嚴寒地區污水源熱泵供暖系統運行效果分析

張偉峰

摘要：對嚴寒地區污水源熱泵供暖系統的應用情況進行深入分析時，從不同角度出發探討嚴寒地區污水源熱泵供暖系統的具體運行效果。此外，需要分析污水源熱泵供暖系統的具體特點，了解當前嚴寒地區熱泵供暖系統在應用過程中的情況，可以對嚴寒地區污水源熱泵供暖系統的發展提供一定參考。

關鍵詞：污水源熱泵;供暖系統;運行效果

前言

在嚴寒地區對污水源熱泵供暖系統進行充分應用，可以減少能源消耗，具有較強的節能環保特性。目前，對污水源熱泵供暖系統的研究和應用也越來越多。與其他熱泵系統相比，污水源熱泵系統在運行過程中有一定特殊性，為了充分掌握污水源熱泵供暖系統的運行效果，需要了解其運行原理。同時從不同角度出發掌握污水源熱泵供暖系統的實際運行效果。

一、污水源熱泵供暖系統的特點

污水源熱泵供暖系統在運行過程中需要將原生污水作為熱源，在冬季可以直接采集污水低品位熱能，借助熱泵系統消耗部分電能，冬季可以將獲取的能量供給室內取暖，在夏季污水源熱泵供暖系統可以抽出室內的熱量，將其釋放到水中，具有空調的作用。污水源熱泵供暖系統在運行過程中的主要特點表現在以下方面：第一，具有較強的生態環保效益。污水源熱泵系統在應用過程中主要是將各種污水作為冷熱源開展能量轉換的系統，對污水進行處理以后污水換熱器可以留下冷量或者熱量返回污水渠道。污水與其他設備之間并不會接觸污水，處于密閉循環的狀態，不會對生態環境和其他設備、市政水系統產生不良影響。在供熱過程中能夠節省燃油、燃氣、燃煤等鍋爐房系統，節省燃燒環節，防止排煙污染。在供暖過程中可以節省冷卻水塔，防止冷卻噪聲與霉菌污染。在運行過程中不會產生任何廢氣、廢水以及廢渣等，具有較強的生態環保效益。第二，該系統的節能效果也相對較強。在冬季系統運行過程中，污水溫度比環境空氣溫度更高，可以提高熱泵循環的蒸發溫度，保證其能效。而夏季水體溫度低于環境空氣溫度，制冷的冷凝溫度也相對較低，具有較好的冷卻效果。機組效率比較高，在供暖以及制冷過程中使用的電能更低，可以提高能源的綜合利用效率。第三，系統的穩定性和可靠性比較強。在污水源熱泵機組運行中，水體溫度具有較強的穩定性，波動范圍比空氣波動變化更小，是良好的熱泵熱源以及空調冷源。污水體溫度具有恒定的特性，可以提高污水源熱泵機組的穩定性以及可靠性。同時能夠提高其整體運行效率。在冬季空氣源熱泵不存在除霜問題，運維成本更低。第四，污水源熱泵機組的功能比較多樣。在污水源熱泵系統運營過程中可以完成供暖、制冷、供應生活熱水等各項功能，實現一機多用的目的。對污水源熱泵系統進行安裝，可以替換原有的鍋爐空調兩套系統，利用市政污水達到冬季取供暖、夏季制冷的目的，全年可以實現取熱供應生活熱水。夏季空調能夠提供免費生活熱水供應，實現三聯供目的。第五，該系統的經濟成本相對較低。城市污水源熱泵機組的初始投資成本比較低，運行過程中的維護費用也比較低，具有極強的經濟優勢。在該系統運行過程中經濟效益比較顯著，污水熱泵系統地面積是其他系統面積的50%左右，能夠大大節約空間。并且系統可以根據室外溫度和室內溫度進行自動調節，實現無人看管，能夠進行遠程聯網監控。污水源熱泵系統的運行原理比較簡單，可靠性更強，維護工作量比較少，后期的運營維護管理費用也相對較低[1]。

二、污水源熱泵供暖系統運行效果

（一）系統原理

在對某建筑工程的污水源熱泵供暖系統進行應用的過程中，需要設置三個循環，也就是污水循環、中介水循環以及用戶側循環水循環。在整個系統過程中的工作原理包括以下內容：第一，污水循環。城市原生污水需要利用污水泵與殼管式換熱器進行換熱，將熱量傳遞給中介水之后排出。第二，中介水循環。中介水可以從污水中吸收熱量，并利用中介水泵進入到熱泵機組中，可以與熱泵機組的制冷劑換熱進行能量交換，之后回流。第三，用戶側循環水循環。這一階段的循環主要是將被加熱的制冷劑利用電力做功，在熱泵中循環之后將熱量傳遞給用戶側循環水。利用分水器可以將其分到末端裝置，完成室內供暖。之后再利用集水器回流進入到下一次循環過程中[2]。

（二）運行效果分析

對嚴寒地區污水源熱泵供暖系統的具體運行效果進行分析時，需要從以下角度出發探討其運行效益：第一，對污水適宜性進行分析。在該系統實際運行過程中，污水溫度保持在6.7℃到12.3℃之間，進出口的最小溫差為1℃，最大溫差為3℃。通常情況下，污水進出口的溫差維持在2℃左右。嚴寒地區的供暖及室外氣溫變化比較大，污水溫度變化波動相對較小，可以在最大程度上降低氣候對其產生的不良影響，確保污水的水溫穩定可靠，可以將其作為穩定的熱源應用。第二，對中介水循環水、供回水溫度進行深入分析，發現中介水進出蒸發器以及末端用戶循環水進出冷凝器的溫度是隨著時間變化而變化的，會對熱泵機組的瞬時放熱量以及吸收熱量產生影響。對供暖期間的中介水循環水進出口溫度以及溫差進行分析，可以發現中介水的供水溫度維持在6.1℃到10.1℃之間，平均溫度為8.1℃左右，回水溫度平均值為6.5℃左右，供回水溫差平均值為1.7℃。用戶側循環水的供水溫度維持在46.8℃到49.6℃之間，平均溫度為48℃左右，用戶側的回水溫度平均值為44℃，供回水的溫差平均值為4℃，中間水循環水的供回水溫差相對較小。第三，從熱泵機組的吸收熱負荷、制熱負荷以及熱泵機組的耗電負荷變化幅度相對較小，整體出趨于穩定狀態。但是吸熱負荷和制熱負荷的變化波動相對較大。在供暖期間熱泵機組地平均吸熱負荷為479kW、平均制熱負荷為708kW、平均耗電為204kW。第四，對熱泵機組系統制熱性能系數進行分析，可以發現在整個系統運行過程中，熱泵機組作為核心設備，機組能效會對系統的能效產生直接影響。因此，需要對機組的實際運行性能進行評價。經過計算可以發現在整個供暖期間的系統性能系數、機組性能系數都有一定變化，其中機組的性能系數平均值為4.7，而系統性能系數平均為2.5。供暖系統的性能系數趨于穩定，說明系統的運行比較可靠穩定。機組性能系數平均值上下波動變化的情況，并且幅度相對較大，說明機組在運行過程中不穩定[3]。

三、結語

總而言之，在此次污水源熱泵供暖系統運行過程中，整個供暖季的污水溫度波動比較小，整體處于穩定狀態，在供暖初期以及供暖末期，污水溫度相對較高。整個供暖期的污水進出口溫差比較穩定，保持在2℃左右。理想條件下污水源熱泵機組的最大利用熱負荷為737kW，能夠滿足除極寒天氣之外的供暖需求。因此，在嚴寒地區可以將污水作為熱泵供暖系統的可再生能源進行利用。除此之外，在供暖期間熱泵機組地平均吸熱負荷與制熱負荷分別479kW、708kW，平均耗電負荷為204kW。整個熱泵機組在運行期間的能耗水平相對較低。此外，中介水溫差以及用戶側循環水溫差都比較小。但是在熱泵機組運行過程中，機組運行不穩定，可能是清洗污水-中介水換熱器過程中，機組啟停導致的。利用熱水循環泵以及中介水循環泵變頻模式可以對整個系統的運行效益進行優化。

參考文獻：

[1]劉馨，尹澤開，梁傳志，等. 寒冷地區某綠色建筑污水源熱泵供暖及實際應用效果研究[J]. 建筑科學，2018，34（08）：13-20.

[2]張曉明，張曦，王若川. 嚴寒地區污水源熱泵系統的節能改造及效果分析[J]. 建筑與預算，2018，000（007）：42-45.

[3]任玉成，聶輝，焦劍，等. 嚴寒地區某高校公共浴室廢水余熱回收利用潛力分析[J]. 節能，2019，038（011）：88-90.