城市污水冷熱源應(yīng)用發(fā)展的研究

張園　王勝利　楊磊　趙瑩瑩　宛立

（大連海洋大學(xué)　遼寧大連）

前言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市居民的污水排放量也逐年上升，城市能源危機(jī)也進(jìn)一步加深。因此，高效地重復(fù)利用可再生能源已迫在眉睫，在全球面臨著環(huán)境污染和能源短缺日益嚴(yán)重的局勢(shì)下，城市污水中所賦存的熱能和冷量是未被有效開(kāi)發(fā)和使用的可再生清潔能源[1]。

1　污水熱利用

城市生活污水是一種蘊(yùn)含豐富低位熱能的理想清潔能源，占城市區(qū)域廢熱百分比很高。水溫相對(duì)較高，隨季節(jié)環(huán)境變化幅度較小，并且具有冬暖夏涼、排水量大、取用方便等特點(diǎn)[2]。城市生活污水全年溫度在10～25℃之間，若污水處理廠用管道排水時(shí)，排放污水的溫度在10～12℃，夏季溫度27～28℃；用泵排水時(shí)，污水排放溫度冬季10℃，夏季25℃；污水廠出水溫度一般高于進(jìn)水水溫1～2℃。合理使用這些熱能，可以在提高能源利用率的同時(shí)，減少電能及煤炭的消耗，進(jìn)而減少有害氣體的排放量，節(jié)省了燃燒煤炭所產(chǎn)生的供暖費(fèi)用，能夠帶來(lái)良好的環(huán)境效益以及社會(huì)效益。

1.1　污水源熱泵系統(tǒng)

污水源熱泵系統(tǒng)在城市污水的廢熱利用上具有廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景。其原理是使用專(zhuān)用的換熱設(shè)備從污水中吸取熱量，中介水進(jìn)入蒸發(fā)器后，制冷劑吸收中介水中的熱量，經(jīng)過(guò)循環(huán)泵動(dòng)力之后，中介水在蒸發(fā)器和換熱器之間循環(huán)。污水不會(huì)進(jìn)入用戶(hù)的供暖管道，在其獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)中流動(dòng)，污水通過(guò)換熱設(shè)施留下熱量后返回污水管道，不會(huì)給環(huán)境和其他設(shè)備或水系統(tǒng)帶來(lái)污染，具備能量利用效率高、換熱效果好、人為可控、熱量輸出條件穩(wěn)定等特點(diǎn)。水源熱泵機(jī)組根據(jù)使用不同的側(cè)換熱設(shè)備，分為冷熱風(fēng)型和冷熱水型；根據(jù)使用的冷熱源不同分為水環(huán)式、地下水式、地下環(huán)路水源熱泵機(jī)組。

1.2　國(guó)內(nèi)外污水熱能利用技術(shù)

目前，污水水源熱泵技術(shù)在一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)有了較多研究和應(yīng)用。1850年法國(guó)巴黎著名的污水系統(tǒng)就有對(duì)建筑物加溫的功效，類(lèi)似系統(tǒng)在挪威與日本試驗(yàn)都很成功。例如日本東京的落合污水處理廠，就是把處理過(guò)的原污水，作為污水源熱泵的熱源，利用熱泵對(duì)其建筑及污水廠進(jìn)行空調(diào)和熱水供應(yīng)[3]；加拿大溫哥華冬季奧運(yùn)選手村同樣利用了廢水熱能。現(xiàn)在我國(guó)污水源熱泵的研究也得到初步進(jìn)展，目前已在小范圍的應(yīng)用，受到政府的高度關(guān)注和支持。

1.3　污水余熱利用存在的問(wèn)題

對(duì)于供暖只能就近利用，如果污水輸送距離用戶(hù)過(guò)遠(yuǎn)，會(huì)造成污水熱量損失，并增加投資建設(shè)費(fèi)用。污水會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生堵塞及侵蝕作用，管道內(nèi)泥沙容易堆積，影響熱泵機(jī)組的正常運(yùn)行，壓力上不去，影響供熱溫度。一定數(shù)量的城市排水量所提供的熱源有限，因此使用城市污水作為供暖熱量，需要有足夠的污水排放量，前期投入成本較高，維護(hù)不是十分方便，對(duì)于供暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)也存在問(wèn)題。這種全新的供暖模式，政府目前還沒(méi)有明確的定價(jià)。

2　污水冷量利用

夏季城市污水在管路中損失的冷量，可用于制冷降溫將其回收。這樣不僅減少了能源消耗，而且制冷過(guò)程中沒(méi)有污染氣體排放，有利于室內(nèi)溫度的降低，具有較高的社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益。冷量回收在日本比較受重視，這項(xiàng)工藝己經(jīng)在很多的工程建筑中得到應(yīng)用。我國(guó)對(duì)城市生活污水中的冷量回收利用，近年才開(kāi)始有一定的研究，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用實(shí)例較少。

2.1　污水源降溫

在夏季城市污水的溫度要比環(huán)境溫度要低得多，由于污水源與環(huán)境之間溫度差較大，所以環(huán)境中的熱量能夠高效地被帶走，室內(nèi)的熱量被管道中的水吸取出來(lái)，通過(guò)管道排出至室外，從而降低室溫，達(dá)到降溫的效果。熱傳遞是自然界和工程技術(shù)范圍中極為廣泛的一種傳遞，水和空氣的傳熱系數(shù)較大，水冷效果比風(fēng)冷要好得多，水冷能夠帶走更多的熱量。

在高中語(yǔ)文教學(xué)中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)也是一項(xiàng)經(jīng)常會(huì)進(jìn)行的活動(dòng)。注重評(píng)價(jià)的科學(xué)性、合理性、激勵(lì)性，可以在更大程度上提高學(xué)生對(duì)教師的親近感，拉近教師同學(xué)生之間的距離，激發(fā)學(xué)生更大的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。相反的，教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)不合理，就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣嚴(yán)重喪失，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性造成嚴(yán)重的打擊。因此教師應(yīng)當(dāng)遵循公平、公正原則，遵循民主平等原則，注重對(duì)學(xué)生的表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)，避免對(duì)學(xué)生的挖苦、諷刺、打擊，對(duì)學(xué)生進(jìn)行錯(cuò)誤方面的分析，并對(duì)學(xué)生指明正確的奮斗方向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力，給學(xué)生一個(gè)整體、公平、合理、科學(xué)的評(píng)價(jià)，以保證學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的不斷激發(fā)。

2.2　污水冷量利用存在問(wèn)題

污水的換熱與清水不同。污水比清水黏度大，約是清水的15倍[4]，由于污水的非均質(zhì)特性，污水在管道壁面會(huì)形成不可避免的附著物，加大熱阻。這些因素是影響污水源作為冷量制冷降溫效率的問(wèn)題。

3　污水能量利用優(yōu)點(diǎn)

利用污水源供熱，省去燃煤系統(tǒng)，沒(méi)有燃燒過(guò)程，減少了有害氣體和溫室氣體的排放。夏季供冷時(shí)，省去冷卻水塔，減少噪聲和污染。城市生活污水在夏季可作為冷源和低溫能源，在冬季作為熱源。這種溫度特性比空調(diào)系統(tǒng)的使用要節(jié)能20%，由于污水水溫較穩(wěn)定，明顯小于環(huán)境溫度波動(dòng)范圍，因此具有很高的可控性。

4　結(jié)語(yǔ)

對(duì)城市污水所賦存的熱能和冷量進(jìn)行回收利用，實(shí)現(xiàn)能源多級(jí)利用，是具有明顯的節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。因城市生活污水的溫度條件及排放量較大的特點(diǎn)，使得污水利用技術(shù)可以得到推廣應(yīng)用。