污水水源熱泵空調技術利用研究

李文強

【摘 ?要】能源與環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展的兩大主題，目前以燃燒石化原料為主的建筑物供暖空調不僅能耗量大，而且對環(huán)境造成極大污染。隨著我國科技的不斷進步，熱泵空調技術也在不斷發(fā)展。其中，水源熱泵在空調系統(tǒng)中運用十分廣泛，水源熱泵空調技術可以利用水源在夏天進行供冷，在冬天進行供熱，為了進一步加強節(jié)能減排工作，有效應對全球氣候的變化，其中可以利用污水水源代替相應的能源。對于污水中的熱能能夠得到有效運用成為了業(yè)內關注的重點，城市污水是由工業(yè)廢水和生活污水組成，水量巨大，是一種蘊含豐富低位熱能的可再生熱能資源，污水源熱泵空調系統(tǒng)則是以城市污水作為建筑的冷熱源，解決建筑物冬季采暖、夏季空調和全年熱水供應的重要技術，也是城市污水資源化開發(fā)利用的思路和有效途徑，同時減少了城市廢熱和CO、SO、NOX、粉塵等污染物的排放。我國的城市污水可利用資源十分豐富，通過技術手段充分利用污水中的熱能提高熱泵的能源效率，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。本文通過對污水水源熱泵空調技術的利用進行分析研究，以供參考。

【關鍵詞】污水水源熱泵;技術研究;節(jié)能減排;環(huán)保

前言

隨著水源熱泵系統(tǒng)技術的不斷進步完善，就目前來說，業(yè)內已經(jīng)組建了相當完善的水源熱泵系統(tǒng)。水源熱泵樣機的使用可以有效利用地下水作為熱泵的熱源側進行供熱和供冷，且如今對于節(jié)約能源以及環(huán)保的呼吁越來越高。為應對水資源的不足對水源熱泵利用的掣肘，研究人員將目光轉向了污水系統(tǒng)。我國城市污水處理廠的二級、三級出水是一種很好的低品位熱源，結合熱泵技術的應用，可以在冬季制造四十多度到五十度的出水，而在夏季，可以提供七度冷水，完全能夠滿足城市鄉(xiāng)村的空調需求。污水水源熱泵的使用投入資金相對普通的水地源熱泵來說比較小，規(guī)避了普通水地源熱泵對水資源利用的弊端，污水資源在城市是較為豐富的可利用資源，它的使用可行性較大。本文主要圍繞污水水源熱泵空調技術的利用研究展開相關討論。

一、水源熱泵系統(tǒng)的工作原理基本概述

水源熱泵可以有效提高資源的利用效率，能夠保護環(huán)境，降低對于能源的浪費，可以有效的促進熱能轉換的效率，以此促進經(jīng)濟效益的提升。而水源熱泵系統(tǒng)，其運作原理是熱量在最開始處于低位熱源，在高位能的作用下，低位熱源向高位熱源流動，從而達到制熱的目的。水源熱泵系統(tǒng)可以分為兩種，一種是吸收式熱泵，一種是壓縮式熱泵。壓縮式熱泵的供熱原理就是在制熱的模式下，水源熱泵進行運作，這個時候，系統(tǒng)吸熱源為水源;而在蒸發(fā)器中，液態(tài)制冷劑在吸熱后，會進行蒸發(fā)，讓低壓低溫的狀態(tài)進行改變，從而變?yōu)闅鈶B(tài)制冷劑，以此降低電廠的循環(huán)水溫度;氣態(tài)制冷劑進入壓縮機中，再通過絕熱壓縮，從而再次轉變?yōu)闅鈶B(tài)制冷劑，其中，冷凝器中接受氣態(tài)制冷劑之后，用戶側帶走熱量，制冷劑冷凝，變?yōu)橐簯B(tài)的制冷劑，液態(tài)制冷劑處于高壓常溫的狀態(tài)下，繼續(xù)流進膨脹閥中，在節(jié)流降壓的作用下，其狀態(tài)恢復為低溫低壓，蒸發(fā)器讓液態(tài)制冷劑再次進行循環(huán)，從而實現(xiàn)供熱的目的。

二、污水水源熱泵的應用特點

1.環(huán)保

污水源在城市中是一種可循環(huán)利用的清潔能源，利用污水水源作為熱泵空調技術的供應能源，不僅可以讓污水中的能量得到有效高效利用，產出所需冷熱水，并且在供熱供冷的過程中，可以省去燃氣、煤氣的運用減少電能使用，有效節(jié)約了能源，而且在利用時，污水在一個密閉的環(huán)境當中，不會對水資源和環(huán)境進行污染。

2.運行穩(wěn)定

因為水體的穩(wěn)定相對是比較恒定的，其中波動的范圍也比較小，所以能夠成為很好的冷源以及熱源。這種特性可以保證水源熱泵機運行時的穩(wěn)定和安全，讓系統(tǒng)運行的高效性和經(jīng)濟性都能夠得到有效保障。污水的溫度相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，這種溫度特性使得污水源熱泵比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)運行效率要高，節(jié)能和節(jié)省運行費用效果顯著。

3.高效節(jié)能

因為污水水源熱泵技術具有高效節(jié)能的特點。在夏季的時候，水體的溫度會低于環(huán)境的溫度，制冷溫度就會隨之降低，讓冷卻的效果增強;在冬季，水體的溫度會高于環(huán)境的溫度，熱泵蒸發(fā)的溫度就會提高，能源的利用效率也會相對提高。供暖制冷所投入的電能在1kW時可得到5kW左右的熱能或冷能。能源利用效率遠高于其他形式的中央空調系統(tǒng)。

三、污水水源熱泵技術的研究

污水水源熱泵技術可以避免對用電階段造成的各種副作用，實現(xiàn)對污水的預處理。就目前來說，市場上的污水水源熱泵設備一般都比較大，相對能源消耗也比較大，對于電力的應用資源較高。所以對污水水源熱泵技術進行研究，能有效降低空調系統(tǒng)電能的使用，節(jié)約電能資源，經(jīng)濟效益明顯。對污水水源熱泵技術進行研究，讓能量的輸入與輸出控制在1：4的范圍之內，就可以比平常的污水熱泵高出300到600kW的熱能，有效降低空調對于電能的依賴。有效實現(xiàn)能源節(jié)約，促進我國節(jié)約型社會的發(fā)展，對環(huán)境進行保護，實現(xiàn)我國社會的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。

1.水系統(tǒng)的設計

水系統(tǒng)的設計包含污水流量以及二次換水兩個方面的系統(tǒng)。其中，污水流量就是污水處理廠的處理量，為了能夠保證污水供應的均勻，污水流量的進出流量控制在1.12m/s，將水管進行調整并且分兩路對稱設計，通過對水利的計算來對水口的孔徑進行調整，以此保證進水口的流量相同，能夠實現(xiàn)均勻換熱的效果，而出水管道就需要設計在換熱液池發(fā)的高度以上。二次換水系統(tǒng)是一種閉式的系統(tǒng)，通過在換熱池的間接換熱，作為冷熱源進行供應，同時循環(huán)水泵在各冷熱源機房內，盡量的保證二次換熱器流量相同。

2.曝氣系統(tǒng)設計

曝氣系統(tǒng)的設計主要是為了能夠強化換熱，加大對于對流換熱的系數(shù)，以此促進換熱池中的水流的加速運行，增強換熱的效果。其中，曝氣系統(tǒng)包括曝氣管、微孔曝氣頭、曝氣池底、曝氣閥、曝氣池、曝氣池壁以及微孔。曝氣系統(tǒng)的特點是曝氣氣泡的運動軌跡長，平均停留的時間較長，而且它的溶解氧的效率高，曝氣的效果較好，并且不容易發(fā)生堵塞。傳統(tǒng)的平流曝氣方式中運用的曝氣裝置一般是在池底安裝曝氣圓盤曝氣，這種裝置的缺點比較明顯，它的充氧能力較低，對氧的利用效率也較低，而且這種裝置的動能消耗大，維修起來也不方便。

3.技術難點

雖然污水水源熱泵系統(tǒng)的應用前景被廣泛看好，但還有幾個問題制約著產業(yè)的發(fā)展，首先從污水水源熱泵技術的換熱器結構設計來看，由于城市污水的非牛頓熱性和復雜性，其粘度特性的測定非常困難，污泥泥垢導熱性能也難以測試，因此增加了污水換熱器的設計難度。其次從現(xiàn)在業(yè)內利用較為廣泛的強化換熱技術看，污水側換熱管內置毛刷和彈簧的清污方法盡管提高了污水換熱效率，但也增加了內置物被污泥堵塞的問題。對于污水在管外強化換熱的技術，在國內外目前仍處于空白。

四、污水水源熱泵技術的發(fā)展

污水水源熱泵技術的發(fā)展要結合實際的地熱能源以及地埋管的聯(lián)合供能，對各種免費的資源進行充分利用，從而實現(xiàn)節(jié)能、高效、環(huán)保的供能發(fā)展模式。目前人們對于電能的依賴過大以及各種電器的過度使用，增加了電能的高負荷，從而造成安全事故的發(fā)生。污水水源熱泵技術有效應用，不僅可以減少對于能源的消耗，并且擁有高效節(jié)能的優(yōu)勢，所以污水水源熱泵技術的運用空間以及前景發(fā)展都十分廣闊。污水水源熱泵技術的投入成本低，使用費用低，在未來的供暖空調市場中作用越來越引起重視，市場也會越來越廣闊。

結語

污水水源熱泵技術系統(tǒng)原理簡單，熱泵技術的可靠性高，并且節(jié)能減排的效果非常好，所以它的運用前景十分廣泛。并且水體的溫度會跟隨外界的變化而進行調節(jié)，可以實現(xiàn)對于污水水源的回收利用和二次處理，既保護了環(huán)境，也達到了節(jié)能減排的目的，是目前前景較好的系統(tǒng)形式。相信隨著技術的不斷進步，污水源熱泵的技術難點也會被一一攻破，為人類提供更加舒適的人工環(huán)境。

參考文獻：

[1]楊勝東，趙志峰，隗孟佳.加強建筑節(jié)能改造 提高功能制冷效率——原生污水源熱泵系統(tǒng)[J].城市住宅，2009（08）：114-116.

（作者單位：山東省產品質量檢驗研究院）