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        污水源熱泵在城市建筑供暖制冷中的應用

        2023-06-26 11:00:02      點擊:

        城市污水是一種蘊涵豐富低位熱能的可再生熱能資源,原生污水源熱泵空調系統則是利用城市污水為建筑物冬季采暖和全年生活熱水供應的新型供暖技術,也是城市污水資源化開發與利用的新思路和有效途徑,目前,在世界各國已經得到一定程度的應用。這項技術是當前各類熱泵技術中發展和應用前景最被看好的一類,節能減排效果顯著。


        城市污水冬季溫度一般在12~16℃之間波動,夏季溫度一般在22~26℃之間波動,且日變化幅度較小,城市污水具有的水流量大、水量和水溫相對穩定、溫度適宜、熱容量大等特點,使得城市污水適宜作為污水源熱泵系統的冷熱源。


        冬季,污水源熱泵系統可以提取污水中的熱量,通過壓縮機做功后進入熱泵機組,機組消耗少量的電能可得到高品位的熱能,并將熱能傳遞給換熱介質(首選為水,也可以為其他介質),最終為用戶提供熱量;


        夏季,污水源熱泵系統利用污水作為低位冷源,從室內空氣中提取熱量,熱量傳遞到污水中,最終達到制冷目的。污水源熱泵系統在城市供熱制冷的實際應用中,應基于城市污水冬季和夏季的相關參數、污水流量以及不同建筑的使用特點等因素,確定供熱制冷項目的冷熱負荷以及采用何種類型的熱泵系統(是否經過換熱器)。


        污水源熱泵的主要工作原理是借助污水源熱泵壓縮機系統,消耗少量電能,在冬季把存于水中的低位熱能“提取”出來,為用戶供熱,夏季則把室內的熱量“提取”出來,釋放到水中,從而降低室溫,達到制冷的效果。其能量流動是利用熱泵機組所消耗能量(電能)吸取的全部熱能(即電能+吸收的熱能)一起排輸至高溫熱源,而起所消耗能量作用的是使介質壓縮至高溫高壓狀態,從而達到吸收低溫熱源中熱能的作用。


        污水源熱泵系統由通過水源水管路和冷熱水管路的水源系統、熱泵系統、末端系統等部分相連接組成。根據原生污水是否直接進熱泵機組蒸發器或者冷凝器可以將該系統分為直接利用和間接利用兩種方式。直接利用方式是指將污水中的熱量通過熱泵回收后輸送到采暖空調建筑物;間接利用方式是指污水先通過熱交換器進行熱交換后,再把污水中的熱量通過熱泵進行回收輸送到采暖空調建筑物。

        污水源熱泵與同類產品初投資比較

        (以1×104㎡為例)

        表1 1×104㎡初投資列表

                表2 1×104㎡運行費用列表

        從上述表格可以明顯地看出來,污水源熱泵系統有良好的經濟效益,與地下水源熱泵、直燃機、熱網+水冷機組、燃煤+水冷機組等系統相比,該系統經濟優勢十分明顯。


        污水源熱泵優點

        (1)與傳統的燃煤鍋爐、燃氣鍋爐和燃油鍋爐供暖系統相比,污水源熱泵系統可利用污水中低品位熱能,減少能源消耗,減少二氧化硫、二氧化碳、顆粒物等污染物的排放;同時,減少污水直接排放后造成的能量損失。污水經過換熱器后返回污水干渠,污水密閉循環,不會對環境或其他水體造成污染。


        (2)由于夏季污水的溫度比環境溫度低,冬季污水的溫度比環境溫度高,即夏季熱泵系統凝結溫度低,冬季蒸發溫度高,能效比高達5.0左右,即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,能源利用率較高,能效比和性能系數遠高于傳統中央空調系統。


        (3)城市污水具備水流量大、污水水溫和水量較為穩定等特點,且一般日變化幅度較小,因此城市污水作為熱泵系統的冷熱源,是熱泵系統穩定運行的必要條件。


        污水源熱泵缺點

        (1)由于原生污水中含有大量污染物和雜質,如果直接進入熱泵系統,容易造成對熱泵機組的腐蝕污雜物堵塞問題,因此國內目前普遍應用的是污水廠二級污水或處理后的中水,其中所蘊含的熱能較原生污水有損失;目前應用較為普遍的是間接式污水源熱泵系統,需要先與中介換熱介質換熱后再進入熱泵系統,相對于直接式熱泵系統,大大影響了換熱效率。


        (2)考慮到管道熱損失等問題,污水源熱泵項目的選址具有一定的局限性,如選址應靠近污水水源收集區,限制了污水源熱泵技術的推廣和應用。


        未來5年內,我國計劃將完成地源熱泵以及污水源熱泵供暖(冷)面積3.5×109m2。各級政府也在不斷出臺政策大力扶持、推廣地源熱泵與污水源熱泵在節能環保領域的應用。污水源熱泵技術現已得到了政府和社會的廣泛重視,并將成為我國在未來各項基礎設施建設中大力支持與倡導的新能源技術之一。

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