2010年第10期總第38卷第236期建筑節(jié)能■新能源與綠色建筑No 10 in 2010(Total No 236, Vol 38)NEW ENERGY GREEN BUILDINGdoi:10,3969/issn67372372010.10.008污水源熱泵的研究進(jìn)展侯亞芹,司建偉(重慶市中設(shè)市政工程設(shè)計(jì)有限公司,重慶40003)摘要:城市污水中的熱能已被公認(rèn)為是尚未有效開發(fā)和利用的清潔能源,污水熱源泵可克分利用污水中的廢熱,實(shí)現(xiàn)污水資源化,變廢為寶簡(jiǎn)要介紹了污水源熱泵的原理分類及其節(jié)能環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì),分析了污水源熱泵在國內(nèi)外的研究進(jìn)展關(guān)鍵詞:污水;熱源泵;研究進(jìn)展中圖分類號(hào):TU831文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào);1673-7237(2010)10003202Development of Sewage Source Heat PumpHOU Ya-gin, SI Jan-woei(Chongqing Zhongshe Engineering Design Co, Ltd, Chongqing 400023, China)ewage source hear pumps can take advantage of the waste heat in the sewage to achieve reclamation of sewage. In addition, the principleclassification of sewage source heat pump were introduced, as well as its advantages of environmentol and energ - saming aspects. The researchprogress of sewage souree heat pump home and aboard was also analyzedKey words: sewage: heat pump; research progress0引言的北方應(yīng)用受到限制。而污水源熱泵則避免了上述問21世紀(jì)以來隨著人口和經(jīng)濟(jì)的快速增長,能源題,且城市污水溫度變化不大,保證了污水源熱泵的枯竭和環(huán)境污染成為目前備受關(guān)注的社會(huì)問題。節(jié)約穩(wěn)定性能源和提高能源的利用效率是確保我國中長期能源土壤源熱泵系統(tǒng)根據(jù)埋管的形式可以分為水平供需平衡的先決條件,一次性能源貯存量有限,終會(huì)埋管和垂直埋管,水平埋管形式埋管較淺施工方便,導(dǎo)致枯竭,且化石燃料的燃燒是溫室氣體的主要來但是需要較大的土地面積在土地資源緊張的城市中源是導(dǎo)致環(huán)境污染和自然災(zāi)害的禍?zhǔn)字?因此,尋難以應(yīng)用只適合于較小的建筑和其他有適當(dāng)土壤條找和開發(fā)利用可再生能源勢(shì)在必行。近年來污水中件的地方;豎直埋管施工難度大,對(duì)地質(zhì)條件要求較的熱能及其利用逐漸成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。高,另外,土壤源傳熱效率比較低。相比之下,污水源1污水源熱泵熱泵系統(tǒng)則占地小,施工方便,傳熱效率高,且易于管城市污水源熱泵系統(tǒng)( Sewage Source Heat Pump,理維護(hù)。簡(jiǎn)稱SSH)將城市污水作為提取和儲(chǔ)存能量的基本與地下水水源熱泵系統(tǒng)相比,污水源熱泵系統(tǒng)投載體,利用污水源熱泵實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的冬季供熱和夏資較少,省卻了打井、抽水、回灌等費(fèi)用,而且避免了季制冷,具有雙重作用。該系統(tǒng)一般由污水源系統(tǒng)、熱回灌不當(dāng)引起的地下水污染問題。泵系統(tǒng)及末端系統(tǒng)三部分構(gòu)成,各部分之間由污水管1,2污水熱能資源化的節(jié)能效果路和冷(熱)水循環(huán)管網(wǎng)相連接。城市污水主要來源于我國目前正大力倡導(dǎo)節(jié)能降耗。據(jù)《2009中國環(huán)生活污水、工業(yè)廢水和雨水,是一種巨大的低溫余熱境狀況公報(bào)》,2009年全國污水的排放總量為源,具有“冬暖夏涼的特性,現(xiàn)代化城市的污水處理5892億t。若全部污水熱能再生利用全國污水熱能設(shè)施十分完善,每天排放大量處理后的污水,是污水可供暖空調(diào)建筑面積為77億m2以上。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表源熱泵系統(tǒng)理想的低溫?zé)嵩磫?。?應(yīng)用污水源熱泵系統(tǒng)比電鍋爐加熱節(jié)省23以上1.1與其他熱泵系統(tǒng)的簡(jiǎn)單比較的電能,比傳統(tǒng)的燃煤鍋爐節(jié)省2以上的煤炭資源?？諝庠礋岜迷谕饨绛h(huán)境溫度較低的冬季應(yīng)用效由于污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定,其制冷、率較低,結(jié)霜嚴(yán)重時(shí)甚至不能正常工作因此,在寒冷制熱系數(shù)比傳統(tǒng)的空氣源熱泵高出40%左右,其運(yùn)行收稿日期:20100722:修回日期:20100730費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50%~60%13污水熱能資源化的經(jīng)濟(jì)效益到制冷的目的由于省去了鍋爐房和冷卻塔等附屬設(shè)施污水源22污水源熱泵系統(tǒng)分類熱泵系統(tǒng)可以將污水熱能直接供給需要區(qū)域,這樣在污水源熱泵系統(tǒng)按其利用污水的處理狀態(tài)可分節(jié)省空間減少設(shè)備及其占地面積的情況下,自然降為以未處理過的污水作為冷熱源的原生污水源熱泵低了設(shè)備投資和區(qū)域管網(wǎng)的費(fèi)用,從而大大地降低了系統(tǒng)和以污水處理廠一級(jí)、二級(jí)出水或中水作為冷熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。日本實(shí)際運(yùn)行的城市污水熱能回收源的熱泵系統(tǒng);根據(jù)污水與制冷劑之間的換熱關(guān)系將與利用系統(tǒng)的測(cè)算結(jié)果表明,與以往其他熱供給系統(tǒng)城市污水源熱泵系統(tǒng)分為間接利用系統(tǒng)和直接利用相比較,大約可降低運(yùn)行費(fèi)用30%左右。朱愛平比系統(tǒng),若污水與制冷劑之間不通過任何中介媒質(zhì)而僅較了污水源熱泵系統(tǒng)、地下水源熱泵系統(tǒng)燃?xì)饪绽鋬H通過換熱器壁面進(jìn)行間接換熱的熱泵系統(tǒng)就稱為空調(diào)系統(tǒng)。結(jié)果表明污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)效益十分顯直接利用系統(tǒng);若熱量傳遞過程中存在中介媒質(zhì)則為著:設(shè)備投資、年運(yùn)行費(fèi)用、年運(yùn)行成本3個(gè)方面分別間接利用系統(tǒng)。目前技術(shù)上比較成熟、工程上普遍采為地下水熱源系統(tǒng)的841%850%725%,為燃?xì)饪沼玫氖情g接系統(tǒng)。冷空調(diào)系統(tǒng)的77.1%35.0%、46.2%3國內(nèi)外污水源熱泵的發(fā)展14污水熱能資源化的環(huán)保效果由于能源危機(jī)及環(huán)境問題的日益突出,瑞典、日污水源熱泵系統(tǒng)是利用了城市污水作為冷熱源,本、德國等國家紛紛投入大量的財(cái)力和人力進(jìn)行污水進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng),污水經(jīng)過換熱設(shè)備后源熱泵系統(tǒng)的研究,并取得了一定的發(fā)展。但由于城留下冷量或熱量返回污水干渠污水與其他設(shè)備或系市污水水質(zhì)的特殊性,一直以來進(jìn)展緩慢。我國熱泵統(tǒng)不接觸,污水密閉循環(huán),不污染環(huán)境與其他設(shè)備或技術(shù)研究較晚,20世紀(jì)50年代起步,由于資金的問水系統(tǒng)。供熱時(shí)省去了燃煤、燃?xì)?、燃油等鍋爐房系題發(fā)展較為緩慢:20世紀(jì)80年代有較大發(fā)展,但與統(tǒng),無燃燒過程避免了排煙污染:供冷時(shí)省去了冷卻國外還有一定差距。對(duì)城市污水源熱泵系統(tǒng)的研究,塔,避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢直至20世紀(jì)90年代末期才引起重視。渣廢水廢氣和煙塵。而且系統(tǒng)將城市污水作為制冷3.1國外研究現(xiàn)狀系統(tǒng)的冷卻水,而不向空氣中釋放熱量,這樣可以減城市污水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的典型實(shí)例是挪威奧輕城市的熱島現(xiàn)象這說明利用城市污水熱能可以減斯陸1980年開始建設(shè)利用城市污水干管中的未處理輕空氣污染。另外,污水源熱泵系統(tǒng)可以降低污水排原生污水作為低溫?zé)嵩吹臒岜谜?第一臺(tái)熱泵機(jī)組于放溫度,從而減輕了污水對(duì)水源水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的熱1983年投入使用。瑞典塞勒于1981年研究開發(fā)了第污染。一個(gè)以凈化污水作為低溫?zé)嵩吹臒岜孟到y(tǒng)。1982年2污水源熱泵工作原理及分類建成了最大的污水源熱泵站,使用二級(jí)出水,供熱量2.1污水源熱泵工作原理為39000kW。1987年,瑞典已有約100座熱泵站投城市污水作為污水源熱泵系統(tǒng)的冷熱源,它具有入運(yùn)行,總供熱能力達(dá)到1200MW,成為世界上應(yīng)用以下特點(diǎn):污水量大且流量幾乎全年保持恒定;夏季大型污水源熱泵的代表國家之一。日本東京政府從污水溫度低于室外溫度,冬季高于室外溫度,且在整1987年開始啟動(dòng)城市污水熱能回收項(xiàng)目,截止到個(gè)供暖季和供冷季水溫波動(dòng)不大;含有大量的熱能。2006年,在已有的12個(gè)運(yùn)行的熱泵系統(tǒng)中,4套設(shè)備據(jù)估計(jì),城市社區(qū)產(chǎn)生的廢熱40%在污水中使用污水泵站的未處理城市污水作為熱源(實(shí)際為冬季循環(huán)中污水源熱泵機(jī)組的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮級(jí)出水),另外8套設(shè)備使用二級(jí)或三級(jí)出水。此外,機(jī)壓縮以后,變成高溫高壓的熱蒸汽,流經(jīng)冷凝器與韓國學(xué)者 N. C. Baek介紹了利用桑拿、公共浴池的廢循環(huán)水進(jìn)行熱交換,放出熱量為用戶供熱,同時(shí),熱蒸水作為熱泵熱源,利用峰谷的電力為賓館提供生活熱汽冷凝成為低溫液態(tài)工質(zhì),然后經(jīng)膨脹閥的降壓截留水的實(shí)例。熱泵系統(tǒng)雖然為直接式但以進(jìn)入熱泵系作用以后,轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)工質(zhì),再經(jīng)蒸發(fā)器統(tǒng)之前經(jīng)過濾網(wǎng)的過濾,并在濾網(wǎng)和機(jī)組之間設(shè)有污與污水進(jìn)行熱交換吸收污水中的熱量后,蒸發(fā)為低水的儲(chǔ)水池,將污水中的一些污雜物沉淀在池中保1低壓的氣態(tài)工質(zhì)后被吸入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮,進(jìn)行下證了機(jī)組的正常運(yùn)行個(gè)循環(huán)過程。進(jìn)入冷凝器的水為冷水,在冷凝器中32國內(nèi)研究現(xiàn)狀吸收熱量,加熱為熱水為用戶供熱,制冷劑工質(zhì)流經(jīng)國內(nèi)應(yīng)用較早、較為突出的是北京高碑店污水處蒸發(fā)器吸收污水中的熱量,連同壓縮機(jī)所消耗的電能理廠。2000年,北京市排水集團(tuán)在高碑店污水處理廠一起傳遞給循環(huán)水。夏季循環(huán):通過四通閥和單向閥開發(fā)了污水源熱泵試驗(yàn)工程,以二級(jí)出水作為低溫?zé)岬膿Q向作用,循環(huán)工質(zhì)在工作系統(tǒng)中的流向與冬季相源,空調(diào)建筑面積為900m2,這也是我國最早的城市反。工質(zhì)吸收室內(nèi)的熱量,然后釋放到污水中,從而達(dá)污水源熱泵系統(tǒng):2003年,北京密云檀(下轉(zhuǎn)第46頁)成為可能。3結(jié)語垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)所占空間較小,風(fēng)向改變時(shí)無風(fēng)力發(fā)電與建筑相結(jié)合是個(gè)新生事物,尚處于摸需對(duì)風(fēng),一般安裝在建筑的樓頂。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)索階段,理論和經(jīng)驗(yàn)都相當(dāng)匱乏,必然存在各種各樣一般作為獨(dú)立的電源為建筑物供電。由于電壓的不穩(wěn)的問題發(fā)展風(fēng)電建筑一體化的同時(shí)還要考慮到風(fēng)電定性,其發(fā)出的電能一般用于小區(qū)的公共照明和地下設(shè)備對(duì)風(fēng)力資源的要求程度,噪聲污染,安全隱患以車庫的照明等。它所發(fā)出的電能首先經(jīng)過蓄電池貯存及與建筑的協(xié)調(diào)等因素。其中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是制約其起來然后再由蓄電池向用電器供電。小型風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)展的主要因素。然而隨著能源短缺的加劇,環(huán)境污除用在建筑物中,還可用于城市的路燈照明、高速公染的急劇惡化,大力發(fā)展風(fēng)電事業(yè),尤其是風(fēng)電建筑路監(jiān)控、通訊機(jī)站海上石油平臺(tái)風(fēng)光互補(bǔ)噴泉系體化,有著非常重要的意義。隨著垂直軸風(fēng)電機(jī)組統(tǒng)、景觀照明系統(tǒng)船舶供電系統(tǒng)、家庭供電系統(tǒng)等。的發(fā)展,風(fēng)電建筑一體化將進(jìn)入一個(gè)快車道。隨著風(fēng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)還可以用于風(fēng)能條件好、遠(yuǎn)離電網(wǎng)電技術(shù)的進(jìn)步,風(fēng)電建筑一體化將成為未來節(jié)能建筑或電網(wǎng)不正常的地區(qū),供給照明、電視機(jī)、探照燈、放的主流。像、通訊設(shè)備和電動(dòng)工具用電。國內(nèi)首個(gè)風(fēng)力發(fā)電建筑一體化項(xiàng)目:上海天山路3kW垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)項(xiàng)目,在2009年9月中旬正[]趙勇強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展?fàn)钚峙c趨勢(shì)分析門中國科技產(chǎn)業(yè),2006式發(fā)電應(yīng)用,風(fēng)電機(jī)組實(shí)測(cè)啟動(dòng)風(fēng)速22m,優(yōu)于設(shè)6071[2]杜榮華風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)特性仿真與控制系統(tǒng)研究]北京華北計(jì)標(biāo)準(zhǔn),發(fā)電穩(wěn)定,并與太陽能光伏電池共同供電,開電力大學(xué)207創(chuàng)了上海市區(qū)建筑采用風(fēng)光互補(bǔ)供電的先例。垂直軸凹]湊生升風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變距控制果略研究[]南京南京理工大風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在建筑上,開啟了我國風(fēng)電建筑一體學(xué),2009化的先河,也使得我國在風(fēng)力發(fā)電建筑一體化領(lǐng)域走{4艾志剛形式隨風(fēng)一高層建筑與風(fēng)力發(fā)電一體化設(shè)計(jì)建筑學(xué)在了世界的前列報(bào),2009(5)7475隨著節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保的措施進(jìn)一步加大,新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為今后中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的作者簡(jiǎn)介:秦生升(1984),女江蘇射陽入助數(shù)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)發(fā)展方向,已越來越多地受到全世界的重視,我國到化專業(yè)從事風(fēng)力發(fā)電的控制導(dǎo)仿真及電刀系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方面的研目前為止,在這一領(lǐng)域始終保持一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。究( qingsheng@126com)(上接第33頁)州污水廠燃煤鍋爐房改造,采用原生污勢(shì)下,城市污水中賦存的熱能已被公認(rèn)為是尚未有效水熱泵技術(shù)供熱及部分制冷,運(yùn)轉(zhuǎn)良好;2006年,天津開發(fā)和利用的清潔能源。污水源熱泵技術(shù)的日趨成熟紀(jì)莊子污水處理廠采用二級(jí)出水作為熱源的熱泵系和快速發(fā)展為在實(shí)際工程中推廣和應(yīng)用城市污水熱統(tǒng)取代原來鍋爐采暖的形式;山西是我國的能源大能有效利用系統(tǒng)提供了可靠的技術(shù)保證,具有節(jié)能、省,也是在全國率先應(yīng)用推廣污水源熱泵的省份之經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。污水源熱泵技術(shù)將城市污水資源2008年,山西國瑞大廈污水源熱泵示范工程竣化,變廢為寶,實(shí)現(xiàn)了能源的可持續(xù)發(fā)展工,通過了財(cái)政部、住宅和城鄉(xiāng)建設(shè)部專家的驗(yàn)收,這也是全國單體面積實(shí)施污水源熱泵過程最大的項(xiàng)目參考文獻(xiàn)之一。我國近期城市污水源熱泵工程實(shí)例見表1。門]宮曄污水熱泵系統(tǒng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)D]開南山東建筑大學(xué),表1我國近期城市污水源熱泵系統(tǒng)工程實(shí)例熱源建筑面積m2投入時(shí)間系統(tǒng)工藝2]宋建華張建國陳永昌污水源熱泵系統(tǒng)及其應(yīng)用門中國建設(shè)信息北京高碑店污水廠二級(jí)出水9002001浸沒式北京密云檀州污水廠原生污水10000殼管式3]張雨城市污水熱能資源化的研究及應(yīng)用D長春吉林大學(xué),2008大慶恒茂商城原生污水15000浸沒式4]朱愛平污水添熱泵技術(shù)淺析門科技創(chuàng)斷導(dǎo)報(bào)2008(24):102-10北京悅都大酒店原生污水140002006間接式5尹璐污水源熱泵系統(tǒng)中淋激板式換熱悉的性能研究[D哈爾濱哈天津紀(jì)莊子污水廠二級(jí)出水5448山西國瑞大廈原生污水31382008管殼式6張力雋污水原熱泵直接系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)及其與間接系統(tǒng)的比較[D天津公館原生污水540002008噴淋式哈爾濱爾濱工業(yè)大學(xué)2008呼和浩特溫馨家園小區(qū)原生污水238202008管殼式作者簡(jiǎn)介:侯亞芹(1976),女,重慶人,高級(jí)工程師,碩士hy結(jié)論aoshan @l在全球面臨能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的形