心污水換熱器使其構成一整套的污水源熱泵系統的方法，污水換熱器使用防堵塞免拆洗的離心污水換熱器，這樣就避免了污水源熱泵的沖洗。
但是無論如何，污水源熱泵的節能與環保都使得其成為現在採暖製冷的主流趨勢，以後估計也會得到越來越多得普及。
4 污水源熱泵在建築領域中的套用
污水源熱泵主要適合於賓館、飯店、寫字樓、工廠等建築空調、工藝冷卻、加熱和製取衛生熱水。北京南站屬於大型的公共建築，建築面積約25萬平米，採用污水源熱泵進行改造後，每年可節電約500萬度，節能環保效果非常顯著。隨著我國節能改造的不斷深入，污水源熱泵所帶來的社會效益和經濟效益必將十分巨大，在具備污水源條件的地區必將逐步並最終取代傳統製冷制熱方式。