城市低溫廢熱污染的危害和熱泵技術(shù)的利用

李冬梅

摘要：城市污水和廢水中的冷余熱對大氣、水體、土壤、動植物群具有嚴(yán)重的后果和危害。熱泵技術(shù)不僅可以減少對環(huán)境的危害，還可以降低高水平的能源消耗并提高能源效率。

關(guān)鍵詞：余熱污染;低溫余熱;熱平衡;污水源熱泵

引言

目前，供熱設(shè)備利用效率低，大量能源以余熱形式消耗，造成余熱污染。通過利用這些熱量來調(diào)節(jié)建筑物的溫度，轉(zhuǎn)換的能源量非常大，尤其是水源熱泵技術(shù)的成熟和發(fā)展，對于污水余熱回收利用系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用是可靠的。實(shí)際上提供了可以完成的技術(shù)。因此，城市污水熱能的有效回收利用將是未來城市利用新能源的主要途徑。

1低溫余熱的種類及危害

1.1空氣余熱污染

由于工業(yè)（鋼鐵、化工、火力發(fā)電、垃圾焚燒等）制造過程中產(chǎn)生的余熱、廢氣、煙氣，溫度在50℃以下，但熱量很大。此外，城市人口密集、產(chǎn)業(yè)集中形成。城市熱島效應(yīng)明顯高于周邊地區(qū)，部分地區(qū)大氣熱量明顯增加，影響大氣環(huán)流過程。極端天氣事件（大雨、酸雨、颶風(fēng)、酷暑、暖冬等）經(jīng)常污染工業(yè)區(qū)和城鎮(zhèn)居民的生活環(huán)境，導(dǎo)致病原微生物滋生。并危及居民的健康。這就是空氣垃圾的熱污染。

1.2水余熱污染

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市工業(yè)廢水、生活廢水等城市廢水量顯著增加，這些廢水產(chǎn)生大量余熱，經(jīng)常排放到鄰近的江河湖泊中。廢水的形態(tài)，產(chǎn)生自然水的熱負(fù)荷溫度升高，引起水體物理、化學(xué)、生物變化，對生態(tài)環(huán)境和人類生產(chǎn)生活活動產(chǎn)生不利影響，造成廢水污染。

2城市污水熱力特性

2.1冬暖夏涼

城市污水最顯著的特點(diǎn)是冬暖夏涼，特別是隨著人們生活水平的不斷提高，這一特點(diǎn)將更加明顯。與河流水溫和水溫相比，城市下水道冬季排入下水道的溫度在冬季最高，排入下水道的下水道溫度在10℃左右，夏季最低，夏季約為.22°C。這種差異是由于城市的污水吸收了城市釋放的大量熱量造成的，在某些地區(qū)這種差異可能更為明顯。

2.2全年水溫小幅波動

城市下水道的溫度變化相對于河流的水溫和氣溫變化較小，1-8月水溫差較小，約12℃，可得到相對穩(wěn)定的水溫狀態(tài)。它可以作為穩(wěn)定的熱源使用多年。

2.3受氣候影響較小

與夜間天氣、陰雨天氣以及受雨水影響的風(fēng)能和太陽能利用不同，污水的熱能相對穩(wěn)定。

2.4利用熱能的污水處理面積比較大

目前，熱泵技術(shù)已經(jīng)從利用熱能對城市污水進(jìn)行二級處理，發(fā)展到可以直接利用城市一次污水，城市污水管網(wǎng)狀況和用戶需求以及適用區(qū)域。

2.5更高的熱能儲存

在一些大中城市，城市污水占總量的39%，城市越大，熱量需求指數(shù)越高，污水熱量利用率越高。

2.6城市下水道的熱能適合供暖和制冷

城市污水是比較穩(wěn)定的恒溫源，水溫比較穩(wěn)定，水量也比較穩(wěn)定。考慮到熱容量和熱效率等熱輸出，城市污水是一種很好的低水平清潔冷熱泵系統(tǒng)的地?zé)嵩础５珡挠行褂玫慕嵌葋砜矗贿m用于電力，只適合在50℃左右的低溫區(qū)域運(yùn)行，在該區(qū)域應(yīng)用潛力很大。城市發(fā)展增加了供暖和制冷的能源消耗，其中大部分來自高級能源產(chǎn)生的數(shù)百甚至數(shù)千度的高溫。由于能源利用率不超過40%，損失了大量能源。使用熱泵技術(shù)來滿足城市污水中的這種熱能需求，無疑將節(jié)省大量能源，最大限度地提高能源的整體利用率。

3污水源熱泵系統(tǒng)

3.1污水源熱泵主要技術(shù)原理

技術(shù)原理是將下水道的熱量和冷量傳遞給建筑物的熱泵的運(yùn)行機(jī)制。可分為兩個(gè)能量傳遞過程：第一過程：機(jī)組介質(zhì)在蒸發(fā)器中需要吸熱蒸發(fā)。介質(zhì)蒸發(fā)溫度為3℃。此時(shí)10℃的中間水通過。當(dāng)熱量通過蒸發(fā)器與介質(zhì)交換并向介質(zhì)釋放熱量時(shí)，介質(zhì)吸收熱量并蒸發(fā)。第二過程：機(jī)組的高溫高壓介質(zhì)進(jìn)入冷凝器，冷凝放熱，與系統(tǒng)中的水進(jìn)行熱交換，輸出蒸發(fā)器吸收的熱量與輸入的熱量之和的過程。實(shí)現(xiàn)了。電能給采暖系統(tǒng)的水采暖系統(tǒng)的水向房間釋放熱量，達(dá)到取暖的目的。在整個(gè)過程中，單元的能量I/O比可以達(dá)到4.5。也就是說，如果電機(jī)輸入的電能為1kcal，則終端系統(tǒng)獲得的能量為4.5kcal。整個(gè)過程消耗少量電能，大量利用污水能源，節(jié)約能源冷凍過程與加熱過程相反。

3.2污水源熱泵技術(shù)應(yīng)用前景

如今，家用污水熱泵技術(shù)正在進(jìn)行深入的理論研究和多項(xiàng)工程技術(shù)，日趨完善和成熟，對節(jié)能、水循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)具有廣泛而嚴(yán)重的影響。這種技術(shù)是等效的。與傳統(tǒng)的冬季鍋爐相比。供暖與網(wǎng)絡(luò)供暖和夏季中央空調(diào)系統(tǒng)相比，可節(jié)省約30%的初始投資和運(yùn)營成本。根據(jù)目前的市場情況，轉(zhuǎn)換投資的回收期約為6-7年。熱泵設(shè)備不需要燃料運(yùn)輸成本、儲存成本、排渣運(yùn)輸成本等，只需兩部分移動，磨損低，通常不需要維護(hù)。降低了管理和勞動強(qiáng)度，降低了運(yùn)營成本。

4熱泵技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)有的發(fā)展趨勢是我國的熱泵的使用會越來越多使用的范圍也是越來越大，在我國的使用用戶中進(jìn)行燃煤采暖的用戶達(dá)到了6000萬，在我國的北方地區(qū)進(jìn)行取暖的面積達(dá)到了相應(yīng)的210億平方米需要進(jìn)行相應(yīng)的新的能源的使用，使用的能源還是相應(yīng)的煤炭能源，我國的燃煤的消耗是每年可以達(dá)到了相應(yīng)的2億噸需要進(jìn)行相應(yīng)的清潔取暖的設(shè)備的使用代替了原有的燃煤，提升了我國的整體的環(huán)境和進(jìn)行不斷地提升，到2021年我國的北方地區(qū)的清潔效率可以達(dá)到了70，需要進(jìn)行相應(yīng)的區(qū)域的控制和進(jìn)行建筑物的提升，隨著人們的生活水平的不斷地提升需要進(jìn)行相應(yīng)的長江流域的集中供暖和進(jìn)行能源的大量的節(jié)約和進(jìn)行大范圍的快速的供暖和進(jìn)行相應(yīng)的能源消耗的控制和整個(gè)環(huán)境的污染的整體的壓力和進(jìn)行相應(yīng)的熱泵的采暖技術(shù)的不斷的使用在未來的領(lǐng)域也是廣泛地使用在我國可以進(jìn)行很多的貢獻(xiàn)。

結(jié)論

隨著全社會節(jié)能環(huán)保意識的提高，污水源熱泵的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。除了用于城市公用事業(yè)（供暖和制冷、生產(chǎn)家用熱水）外，還用于食品、生物化學(xué)、制藥、種植和養(yǎng)殖、農(nóng)副產(chǎn)品的加工和儲存等領(lǐng)域。社會還充分利用各種可再生冷或余熱源，完善和推廣自己的污水源熱泵技術(shù)，為建立節(jié)約型社會提供了科學(xué)多樣的發(fā)展空間。

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