城市污水源熱泵系統的節能與環保評價法

高靜軒

（山西大學動力工程系山西太原030000）

城市污水源熱泵系統的節能與環保評價法

高靜軒

（山西大學動力工程系山西太原030000）

對于城市污水而言，是城市余熱型的清潔能源，作為熱泵冷熱源，滿足建筑物供暖和制冷的需求。因此，需要重視對其進行客觀分析，有效評論其在節能和環保方面的價值，明確起發展的潛力和方向。對于能源的發展，其發展方向主要是對新能源的開發以及對現有能源的節約，本文通過對城市污水源熱泵系統工作原理的介紹，對其性能進行了系統的分析和計算，明確了相關的性能指標。

城市；污水源；熱泵系統；節能；環保評價法

前言

對于污水源熱泵技術而言，其是重要的能源技術類別，具有全新性，在整個能源領域，備受關注。在熱泵的使用下，能夠實現對城市污水中的熱能進行合理、高效地回收，滿足建筑物在供暖和制冷方面的需求，使得回收的作用更加突出，價值巨大。因此，要重視對污水源熱泵工程相關數據和參數的分析，以期能夠收獲更加高效的節能目標，保證具有較強的經濟性，發揮其對社會發展的推動作用。

1 對城市污水源熱泵技術的闡述

1.1 系統介紹污水源熱泵系統的工作原理

對于污水源熱泵，其主要是將城市污水為熱源的水源熱泵，其機組原理圖如圖一所示。

圖1 污水源熱泵冷熱水機組工作原理圖

在夏季，系統處于制冷的狀態，處于用戶端的換熱器在功能上體現的是蒸發器，同時，污水端換熱器發揮冷冷凝器的功能。對于城市的污染，在抵達冷凝器之后，能夠及時將所存儲的冷涼進行排放，吸收制冷劑蒸汽中的熱量，實現全面吸收。此時，冷凝現象發生。對于液體的制冷劑，如果抵達膨脹閥，達到絕緣的狀態，此時，壓力和溫度都急速降低。但是，制冷劑的狀態為低溫低壓。在抵達蒸發器之后，滿足膨脹吸熱的作用，制冷劑蒸汽溫度更高，室內溫度出現快速下降，制動目標實現。在壓縮機的協助下，實現高溫制冷劑爭取的全面吸收，轉化為高溫高壓的蒸汽，而后抵達冷凝器，吸收污水中冷量，能實現對其的循環往復應用的追求。在整個系統構成中，不斷發生變化的是制冷劑，在滿足冷卻、膨脹、吸熱和壓縮的流程之后，城市污水的冷量被轉移，抵達冷系統，制冷作用突出。對于冬季供熱，污水側換熱器體現的是蒸發器的功能，滿足制冷目標的追求，換熱器應用為冷凝器，整個工作環節和流程恰好相反。通過吸熱、壓縮、冷卻以及膨脹之后，城市熱量發生轉移，滿足供熱需求。污水源熱泵系統依賴的是污染熱源，降低對電能的消耗，實現冬季貯存污水熱能的提取，滿足建筑物供熱需求。在夏季的時候，建筑物的熱能被提取，將其進行釋放，回歸污水之中，滿足屋內降溫的需求，制冷目標實現。在污染源熱泵空調系統中，主要是發揮了溫度對口和梯級利用的原則，滿足科學原則標準和要求，在應用低品位熱源的同時，供熱和制冷目的都能夠順利實現，滿足建筑物的基本功能，能耗得以降低，供需溫差處于最小狀態，能源利用效率提升，同時廢熱得到降低，排污規模減小。

1.2 對污水源熱泵系統特征和種類的劃分

對于整個污水源熱泵，其依靠的是水，將其作為冷熱源，實現制冷或者供熱的目的，發揮的是熱泵空調裝置的作用。為此，其融合了水和熱泵系統的各自特征，極具綜合性，熱泵系統的特點主要體現在：首先，污水的溫度變化不萌新，外界因素影響不大，尤其是不受自然因素的限制，氣候影響不大，能夠視為穩定的熱源類型。污水的熱能可以再低溫區實現應用，其經濟指標交互，如果在冬季，其經濟性能較高，電轉換率能夠達到450%。在這一過程中，污染物較少，不需要進行特殊處理和堆放，能夠實現供暖、供水等多功能。對于污水源熱泵，其類型較多，結合城市污水熱能和管道情況，可以將其分為泵吸式和熱交換式。另外，如果依據熱交換形式，可以分為直接和間接的形式。

1.3 對污水源熱泵系統發展里程的介紹

1.3.1 系統介紹國外污染源熱泵系統發展過程。針對污水源熱泵的應用，起源于國外，在國外發展速度更快，歷史更加悠久。上個世紀80年代，發揮熱泵技術的特點，對污水中的能力進行有效回收，推廣在供暖以及熱水供應領域，在諸多發達國家興起和發展，大批大型污水熱泵系統得以建成，尤其是在瑞典，其擁有上百座熱泵站，大量投入使用，供熱能力十分強大。發展到2001年，日本建立了幾十套熱泵系統，運行良好，對污水和原廢水具有更加強大的能力。結合實際和相關案例，對于處理完成之后的污水，將其視為熱泵熱源，并行優越于原生污染自身作為熱源。熱泵的制熱和制冷性能十分突出，因此，可以適當進行污水進出溫差的調整，切實提升供熱和制冷的規模。同時，污染熱能的直接處理方式明顯優于間接方式。

1.3.2 全面介紹我國污水源熱泵系統發展實際。污染源熱泵技術在我國起步和發展都較晚，但是，速度迅速，尤其是在污水熱能狀態方面理論研究和分析得到發展。另外，對城市污水冷熱源應用模式、設備裝置等方面都進行了系統的闡述。在北京建立了污水處理機構，熱能工程發展迅速。當前，我國建立了大批污水源熱泵供熱制冷系統，具有良好的運行狀態。隨著能源需求的提升以及能源問題的突出，環境污染及其突出，將廢棄的污水進行合理的凈化，實現對其回收價值的利用，提升運用的科學程度，同時，這種發展和需求彰顯急迫性。基于此，國家和相關機構也出臺了大量有關污水再生再利用的法律法規，以實現對污水再利用的積極引導。

2 借助污水的節能性能進行分析

基于城市污水熱能的再利用，立足供熱和制冷環節，探討污水源熱泵系統與空氣源人泵系統的差異，尤其關注能量削減與節能率，為節能系統的科學選擇奠定理論基礎。

2.1 對投入能量削減量的計算

在制冷情況下，

在供熱環境下，

在整個公式中，I為與空氣源熱泵洗相比較，污水源熱泵系統制冷或者供熱條件下投入能量削減量為kJ/d。其中，J代表了空氣源熱泵制冷的供熱系數，結合相關數據，可以將J冷設置為4.0，J熱設置為3.5。

2.2 對投入能量削減率的核算

投入能量削減率是投入能量削減量/可利用的熱量x100%=I/DX100%

結合以上公式，可以得到結果如圖2。

圖2 與空氣源熱泵系統相比的節能效果

3 利用污水熱能回收系統環保性能指標的計算與分析

對于城市污水熱能回收系統環保性評價指標而言，其主要考慮的是污水中CO2、SOX、NOX以及粉塵等污染物的削減量，還包含CO2的消減密度。可以依據如下公式進行污染物削減量的計算。

3.1 對污染物削減量的計算

對于污染物削減量而言，其計算公式為Z=ab/[c-(I-d)]在整個公式中，Z代表與空氣源熱泵系統的比值，城市污水熱能回收系統的污染物消減量，kg/d。其中，b代表了投入能力的消減量，與I值同，kj/d；c代表了電力輸出端的效率，通常設置為28%；d代表了輸電損失，設置為5%。由此，計算結果如圖三。

圖3 與空氣源熱泵系統相比，污染物的減排量

3.2 對CO2削減密度的計算X=Z’/m

在這一公式中，X代表了CO2的削減密度，kg/（d· km2）;Z代表的是CO2的削減量；m代表的是所在位置的面積。通過全面的計算和分析，在幾種污染物中，削減量最大的是CO2，其對于大氣污染作用明顯，是具有代表性的污染物質，同時，CO2的削減量與其它幾種物質呈現正相關系。與此同時，其它幾種物質的削減密度也能夠分析得出。通常情況下，CO2具有較高的削減密度，因此，利用其進行城市污水熱能的可能性就越高，其中，將污水熱能回收與空氣源系統進行對比，以上幾種物質和粉塵具有較為突出的削減量，對于大氣污染現象的改善具有突出作用。為此，借助污水源熱能回收系統，對于應對資源緊張問題意義重大，同時，有效抵制城市污染問題。

結語

綜上，要全面進行城市污水可利用能力的核算與分析，對污染源熱泵系統和空氣源熱泵系統的節能性進行相近對比。經過理論和實踐證明，在制冷和供熱統一的環境下，污染源熱泵系統比空氣源熱泵系統節能效果更加顯著，同時，對于減輕大氣污染作用顯著，借助這種方式，能夠獲取較好的節能減排的效果。城市污

水源熱泵系統在一次能源利用率方面比較突出，立足武商量的實際情況，設置合理的用能和節能系數，強化對環保的評估，切實提升實用價值。為此，在科學核算的基礎上，實現對這一技術體系的更加合理的應用。

[1]劉傳乾.污水源熱泵的性能分析與工藝設計研究[D].華中科技大學,2007.

[2]胡謙.污水源熱泵在長沙市的應用研究[D].湖南大學,2013.

[3]高宇.污水源熱泵空調系統的節能與經濟性研究[D].長安大學,2012.

[4]錢劍峰.直接式污水源熱泵系統節能與環保性能研究[J].建筑熱能通風空調,2011,01:18-22.