實(shí)用技術(shù)RENEWABLE ENERGY No.5 2006 (129 Issue in All)污水源熱泵技術(shù)及其應(yīng)用李洪，曲云霞(山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101)摘要:介紹了污水源熱泵的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)空氣源熱泵地源熱泵和污水源熱泵等不同采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效果分析顯示,污水源熱泵系統(tǒng)的初投資為地源熱泵的70%左右。綜合考慮初投資和運(yùn)行費(fèi)用等因素,污水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效果和環(huán)保效果最為顯著。關(guān)鍵詞:污水源熱泵;節(jié)能;環(huán)保中圖分類號(hào): TE08文 獻(xiàn)標(biāo)志碼: B文 章編號(hào): 1671-5292(2006)05- -0090- -03Technology and application on sewage- -source heat pumpsLI Hong, QU Yun-xia(Shandong University of Architecture and Engineering, Jinan 250101, China)Abstract: The paper introduces the features of sewage -source heat pumps and sewage dischargeamount in china. There are a few examples about the sewage -source heat pump with the building'sheating in Shandong University of Architecture and Engineering as example, the author analyzes thesystem economics with different types of heating, such as air-source heat pumps, ground-source heatpumps and sewage-source heat pumps and so on. The results show that advantages of sewage -sourceheat pump systems are remarkable in energy- -saving, economic and environment protection.Key words: sewage- source heat pump; economics; environment protection0引言我國(guó)的污水源熱泵應(yīng)用目前還剛剛起步。北城市污水中所賦存的熱能是一種可回收和利京高碑店污水處理廠、北京北小河污水處理廠、河用的清潔能源,棄之為廢,用之為寶。因此,在對(duì)城北秦皇島污水處理廠和哈爾濱馬家溝截流渠污水市污水進(jìn)行處理的同時(shí)利用其中的熱能，是城市項(xiàng)目等分別在這方面進(jìn)行了有益的嘗試，且運(yùn)行污水資源化利用的有效途徑"。效果良好。但目前應(yīng)用的供熱供冷面積較小,與污.污水處理廠的出水量大,水質(zhì)穩(wěn)定，常年溫度水中含有的巨大能量相比不成比例，污水源熱能在13~25C,污水源熱泵是以污水作為熱源進(jìn)行利用是大有潛力的2。制冷、制熱循環(huán)的一種空調(diào)裝置。污水源熱泵具有本文以山東建筑大學(xué)某教學(xué)樓為例，分別采熱量輸出穩(wěn)定,COP值高,換熱效果好,機(jī)組結(jié)構(gòu)用空氣源熱泵、地源熱泵和污水源熱泵3種不同緊湊等優(yōu)點(diǎn)。的供暖方式，充分驗(yàn)證污水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性.1污水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用和環(huán)保特性。對(duì)于城市污水中低位能源的開(kāi)發(fā)利用,前蘇聯(lián)方案-采用污水水源熱泵系統(tǒng)。本方案可以和北歐等區(qū)域供熱較發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)此方面的研究比充分利用學(xué)校的中水系統(tǒng)，利用中水管線將水輸較活躍。由于能源危機(jī)及環(huán)境問(wèn)題的日益突出,美送到中國(guó)煤化工統(tǒng)進(jìn)行供熱。該系統(tǒng)國(guó)、日本德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都紛紛投入大量的財(cái)力和工程MYHCNMHGF性能較好,操作簡(jiǎn)人力進(jìn)行此項(xiàng)研究,并取得了-定的發(fā)展。單，無(wú)須設(shè)專人管理。但是該技術(shù)目前在我國(guó)還未收稿日期: 2005-11-14作者簡(jiǎn)介:李洪(1980-),女,山東 泰安人,碩士研究生,研究方向?yàn)槲鬯礋岜媚Ｐ团c仿真。E-mail :lihongnv@sdai.edu.cn0可再生能源2006.5(總 第129期)實(shí)用技術(shù)成熟。在冬季循環(huán)中，換熱器1作為冷凝器,工方案二采用燃?xì)?空氣源熱泵系統(tǒng)。本方案系作系統(tǒng)中的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后,變成高統(tǒng)簡(jiǎn)單,初投資較低,其主要缺點(diǎn)是在夏季高溫和溫高壓的熱蒸氣,流經(jīng)換熱器1與循環(huán)水進(jìn)行冬季寒冷天氣時(shí)，熱泵的效率大大降低。系統(tǒng)制熱熱交換,放出熱量為用戶提供熱水供熱;同時(shí),量隨室外空氣溫度降低而減少，這與建筑熱負(fù)荷熱蒸氣冷凝成為液態(tài)工質(zhì),經(jīng)膨脹閥的降壓節(jié)需求趨勢(shì)正好相反。此外,在供熱工況下空氣源熱流轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)工質(zhì),經(jīng)換熱器2與泵的蒸發(fā)器上會(huì)結(jié)霜,需要定期除霜。中水進(jìn)行熱交換;工質(zhì)吸收污水中的熱量后溫方案三采用地源熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)大大提高度升高,蒸發(fā)為低溫低壓的氣態(tài)工質(zhì),被吸入了-次能源的利用率,具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)[3]。迄壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。至此,工質(zhì)進(jìn)行下一個(gè)工作今為止，制約該系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用的主要障礙是地,循環(huán)。通過(guò)這樣的循環(huán)過(guò)程,工作系統(tǒng)可以將下埋管的初投資較高,政府、建筑設(shè)計(jì)人員和公眾污水中的低位熱能轉(zhuǎn)化為可以直接利用的高對(duì)這-技術(shù)還缺乏了解。品位熱能。該工程空調(diào)面積約1000m,在各方案的比在夏季循環(huán)中，利用四通閥和單向閥的換較過(guò)程中，取濟(jì)南市的暑期為90d,供熱期為向作用，循環(huán)工質(zhì)在工作系統(tǒng)中的流向恰好與120 d。冬季相反，故換熱器2作為冷凝器,換熱器1作1.1各方案的耗能情況為蒸發(fā)器。工質(zhì)經(jīng)過(guò)類似冬季的循環(huán)過(guò)程后,吸耗能是指系統(tǒng)為設(shè)計(jì)負(fù)荷提供能量時(shí)所消耗收室內(nèi)的熱量,然后釋放到污水中,從而達(dá)到制的外界能量(如電能、天然氣等)。該工程中，各方冷的目的。案的耗能情況以平均單位負(fù)荷耗能量為計(jì)量單方案二采用上海某廠家生產(chǎn)的SA-30CDH位,計(jì)算公式為型雙機(jī)風(fēng)冷熱泵機(jī)組,其制冷性能系數(shù)為2.56, 供熱性能系數(shù)為2.96。q=(Q+Q)/W方案三采用豎井埋管和水/水熱泵機(jī)組系統(tǒng),式中:q-.單位負(fù)荷耗能量,kJ/kW;埋管總長(zhǎng)為1 600 m。Q-夏季制冷耗能量,kJ;各方案耗能情況統(tǒng)計(jì)如下表1所示。冬季供熱耗能量,kJ;表1 3種方案的耗能情況表W__年 累積工作負(fù)荷量,kW。方案類別方案一中，與污水直接接觸的換熱器采用沉能源種類污水源熱燃?xì)夂涂盏卦礋峤綋Q熱器，另-換熱器則采用常用的殼管式換泵系統(tǒng)氣源熱泵熱器,其工作原理如圖1所示。年耗能量/1x10* kJ368.47360.10419.85熱泵機(jī)組312.83328.65284.38循環(huán)水泵55.6431.45豎井水泵79.83=M下=天然氣耗量/m2.h-'0.141換熱器|1.2各種系統(tǒng)主要設(shè)備的初投資初投資是指技術(shù)方案中各部分設(shè)備的初.T四通閔投資之和,主要包括:土建費(fèi)、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)及其它費(fèi)用等。以單位負(fù)荷能力的投資量計(jì)算中國(guó)煤化工換熱器2CNMHG-wWI-三麗式中:k一單位負(fù)荷設(shè)備投資量,元/kW;美華鋪環(huán)K一設(shè)備投資費(fèi)用 ,元;圖1污水源熱泵系統(tǒng)原理圖N__系 統(tǒng)工作負(fù)荷能力,kW。)1實(shí)用技術(shù)RENEWABLE ENERGY No.5 2006 (129 Issue in All)樹(shù)立新能源安全觀確保合理能源價(jià)格國(guó)家主席胡錦濤在俄羅斯圣彼得堡舉行的八國(guó)全,我們應(yīng)該樹(shù)立和落實(shí)互利合作、多元發(fā)展、協(xié)同集團(tuán)同發(fā)展中國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人對(duì)話會(huì)議上，就全球能源保障的新能源安全觀。一是要加強(qiáng)能源開(kāi)發(fā)利用的安全問(wèn)題著重作了闡述?；ダ献鳌４_保穩(wěn)定的可持續(xù)的國(guó)際能源供應(yīng)及合.胡錦濤強(qiáng)調(diào),全球能源安全關(guān)系各國(guó)的經(jīng)濟(jì)命理的國(guó)際能源價(jià)格。二是要形成先進(jìn)能源技術(shù)的研脈和民生大計(jì),對(duì)維護(hù)世界和平穩(wěn)定. 促進(jìn)各國(guó)共發(fā)推廣體系。探討建立清潔、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的世同發(fā)展至關(guān)重要。每個(gè)國(guó)家都有充分利用能源資源界未來(lái)能源供應(yīng)體系。三是要維護(hù)能源安全穩(wěn)定的促進(jìn)自身發(fā)展的權(quán)利,絕大多數(shù)國(guó)家都不可能離開(kāi)良好政治環(huán)境。共同維護(hù)產(chǎn)油地區(qū)的穩(wěn)定,確保國(guó)國(guó)際合作而獲得能源安全保障。為保障全球能源安際能源通道安全。(摘自人民網(wǎng))各系統(tǒng)主要設(shè)備初投資量見(jiàn)表2。減少CO2的排放量13%,減少NO,排放量13%。表23 種方案的初投資比較2結(jié)論初投資費(fèi)用/元.kW-1①驅(qū)動(dòng)能源的消耗方面，燃?xì)夂涂諝庠礋岜迷O(shè)備名稱污水源熱燃?xì)夂涂盏卦礋嵯到y(tǒng)耗能最少，污水源熱泵系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)泵系統(tǒng)氣源熱泵泵系統(tǒng)則較高,但考慮其綜合經(jīng)濟(jì)效益,當(dāng)功率低于250豎井費(fèi)用47.78kW時(shí),電動(dòng)熱泵比燃?xì)鉄岜玫男б婧?。熱泵系統(tǒng)913.33399.34432.62豎井及土壤熱交換器1 028.57②假定電力增容費(fèi)、燃?xì)庠鋈葙M(fèi)不計(jì)算在換熱器256.82109.20118.30系統(tǒng)初投資內(nèi)，污水源熱泵的初投資為循環(huán)水泵13.661 183.81元/kW,燃?xì)夂涂諝庠礋岜玫淖钌?僅電力增容費(fèi)259.36為522.2元/kW,而地源熱泵系統(tǒng)的最多，達(dá)到天然氣增容費(fèi)1 349.991 640.93元/kW。由此可見(jiàn)，地源熱泵系統(tǒng)的初合計(jì)不計(jì)增容費(fèi)1 183.81522.201 640.93投資是燃?xì)夂涂諝庠礋岜孟到y(tǒng)的3倍多,而污計(jì)入增容費(fèi)1 443.171 872.191 900.29水源熱泵系統(tǒng)的初投資僅為地源熱泵系統(tǒng)的1.3運(yùn)行費(fèi)用比較根據(jù)日本某公司對(duì)不同供冷(供熱)方式的經(jīng)70%左右。③如果將兩項(xiàng)增容費(fèi)計(jì)入初投資,污水源熱濟(jì)分析結(jié)果，污水源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)的制冷加鍋泵系統(tǒng)為1443.17元/kW,是3種方案中最低的,爐系統(tǒng)相比,可節(jié)約40%的運(yùn)行費(fèi)用,比空氣源僅為另外兩種方案的76%左右。熱泵系統(tǒng)節(jié)約30%1。本文綜合考慮初投資、運(yùn)行費(fèi)用等因素,可以根據(jù)北京高碑店污水處理廠的污水源熱泵系看出,污水源熱泵系統(tǒng)方案的經(jīng)濟(jì)效果環(huán)保特性統(tǒng)試驗(yàn)工程測(cè)得的數(shù)據(jù)，與燃?xì)夂涂諝庠礋岜孟底顬轱@著,其次是地源熱泵系統(tǒng)方案，而燃?xì)夂涂战y(tǒng)、地下水水源熱泵系統(tǒng)相比,污水源熱泵系統(tǒng)的氣源系統(tǒng)方案的總費(fèi)用最高。運(yùn)行費(fèi)用最少,在投資有效期(取20 a)內(nèi),污水源熱泵系統(tǒng)的總運(yùn)行費(fèi)用大約是地下水水源熱泵.參考文獻(xiàn):系統(tǒng)的70%左右,是燃?xì)夂涂諝庠礋岜孟到y(tǒng)運(yùn)行[1]馮彥剛.城市污水資源化的研究[D].北京:北京工業(yè)大學(xué),2001.費(fèi)用的45%左右。據(jù)有關(guān)資料顯示，污水源熱泵系統(tǒng)與地源熱.2]周文忠,李建興,涂光備.污水源熱泵系統(tǒng)和污水冷熱能利用前景分析[].暖通空調(diào),2004.34(8):25- -29.泵系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用都僅為普通中央空調(diào)系統(tǒng)的[3]徐偉地源熱泵工程技術(shù)指南M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)50%~60%H。中國(guó)煤化工1.4排入環(huán)境的CO2和NO,量據(jù)文獻(xiàn)[5]介紹,與傳統(tǒng)空調(diào)方式相比,污水源4]京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.fYHCNMHG利用與建筑節(jié)能[M].北熱泵集中空調(diào)系統(tǒng)，可減少CO2的排放量40%~5]蔣能照.空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出51%,減少NO、排放量36%~49%;分散空調(diào)系統(tǒng)可版社，1997.)2