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| 污水源熱泵 |
污水源熱泵，主要是以城市污水作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。
目錄
基本內容
中文名：污水源熱泵
換熱設備：污水源智能自清防堵塞熱能採集器
產 地：北京
外文名：Sewage Water Heat Pump
用 途：建築採暖製冷、工業廢水餘熱回收
技術前沿：污水可直接進機組
發展
據統計，全球煤炭預計可采200年，石油可采30-40年，天然氣可采60年，在全球能耗以每年5%的增長速度下，化石燃料能源預計還能使用一二百年，世界能源短缺形勢嚴峻;我國人均能源貧乏，人均擁有量僅為世界平均值的1/2和美國的1/10。能源短缺問題更加嚴重。節約用能和開發新的能源已經成為全人類共同面對的迫切問題。我國已將節約資源和保護環境作為基本國策，將其提高到關係人民群眾切身利益和中華民族生存發展的高度，放在工業化、現代化發展戰略的突出位置，要求落實到每個單位、每個家庭。
能源與環境是可持續發展的兩大主題，目前以燃燒石化原料為主的建築物供暖空調不僅能耗量大，而且對環境造成極大污染。城市污水是由 工業廢水和 生活污水組成，水量巨大，是一種蘊含豐富低位熱能的可再生熱能資源，污水源熱泵空調系統則是以城市污水作為建築的冷熱源，解決建築物冬季採暖、夏季空調和全年熱水供應的重要技術，也是城市污水資源化開發利用的思路和有效途徑。同時減少了城市廢熱和CO₂、SO₂、NOX、粉塵等污染物的排放。
污水源熱泵系統是我國當前各類 熱泵技術中發展和應用前景最被看好的一種。目前，該技術較為成熟，國內外工程實例很多，20世紀80年代初在瑞典、挪威等北歐國家就已經開始對污水源熱泵技術的應用，而現在我國污水源熱泵也得到一定程度的應用。數據統計顯示，應用污水源熱泵系統比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能，比傳統的燃煤鍋爐節省l/2以上的煤炭資源。由於污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩定，其製冷、制熱係數比傳統的空氣源熱泵高出40%左右，其運行費用僅為普通中央空調的50-60%，詳《前瞻中國污水源熱泵行業市場調研與投資預測分析報告》。
在清潔供熱方式對比方面，污水源熱泵的經濟效益十分顯著：設備投資、年運行費用、年 運行成本3個方面分別為地下水熱源系統的84.1%、85.0%、72.5%，為燃氣空冷空調系統的77.1%、35.0%、46.2%。
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接組成。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。
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。
環保效益
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。
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。
運行穩定
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。
一機多用
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。
投資費用
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。
優勢表現：
◆ 與燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統相比，我國年污水排放量超過500億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。
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。
技術發展
國外研究應用進展
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發達國家比較活躍。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。自此發達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。
國內研究應用進展
國內應用較早、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900㎡，這是我國最早的城市污水源熱泵系統。
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，隨着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。
污水源熱泵在建築領域中的應用
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。隨着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。
應用因素
能源因素
包括能源的價格（電能、煤、油、燃氣等的比價）和能源的豐富性。當不同能源間的比價合 理或者能源緊張時， 污水源熱泵機組技術就有較好的發展大環境。
環境因素
當出於環境保護的考慮，對其他制熱方式（如燃煤製取熱能）有嚴格限制時，原生污水源熱 泵技術就具有更大的應用空間。
技術因素
包括通過熱泵循環、部件、工質的改進提高 污水源熱泵機組運行效率，利用材料技術簡化熱 泵結構、降低熱泵造價，利用測控技術提高熱泵的可靠性和操作維護的簡易性等，可是 熱泵技術比其他簡 單加熱方式具有更強的綜合競爭優勢。
低溫熱源
原生污水源熱泵技術與其他簡單加熱方法不同點之一是必須要有 低溫熱源。熱源的溫度越高 ，對提高 污水源熱泵機組的性能和應用優勢約有利。優勢能否有合適的低溫熱源，甚至是決定 熱泵技術應 用的關鍵因素，因此，利用相關領域的先進技術，拓展原生污水源熱泵的低溫熱源，也是促進熱泵技術應 用和發展的重要因素。 引用領域的開發：目前污水源熱泵機組已經應用於供暖、製冷、製取熱水、乾燥、種植、以及人工溫室 等各個領域。進一步了解不同產品生產工藝中的熱需求。並將熱泵技術和工藝有機結合，可為熱泵拓展更多的應用領域。
運行因素
污水水質問題
城市污水包括 工業廢水,工業冷卻水及 生活污水,而城市二級污水是經過一級物化處理和二級 生化處理,去除了污水中大量的雜質，降低了污水的腐蝕度,更有利於污水中熱能提取。
污水水溫保障
城市污冬暖夏涼,常年溫度穩定,污水水溫在冬季比環境溫度高15--20度,夏季溫度比環境溫度低10--15度.因此熱泵具有良好的熱源,污水源熱泵利用溫差在5度,因此污水源熱泵完全可以在高效率運行。
污水量的保證
城市污水水量的變化主要是 生活污水的變化,而生活污水的出水量基本保持不變。
原生污水防阻技術分析
原生污水防阻技術實現原理
城市原生污水源及地表水熱泵智能型污水 防阻機濾面自身旋轉，在任意時刻均有部分濾面位於過濾的工作區，污水中制定粒徑以上的固體、 懸浮物被濾面截留，使含有該粒徑以下固體懸浮物去 污水換熱器無堵塞換熱。另一部分濾面位於水力反衝區。
在濾面旋轉一周的時間內，每一個濾孔都有部分時間在過濾的工作區行使過濾功能，另一部分在反衝洗區被反洗，以恢復過濾功能。污水經由過濾後去換熱設備無堵塞換熱，換熱後的污水回到污水防阻機的反衝洗區對過濾面進行反衝洗，並將反衝洗掉的污雜物全部帶走並排回污水渠中。成功解決原生污水中大量雜物造成設備與管路的堵塞污染問題。採用該項設備可以保證城市原生污水換熱設備無堵塞地長時間運行，從而使大規模應用城市原生污水作為熱泵冷熱源成為現實。
污水直接進蒸發器技術
蒸發器內部結構專有設計，增強增大換熱效率。噴淋式蒸發器可以有效地提高機組的 蒸發溫度。專用 噴射泵在無能耗狀態下，完成系統的連續回油，安全可靠。專項設計的高效能 冷凝器，可降低機組的 冷凝溫度。
污水源熱泵雜物堵塞問題的解決
污雜物對管路堵塞問題
大顆粒物體堵住管徑的問題：智能污水 防阻機中濾網的孔徑為φ2（毫米）。換熱管內的銅管內徑為φ17（毫米）。 污水源熱泵機組之前採用污水專用防阻機，其濾網的孔徑為2 毫米，故直徑大於2 毫米的污雜物將會被防阻機阻止進入。
毛髮對管路堵塞問題
一般掛在內壁的長型污雜物直徑較細，所以將流經污水的通道表壁處理光滑，除了採用具體的專業處理外，同時還採用了 納米塗層技術解決內壁表面光滑的問題，來杜絕污雜物掛在內壁的可能性。採用 冷媒側作機組運行工況（即冬季制熱工況及夏季製冷工況）轉換時， 污水源熱泵機組中 冷凝器和蒸發器的功效將產生互換，因此該機組設計兩種工況下的換熱效果及水流量的適用性，又由於污水源熱泵機組的污水在不同城市是不一樣的，該技術根據具體情況對機組進行修正，來滿足機組在不同工況下的正常運作。
造成流經換熱器中的污水流速及流量的突變的原因是流通管道的形狀改變，出現此種狀況的位置是 換熱管與管箱的配合處，採用專項的方法將污雜物處於懸浮狀態來避免污雜物的沉積。
污水中高濃度脂肪對管路堵塞問題
防阻機與 污水源熱泵機組中間設計二級泵，一方面為機組供水，另一方面控制水流量和流速。
由於毛髮和牛羊動物脂肪較輕，只要控制好污水流量和流速就不會使其大量附着在管道內，少量脂肪的附着可以起到防腐的作用。例如在北京地區牛羊肉的吃法以涮為主，污水中的脂肪含量更大，而採用該技術在北京的很多項目都成功的解決了堵塞的問題，不會造成機組堵塞現象的產生。
污水腐蝕換熱器材質問題
換熱器材主要採用 海軍銅（軍用技術）。海軍銅主要成份：有機樹脂、納米SiO2。納米粒徑：30-100nm（納米SiO2）。乾膜厚度：5-20μm。此種合金具有較好的抗腐蝕性。[1]
參考文獻