城市污水源热泵应用的可行性分析

城市污水源热泵应用的可行性分析

宋建辉

博天环境集团股份有限公司天津分公司天津300042

摘要：近年来，城市污水源热泵应用的可行性得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了污水源热泵的工作原理，以及污水源热泵技术特点，并结合相关实践经验，从多个角度研究了污水源热泵在应用时需注意的问题，望有助于相关工作的实践。

关键词：城市污水源热泵；应用；可行性

1前言

作为一项实际应用效果良好的技术方法，城市污水源热泵技术的优势特点不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对城市污水源热泵应用的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化其在实际应用中的整体效果。

2概述

水源热泵就是污水热能利用的一种形式。它是以城市污水作为热源，通过消耗少量电能，在冬季把贮存于污水中的热能“提取”出来为建筑物供热；在夏季则把建筑物室内的热能“提取”出来，释放到污水中，从而降低室温，达到制冷效果的一种装置。随着我国人民生活水平的不断提高，空调和热水供应方面所消耗的能源显著增加，而这种能耗对温度的要求通常是在中低温区，对这部分能源的消费大多是通过燃烧煤、石油、天然气等获得高位能源来实现的，这不但浪费了大量的能源而且严重污染了环境。在能源和环境备受世界关注的今天，城市污水热能作为一种新的可再生能源比以往任何时候更加受到重视，因为它能够满足这部分中低温的能源需求，如果能被充分的利用，则可节省大量的高品位能源，减少城市废气废热的排放，达到节能环保的效果，同时也是实现污水资源化的有效途径。

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壳管式污水换热器换热，污水走管程，中介水走壳程；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与配管方式一般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；潜水泵的选择应设置相应的潜水池，并应从压水干管接出一根支管并伸到集水池底部，运行过程中应定期开启以将浮渣冲起并用水泵冲走；由于污水的黏性及对换热地面的污染，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壳管式换热器，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系统设计流程及其性能分析

4.1系统设计流程

（1）设计参数

应结合当地气候状况对系统全年动态负荷进行分析，确定系统热负荷以及供冷负荷大小，并决定设计参数是以供暖为主还是以供冷为主，之后确定设计供热或供冷负荷。

（2）热泵机组

热泵机组的运行参数尤其是供热参数将直接影响机组效率，不同热泵机组制热性能参数，进而可影响系统的经济性。冬季供暖工况下若水源热泵低温热源侧的进出口水温不发生变化，则热泵的供水温度对其制热性能系数影响较大；当蒸发器侧热源水的进出口温度不变，热泵机组的供水温度和供回水温度的差值对机组的COP值均会产生影响，但供水温度的影响更为严重，即表明热泵供水温度的选择更为重要。目前多采用半封闭螺杆式水源热泵机组。

（3）污水换热器参数

由于污水的腐蚀性及易结垢的特点，在换热器选用时应选用清洗方便、适应性强、处理量大并工作可靠的类型，目前多采用管壳式换热器。换热器的工程计算公式可采用下式：

Q=km·A·Δtm

式中：Km为整个传热面的平均传热系数，KW/（m2.K）；

A为传热面积，m2；

△tm为污水与中介水之间的平均温度差，℃。

同时由于污水内含有较多的油性物质，其经过换热管时会使其内壁挂模而增大换热热阻，影响换热效果，因此在选用换热器时除应保证其方便拆卸、清洗外还应考虑换热管壁粘泥所产生的热阻。

（4）水泵扬程

水泵扬程应考虑水系统总的沿程阻力和局部阻力损失、设备阻力损失以及系统的安全扬程；并应考虑管路内最低流速不可过低以防止污水在管内产生沉淀，其计算公式为：

Hp=Py+Pj+Ps+Pa

式中Hp为水泵扬程；Py、Pj为系统总的沿程阻力和局部阻力损失；Ps为设备阻力损失；Pa为系统安全扬程，一般取值为20Kpa。

4.2系统性能分析

（1）可行性分析

a.理论分析

目前国内污水排放量日益增多，且中东部地区人口密度大，污水排放相对集中，该现状为污水源热泵的利用提供了保证，资料显示给600万t污水降温3℃，则可获得相当于燃烧60万t煤所产生的热量，因此说给污水降温蕴藏着更为诱人的能量，因此说污水源热泵具有更为广阔的前景。

b.对环境友好

该系统以城市污水为冷热源无需消耗燃煤、燃油等一次性能源，运行中无烟气粉尘、废渣、废液等污染物质，该种性能可在很大条件下改善城市大气环境和地面环境。

c.节能潜力大

污水源热泵系统无需消耗矿产能源，其对降低现阶段能源危机有缓解作用，并切实可落实国家节能减排工作，可在一定程度上促进可持续发展。

（2）经济性分析

国内大部分地区城市污水在环境温度低于0℃时仍能保持在10～15℃，且夏季高温阶段污水温度仍可控制在25℃左右，温差较小的现实可使热泵机组的运行工况得到很大的改善，与空气源热泵机组相比其COP值也有明显提高，且该系统可省掉制冷机组和锅炉供热的冷却塔和锅炉，可在很大程度上节省机房占地面积，并可避免风冷机组室外机结霜和化霜现象；系统初投资包括系统所有部分投资，其中主要为土建费用、设备费用、安装设计费用、监理费用及不可预见费用等，但由于污水源热泵系统的负荷侧系统与其他形式冷热源空调系统基本相同，只是在机房部分不同，因此其经济性比较可从机房部分初投资进行。

5污水源热泵发展前景

与燃煤、燃气、然油等锅炉房系统相比，我国年污水排放量达464亿m3，可节省用煤量0.33亿t，以全国年总能耗30亿t标煤计算，达到了1.1%，若按暖通空调的一次能源消耗量10亿t标煤计算，达3.3%。同时每年可减少排放量达72万t。据相关统计，15万m2供冷、供热、以及供生活热水，年可节约标煤1万吨，减排二氧化硫300t、烟量2200万m3、颗粒物6400t，年少排炉渣2800t、废水600t。另外，污水源热泵系统将污水热能连同热泵机组本身产生热能一并转移到室内，能效比高达4.5～6.0，能源利用率是电采暖的3～4倍，污水源热泵与空气源热泵相比，夏季冷凝温度低，冬季蒸发温度高，能效比和性能系数大大提高，而运行工况稳定，比传统中央空调节30%～40%的运行费用，且污水源热泵技术系统无需设冷却塔，利用的是城市原生污水，节约了大量水资源的同时又开发创造出新的清洁型新能源。

6结束语

综上所述，加强对城市污水源热泵应用可行性的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的城市污水源热泵应用可过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施的科学性。

参考文献：

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