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 ENERCY & CREEN BUILDINGdoi: 109/.s167237.2010.10.008污水源熱泵的研究進展侯亞芹，司建偉(重慶市中設(shè)市政工程設(shè)計有限公司,重慶4002)0摘要:城市污水中 的熱能已被公認為是尚未有效開發(fā)和利用的清潔能源。污水熱源泵可充分利用污水中的廢熱，實現(xiàn)污水資源化，變廢為寶。簡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,分析了污水源熱泵在國內(nèi)外的研究進展。關(guān)鍵詞:污水; 熱源泵; 研究進展中團分類號: TU831文獻標志碼: A文章編號: 1673-7237(2010)10-0032-02HOU Ya qin, SI Jian -wei(Chongqing Zhonghe Engineering Design Co, lud, Chongqing 40023, China)Abstract: The heat in the domestic sewoge has been recognized as clean energo with iffectite delopment and uication. While thesewge source hea pumps con lake adoaniage of the waste heat in the sewcage 10 ochieve reclamation of sevage. In adin, the prineiple andcassification of sewage source heat pump were introduced, a well as is adoantages of environmental and energy- saing aspects. The researchprogress of sewagr source heat pump home and aboard was also analyzed.Key words: sewage; heat pump; research progress0引言的北方應用受到限制。而污水源熱泵則避免了上述問21世紀以來,隨著人口和經(jīng)濟的快速增長,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, -次性能源貯存量有限,終會埋管和垂直埋管,水平埋管形式埋管較淺,施工方便,導致枯竭，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，是導致環(huán)境污染和自然災害的禍首之一,因此,尋難以應用，只適合于較小的建筑和其他有適當土壤條找和開發(fā)利用可再生能源勢在必行。近年來,污水中件的地方;豎直埋管施工難度大,對地質(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。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。簡稱SSHP)將城市污水作為提取和儲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,利用污水源熱泵實現(xiàn)對建筑物的冬季供熱和夏資較少，省卻了打井、抽水、回灌等費用，而且避免了季制冷，具有雙重作用。該系統(tǒng)-般由污水源系統(tǒng)、熱回灌不當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- -種巨大的低溫余熱境狀況公報》,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589.2億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7.7億m2以上。統(tǒng)計數(shù)字表源熱泵系統(tǒng)理想的低溫熱源"。明:應用污水源熱泵系統(tǒng)比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上1.1與其他熱泵 系統(tǒng)的簡單比較的電中國煤化工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用效由于C交為穩(wěn)定,其制冷、CH率較低，結(jié)霜嚴重時甚至不能正常工作,因此,在寒冷制熱樂奴山口機的工L你照水向出CNMHa 0%左右，其運行收稿日期:2010-07-22:修回 日期: 2010-07-30費用僅為普通中央空調(diào)的50%~60%。32|1.3 污水熱能資源化的經(jīng)濟效益到制冷的目的。由于省去了鍋爐房和冷卻塔等附屬設(shè)施,污水源2.2 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)的費用,從而大大地降低了系統(tǒng)和以污水處理廠- -級、二級出水或中水作為冷熱系統(tǒng)的運行費用。日本實際運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,大約可降低運行費用30%左右叫。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)、燃氣空冷僅通過換熱器壁面進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、年運行費用、年運行成本3個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84.1% .85.0%.72.5%,為燃氣空用的是間接系統(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1.4污水熱能資源化的環(huán)保效果由于能源危機及環(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力和人力進行污水進行能量轉(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50年代起步，由于資金的問水系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃氣、燃油等鍋爐房系題發(fā)展較為緩慢:20世紀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;供冷時省去了冷卻國外還有-一定差距。對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)應用的典型實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熱源的熱泵站，第一臺 熱泵機組于放溫度,從而減輕了污水對水源水質(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)了第污染一個以凈化污水作為低溫熱源的熱泵系統(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,使用二級出水，供熱量2.1 污水源熱泵工作原理為39 000 kW.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,它具有入運行,總供熱能力達到1 200 MW,成為世界上應用以下特點: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年開始啟動城市污水熱能回收項目，截止到個供暖季和供冷季水溫波動不大:含有大量的熱能。2006 年,在已有的12個運行的熱泵系統(tǒng)中,4套設(shè)備據(jù)估計,城市社區(qū)產(chǎn)生的廢熱40%在污水中國。使用污水泵站的未處理城市污水作為熱源(實際為一冬季循環(huán)中污水源熱泵機組的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮級出水),另外8套設(shè)備使用二級或三級出水河。此外, .機壓縮以后,變成高溫高壓的熱蒸汽,流經(jīng)冷凝器與韓國學者N.C.Baek介紹了利用桑拿、公共浴池的廢循環(huán)水進行熱交換，放出熱量為用戶供熱,同時，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例。熱泵系統(tǒng)雖然為直接式，但以進入熱泵系作用以后,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)和機組之間設(shè)有污與污水進行熱交換,吸收污水中的熱量后,蒸發(fā)為低水的儲水池，將污水中的一些污雜物沉淀在池中心保溫低壓的氣態(tài)工質(zhì)后被吸入壓縮機進行壓縮,進行下證了機組的正常運行。一個循環(huán)過程。進入冷凝器的水為冷水,在冷凝器中3.2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)中國煤化工北京高碑店污水處蒸發(fā)器吸收污水中的熱量,連同壓縮機所消耗的電能理廠YH高碑店污水處理廠-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)CNMHG級出水作為低溫熱的換向作用,循環(huán)工質(zhì)在工作系統(tǒng)中的流向與冬季柏源,空調(diào)建筑面積為900m,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,從而達污水源熱泵 系統(tǒng); 2003年，北京密云檀(下轉(zhuǎn)第46頁)L33成為可能。3結(jié)語垂直軸風力發(fā)電機所占空間較小,風向改變時無風力發(fā)電與建筑相結(jié)合是個新生事物，尚處于摸需對風,一般安裝在建筑的樓頂。小型風力發(fā)電系統(tǒng)索階段,理論和經(jīng)驗都相當匱乏，必然存在各種各樣- -般作為獨立的電源為建筑物供電。由于電壓的不穩(wěn)的問題，發(fā)展風電建筑一體化的同時還要 考慮到風電定性，其發(fā)出的電能一般用于小區(qū)的公共照明和地下設(shè)備對風力資源的要求程度,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)展風電事業(yè);尤其是風電建筑路監(jiān)控、通訊機站、海上石油平臺、風光互補噴泉系一體化,有著非常重要的意義。隨著垂直軸風電機組統(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,風電建筑- -體化將進入一個快車道。隨著風垂直軸風力發(fā)電機還可以用于風能條件好、遠離電網(wǎng)電技術(shù)的進步，風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、探照燈、放的主流。像、通訊設(shè)備和電動工具用電。國內(nèi)首個風力發(fā)電建筑一-體化項目: 上海天山路參考文獻: .3 kW垂直軸風力發(fā)電機項目,在2009年9月中旬正[]趙勇強風力發(fā)電技術(shù)發(fā)展狀況與趨勢分析[].中國科技產(chǎn)業(yè), 2006(2);69-71.式發(fā)電應用。風電機組實測啟動風速2.2 m/s,優(yōu)于設(shè)[2]杜榮華風力發(fā)電機組動態(tài)特性仿真與控制系統(tǒng)研究[D].北京:華北計標準,發(fā)電穩(wěn)定,并與太陽能光伏電池共同供電,開電力大學,2007.創(chuàng)了上海市區(qū)建筑采用風光互補供電的先例。垂直軸[3]秦生升,風力發(fā)電系統(tǒng)的變槳距控制策略研究[D].南京:南京理工大風力發(fā)電機安裝在建筑上,開啟了我國風電建筑-體學2009.化的先河，也使得我國在風力發(fā)電建筑一體化領(lǐng)域走[4]艾志剛形式隨風-高層建筑與風力發(fā)電- -體化設(shè)計策略[]建筑學在了世界的前列。報2009(5):74-75.隨著節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保的措施進一- 步加大,新型垂直軸風力發(fā)電機作為今后中小型風力發(fā)電機的作者簡介:秦生升(1984), 女,江蘇射陽人,助教,電力系統(tǒng)及其自動發(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),從事風力發(fā)電的控制與仿真及電力系統(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- -定的技 術(shù)優(yōu)勢。究(qinssheng@126. com)。(上接第33頁)州污水廠燃煤鍋爐房改造,采用原生污勢下,城市污水中賦存的熱能已被公認為是尚未有效水熱泵技術(shù)供熱及部分制冷,運轉(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)的日趨成熟紀莊子污水處理廠采用二級出水作為熱源的熱泵系和快速發(fā)展為在實際工程中推廣和應用城市污水熱.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，也是在全國率先應用推廣污水源熱泵的省份之經(jīng)濟、環(huán)保的優(yōu)勢。污水源熱泵技術(shù)將城市污水資源一。2008年，山西國瑞大廈污水源熱泵示范工程竣化,變廢為寶,實現(xiàn)了能源的可持續(xù)發(fā)展.工,通過了財政部、住宅和城鄉(xiāng)建設(shè)部專家的驗收，這也是全國單體面積實施污水源熱泵過程最大的項目參考文獻:之一。我國近期城市污水源熱泵工程實例見表1。[1]宮曄污水熱泵系統(tǒng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計[D).濟南:山東建筑大學,表1我國近期城市污水源熱泵系統(tǒng)工程實例2008.[2]宋建華張建國陳永昌.污水源熱泵系統(tǒng)及其應用[].中國建設(shè)信息地點熱源建筑面積/m?投入時間系統(tǒng)工藝供熱制冷2007(7);30-33.北京高碑店污水廠二級出水9002001浸沒式[3]張雨.城市污水熱能資源化的研究及應用(D].長春:吉林大學2008.北京密云檀州污水廠原生污水 100002003殼管式[4]朱愛平污水源熱泵技術(shù)淺析[.科技創(chuàng)新導報200(24):102-103.大慶恒茂商城原生污水150002003浸沒式[5]尹璐.污水源熱泵系統(tǒng)中淋激板式換熱器的性能研究[D].哈爾濱:哈北京悅都大酒店原生污水.140002006間接式爾濱工業(yè)大學,2008.天津紀莊子污水廠二級出水.5 4482006管殼式[6]張力雋污水源熱泵直接系統(tǒng)技術(shù)要點及其與間接系統(tǒng)的比較[D].山西國瑞大廈31 3382008管殼式哈爾濱:哈爾濱T業(yè)大學.2008.天津公館54 0002008噴淋式中國煤化工呼和浩特溫馨家園小區(qū)原生污水238 200作者Y片CN M H G級工程師,碩土(xygx+4結(jié)論aoshan@163.com)o在全球面臨能源危機和環(huán)境污染日益嚴重的形46