污水源热泵的研究进展

2010年第10期总第38卷第236期建筑节能.■新能源与绿色建筑.No.10 in 2010 (Total No.236, Vol.38)NEW ENERCY & CREEN BUILDINGdoi: 109/.s167237.2010.10.008污水源热泵的研究进展侯亚芹，司建伟(重庆市中设市政工程设计有限公司,重庆4002)0摘要:城市污水中 的热能已被公认为是尚未有效开发和利用的清洁能源。污水热源泵可充分利用污水中的废热，实现污水资源化，变废为宝。简要介绍了污水源热泵的原理.分类及其节能环保方面的优势,分析了污水源热泵在国内外的研究进展。关键词:污水; 热源泵; 研究进展中團分类号: TU831文献标志码: A文章编号: 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引言的北方应用受到限制。而污水源热泵则避免了上述问21世纪以来,随着人口和经济的快速增长,能源题，且城市污水温度变化不大,保证了污水源热泵的枯竭和环境污染成为目前备受关注的社会问题。节约稳定性。能源和提高能源的利用效率是确保我国中长期能源土壤源热泵系统根据埋管的形式可以分为水平供需平衡的先决条件, -次性能源贮存量有限,终会埋管和垂直埋管,水平埋管形式埋管较浅,施工方便,导致枯竭，且化石燃料的燃烧是温室气体的主要来但是需要较大的土地面积,在土地资源紧张的城市中源，是导致环境污染和自然灾害的祸首之一,因此,寻难以应用，只适合于较小的建筑和其他有适当土壤条找和开发利用可再生能源势在必行。近年来,污水中件的地方;竖直埋管施工难度大,对地质条件要求较的热能及其利用逐渐成为国内外的研究热点。高,另外，土壤源传热效率比较低。相比之下,污水源1污水源热泵热泵系统则占地小，施工方便,传热效率高,且易于管城市污水源热泵系统(Sewage Source Heat Pump,理维护。简称SSHP)将城市污水作为提取和储存能量的基本与地下水水源热泵系统相比，污水源热泵系统投载体,利用污水源热泵实现对建筑物的冬季供热和夏资较少，省却了打井、抽水、回灌等费用，而且避免了季制冷，具有双重作用。该系统-般由污水源系统、热回灌不当引起的地下水污染问题。泵系统及末端系统三部分构成,各部分之间由污水管1.2 污水热能资源化的节能效果路和冷(热)水循环管网相连接。城市污水主要来源于我国目前正大力倡导节能降耗。据<(2009中国环生活污水、工业废水和雨水，是- -种巨大的低温余热境状况公报》,2009年全国污水的排放总量为源,具有“冬暖夏凉”的特性,现代化城市的污水处理589.2亿t。若全部污水热能再生利用,全国污水热能设施十分完善,每天排放大量处理后的污水，是污水可供暖空调建筑面积为7.7亿m2以上。统计数字表源热泵系统理想的低温热源"。明:应用污水源热泵系统比电锅炉加热节省2/3以上1.1与其他热泵 系统的简单比较的电中国煤化工2以上的煤炭资源。空气源热泵在外界环境温度较低的冬季应用效由于C交为稳定,其制冷、CH率较低，结霜严重时甚至不能正常工作,因此,在寒冷制热乐奴山口机的工L你照水向出CNMHa 0%左右，其运行收稿日期:2010-07-22:修回 日期: 2010-07-30费用仅为普通中央空调的50%~60%。32|1.3 污水热能资源化的经济效益到制冷的目的。由于省去了锅炉房和冷却塔等附属设施,污水源2.2 污水源 热泵系统分类热泵系统可以将污水热能直接供给需要区域,这样在污水源热泵系统按其利用污水的处理状态可分节省空间、减少设备及其占地面积的情况下,自然降为以未处理过的污水作为冷热源的原生污水源热泵低了设备投资和区域管网的费用,从而大大地降低了系统和以污水处理厂- -级、二级出水或中水作为冷热系统的运行费用。日本实际运行的城市污水热能回收源的热泵系统;根据污水与制冷剂之间的换热关系将与利用系统的测算结果表明，与以往其他热供给系统城市污水源热泵系统分为间接利用系统和直接利用相比较,大约可降低运行费用30%左右叫。朱爱平比系统，若污水与制冷剂之间不通过任何中介媒质而仅较了污水源热泵系统、地下水源热泵系统、燃气空冷仅通过换热器壁面进行间接换热的热泵系统就称为空调系统。结果表明污水源热泵的经济效益十分显直接利用系统;若热量传递过程中存在中介媒质则为著:设备投资、年运行费用、年运行成本3个方面分别间接利用系统。目前技术上比较成熟、工程上普遍采为地下水热源系统的84.1% .85.0%.72.5%,为燃气空用的是间接系统。冷空调系统的77.1%、35.0% .46.2%。3国内外污水源热泵的发展1.4污水热能资源化的环保效果由于能源危机及环境问题的日益突出，瑞典、日污水源热泵系统是利用了城市污水作为冷热源,本、德国等国家纷纷投入大量的财力和人力进行污水进行能量转换的供暖空调系统,污水经过换热设备后源热泵系统的研究,并取得了一定的发展。 但由于城留下冷量或热量返回污水干渠,污水与其他设备或系市污水水质的特殊性,一直以来进展缓慢。我国热泵统不接触,污水密闭循环,不污染环境与其他设备或技术研究较晚, 20世纪50年代起步，由于资金的问水系统。供热时省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系题发展较为缓慢:20世纪80年代有较大发展，但与统,无燃烧过程,避免了排烟污染;供冷时省去了冷却国外还有-一定差距。对城市污水源热泵系统的研究,塔,避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废直至20世纪90年代末期才引起重视。渣、废水、废气和烟尘。而且系统将城市污水作为制冷国外研究现状系统的冷却水,而不向空气中释放热量,这样可以减城市污水源热泵系统应用的典型实例是挪威奧轻城市的热岛现象,这说明利用城市污水热能可以减斯陆1980年开始建设利用城市污水干管中的未处理轻空气污染。另外,污水源热泵系统可以降低污水排原生污水作为低温热源的热泵站，第一台 热泵机组于放温度,从而减轻了污水对水源水质和生态环境的热1983年投入使用。瑞典塞勒于1981年研究开发了第污染一个以净化污水作为低温热源的热泵系统。1982 年2污水源热泵工作原理及分类建成了最大的污水源热泵站,使用二级出水，供热量2.1 污水源热泵工作原理为39 000 kW.1987 年,瑞典已有约100座热泵站投城市污水作为污水源热泵系统的冷热源,它具有入运行,总供热能力达到1 200 MW,成为世界上应用以下特点:污水量大且流量几乎全年保持恒定;夏季大型污水源热泵的代表国家之一-。日本东京政府从污水温度低于室外温度,冬季高于室外温度,且在整1987年开始启动城市污水热能回收项目，截止到个供暖季和供冷季水温波动不大:含有大量的热能。2006 年,在已有的12个运行的热泵系统中,4套设备据估计,城市社区产生的废热40%在污水中国。使用污水泵站的未处理城市污水作为热源(实际为一冬季循环中污水源热泵机组的循环工质经压缩级出水),另外8套设备使用二级或三级出水河。此外, .机压缩以后,变成高温高压的热蒸汽,流经冷凝器与韩国学者N.C.Baek介绍了利用桑拿、公共浴池的废循环水进行热交换，放出热量为用户供热,同时，热蒸水作为热泵热源,利用峰谷的电力为宾馆提供生活热汽冷凝成为低温液态工质,然后经膨胀阀的降压截留水的实例。热泵系统虽然为直接式，但以进入热泵系作用以后,转变为低温低压的液态工质,再经蒸发器统之前经过滤网的过滤,并在滤网和机组之间设有污与污水进行热交换,吸收污水中的热量后,蒸发为低水的储水池，将污水中的一些污杂物沉淀在池中心保温低压的气态工质后被吸入压缩机进行压缩,进行下证了机组的正常运行。一个循环过程。进入冷凝器的水为冷水,在冷凝器中3.2国 内研究现状吸收热量,加热为热水为用户供热,制冷剂工质流经中国煤化工北京高碑店污水处蒸发器吸收污水中的热量,连同压缩机所消耗的电能理厂YH高碑店污水处理厂-起传递给循环水。夏季循环:通过四通阀和单向阀开发CNMHG级出水作为低温热的换向作用,循环工质在工作系统中的流向与冬季柏源,空调建筑面积为900m,这也是我国最早的城市反。工质吸收室内的热量,然后释放到污水中,从而达污水源热泵 系统; 2003年，北京密云檀(下转第46页)L33成为可能。3结语垂直轴风力发电机所占空间较小,风向改变时无风力发电与建筑相结合是个新生事物，尚处于摸需对风,一般安装在建筑的楼顶。小型风力发电系统索阶段,理论和经验都相当匮乏，必然存在各种各样- -般作为独立的电源为建筑物供电。由于电压的不稳的问题，发展风电建筑一体化的同时还要 考虑到风电定性，其发出的电能一般用于小区的公共照明和地下设备对风力资源的要求程度,噪声污染，安全隐患以车库的照明等。它所发出的电能首先经过蓄电池贮存及与建筑的协调等因素。其中风力发电技术是制约其起来，然后再由蓄电池向用电器供电。小型风电系统发展的主要因素。然而随着能源短缺的加剧，环境污除用在建筑物中,还可用于城市的路灯照明、高速公染的急剧恶化，大力发展风电事业;尤其是风电建筑路监控、通讯机站、海上石油平台、风光互补喷泉系一体化,有着非常重要的意义。随着垂直轴风电机组统、景观照明系统、船舶供电系统、家庭供电系统等。的发展,风电建筑- -体化将进入一个快车道。随着风垂直轴风力发电机还可以用于风能条件好、远离电网电技术的进步，风电建筑一体化将成为未来节能建筑或电网不正常的地区,供给照明、电视机、探照灯、放的主流。像、通讯设备和电动工具用电。国内首个风力发电建筑一-体化项目: 上海天山路参考文献: .3 kW垂直轴风力发电机项目,在2009年9月中旬正[]赵勇强风力发电技术发展状况与趋势分析[].中国科技产业, 2006(2);69-71.式发电应用。风电机组实测启动风速2.2 m/s,优于设[2]杜荣华风力发电机组动态特性仿真与控制系统研究[D].北京:华北计标准,发电稳定,并与太阳能光伏电池共同供电,开电力大学,2007.创了上海市区建筑采用风光互补供电的先例。垂直轴[3]秦生升,风力发电系统的变桨距控制策略研究[D].南京:南京理工大风力发电机安装在建筑上,开启了我国风电建筑-体学2009.化的先河，也使得我国在风力发电建筑一体化领域走[4]艾志刚形式随风-高层建筑与风力发电- -体化设计策略[]建筑学在了世界的前列。报2009(5):74-75.随着节能减排、生态环保的措施进一- 步加大,新型垂直轴风力发电机作为今后中小型风力发电机的作者简介:秦生升(1984), 女,江苏射阳人,助教,电力系统及其自动发展方向,已越来越多地受到全世界的重视，我国到化专业,从事风力发电的控制与仿真及电力系统的稳定控制方面的研目前为止,在这一- 领域始终保持- -定的技 术优势。究(qinssheng@126. com)。(上接第33页)州污水厂燃煤锅炉房改造,采用原生污势下,城市污水中赋存的热能已被公认为是尚未有效水热泵技术供热及部分制冷,运转良好; 2006年,天津开发和利用的清洁能源。污水源热泵技术的日趋成熟纪庄子污水处理厂采用二级出水作为热源的热泵系和快速发展为在实际工程中推广和应用城市污水热.统取代原来锅炉采暖的形式;山西是我国的能源大能有效利用系统提供了可靠的技术保证，具有节能、省，也是在全国率先应用推广污水源热泵的省份之经济、环保的优势。污水源热泵技术将城市污水资源一。2008年，山西国瑞大厦污水源热泵示范工程竣化,变废为宝,实现了能源的可持续发展.工,通过了财政部、住宅和城乡建设部专家的验收，这也是全国单体面积实施污水源热泵过程最大的项目参考文献:之一。我国近期城市污水源热泵工程实例见表1。[1]宫晔污水热泵系统性能分析及优化设计[D).济南:山东建筑大学,表1我国近期城市污水源热泵系统工程实例2008.[2]宋建华张建国陈永昌.污水源热泵系统及其应用[].中国建设信息地点热源建筑面积/m?投入时间系统工艺供热制冷2007(7);30-33.北京高碑店污水厂二级出水9002001浸没式[3]张雨.城市污水热能资源化的研究及应用(D].长春:吉林大学2008.北京密云檀州污水厂原生污水 100002003壳管式[4]朱爱平污水源热泵技术浅析[.科技创新导报200(24):102-103.大庆恒茂商城原生污水150002003浸没式[5]尹璐.污水源热泵系统中淋激板式换热器的性能研究[D].哈尔滨:哈北京悦都大酒店原生污水.140002006间接式尔滨工业大学,2008.天津纪庄子污水厂二级出水.5 4482006管壳式[6]张力隽污水源热泵直接系统技术要点及其与间接系统的比较[D].山西国瑞大厦31 3382008管壳式哈尔滨:哈尔滨T业大学.2008.天津公馆54 0002008喷淋式中国煤化工呼和浩特温馨家园小区原生污水238 200作者Y片CN M H G级工程师,硕土(xygx+4结论aoshan@163.com)o在全球面临能源危机和环境污染日益严重的形46