污水源热泵防阻机实地调查分析

孙 妍 钱剑峰 刘维智

哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150028

污水源热泵防阻机实地调查分析

孙 妍 钱剑峰 刘维智

哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150028

本文通过对污水源热泵使用现状、哈尔滨望江大酒店及北京悦都大酒店关于污水源热泵防阻状态的实地调研与分析，并用相关调查数据说明当前污水源热泵存在的问题，且进一步提出改善对策。

原生污水；防阻机堵塞；调查数据；对策

1 绪论

1．1 背景

污水源热泵，主要是以城市污水作为提取和储存能量的冷热源，借助热泵机组系统内部制冷剂的物态循环变化，消耗少量的电能，从而达到制冷制暖效果的一种创新技术。[1]在我国，此项技术的发展应用前景最被看好。城市污水分布范围广，水量巨大并且稳定，是一种蕴含丰富低位热能的可再生热能资源，污水源热泵空调系统则是以城市污水作为建筑的冷热源，解决建筑物冬季采暖、夏季空调和全年热水供应的重要技术，降低建筑冬季采暖、夏季空调和生活热水供应对化石燃料能源资源的消耗，也是城市污水资源化开发利用的有效途径。

1．2 调研目的

通过实地调查哈尔滨望江大酒店、北京望都大酒店两所使用污水源热泵系统，并且比较具有代表性的酒店，了解污水源热泵系统实际使用过程中机组的阻塞情况、热泵系统的工况、季度维护状况及费用，从而针对具体情况，对污水源热泵防阻机进行改进，并且确认新系统的可行性和实用性。

2 污水源热泵系统调查结果

2．1 哈尔滨望江大酒店污水源热泵防堵机调查结果

2.1.1 哈尔滨城市污水目前的基本情况

我国污水处理厂的发展很快，2004年底，全国661个城市建有708座污水处理厂，处理能力4912万立方米/日。而以哈尔滨为例，2007年哈尔滨共有11座污水处理厂，污水处理率达到70%。到2010年哈尔滨市共有19个污水处理厂遍布全市 ，市区污水处理率达到了90%。

虽然拥有污水处理厂，但是处理的污水量远远不能满足城市对水的需求量，许多地方都是通过应用污水源热泵过滤城市原生污水，虽然城市污水冬暖夏凉适宜进行热交换，但是城市原生污水的成分复杂，其中含有化学物质、有机液体、藻类等，及含有微尺寸的固体，又含有尺寸巨大的固体，所以其处理相当的麻烦。

2.1.2 酒店污水堵塞及维修的基本情况

通过调查问卷，我们了解到，酒店大约每月对室外污水管进行1次疏通，每周对污水的总出口格栅网进行1次清理。月花费大约为3500元，年花费大约为42000元。

给排水泵的保养费每月大约为5666元，每年大约为68000元。给排水设备的维修材料费每月大约为800元，每年的费用大约为9600元。每次维修大约需要5人左右，每次停工大约4-5小时。

表1 酒店的过滤设备的维护和处理

2.1.3 酒店污水源热泵防阻机使用情况

由于原生污水中大尺度杂物的大量存在，例如塑料袋、树叶等，应用的传统的污水源热泵常常遇到设备与管路的堵塞污染，而且涉及占地、清理、杂物运输及周边的环境污染问题，即使采用这种最简单的水处理工艺，其处理成本也要大大地高于热泵从水中取热与取冷的价值，清理问题尤为严峻，遇到用水多的高峰期，过滤网的更换更加频繁。

以我们调查的哈尔滨望江大酒店污水源热泵防堵机现状为例：

由于冬季哈尔处于旅游旺季，客流量较大，酒店的入住情况较好，入住率可高达83.6%。与之相反，春、秋、夏季客流量相对较小，然而全年平均入住率也可达到63.27%。随着入住率的增加，酒店污水量随之增加，而每日酒店污水产生高峰期为每天11:00-14:00和每天18:00-23:00，全年日污水排放量约为242m3，污水进出口温差约为5摄氏度，即可利用的潜热约5摄氏度。

表2 哈尔滨望江大酒店污水系统的工况

图1 污水系统工况图

哈尔滨望江大酒店采用了污水源热泵系统，然而由于污水均为原生污水，机组常常出现堵塞等情况。经调查发现，污水源热泵防堵机季度维护成本主要集中在清洁费用上，这是由于原生污水中的污杂物处理贴附于滤网表面，造成滤网堵塞，影响污水的流量，影响热泵系统的工作效率。 污水源热泵系统用户对于系统使用与节能效果普遍较为满意，但对于维修和清理过程产生的麻烦与费用表示需要改进。

2．2 北京悦都大酒店污水源热泵防堵机现状

2.2.1 北京悦都大酒店污水排放情况

该酒店高峰入住人数400-500人每天，生活污水排放量在350-400立方每天，据调查资料显示，污水排放量通常在上午7∶00 —9∶00时，下午18∶00-20∶00时出现两次高峰。

表3 北京悦都大酒店污水系统的工况

图2 污水系统工况图

2.2.2 北京悦都大酒店污水源防阻机堵塞情况

酒店的污水中含有泥浆油脂菜叶等难处理的废物常常会造成污水处理管道的阻塞，令酒店人员很苦恼，酒店人员表示如果有一款污水源热泵防阻机既可以处理污水又可以利用污水，他们很乐意使用。酒店使用的传统污水源热泵防阻机存在着滤筒内淤积污杂物，造成设备与管路的堵塞污染。进入污水换热器，不仅增加了系统和设备的阻力，增加水泵的能耗，而且增加了换热器的热阻，影响传热效果。滤面淤积污杂物，导致进入换热器过滤污水水量下降，影响系统效率，并不能很好的解决原生污杂物地除杂过滤问题。

3 哈尔滨望江大酒店及北京悦都大酒店污水源热泵防堵机存在的问题与改善对策

3．1 问题

（1）哈尔滨望江大酒店及北京悦都大酒店，均采用了污水源热泵系统，然而由于污水均为原生污水，机组常常出现堵塞等情况。经调查发现，污水源热泵防堵机季度维护成本主要集中在清洁费用上，这是由于原生污水中的污杂物处理贴附于滤网表面，造成滤网堵塞，影响污水的流量，影响热泵系统的工作效率。

（2）根据相关资料及现场勘测，城市污水含有大量污杂物，包括物理性大小尺度污杂物和有机溶解性化合物，从而使得污水源热泵存在以下问题：

①水流流动阻力大。污水中存在的固体污杂物会使流体与固体表面壁的摩擦力增大，进而使污水流动耗功增加。由于固体颗粒惯性的存在，局部阻力会成倍地增加。

②换热率降低。污水换热器的换热系数受到污水水质、换热面结垢和腐蚀等的影响，比清水换热器的换热系数要低。监测北京悦都酒店和哈尔滨望江宾馆的换热器情况，清洁时的换热系数在1400w/(m2·K)左右，污染后换热系数约700w/(m2·K)，清洁时的换热系数是污染后的2倍左右[2]，污染后的换热器换热效率降低，欲达到相同的换热量势必增加换热面积和运行费用,这些问题都严重地影响了系统的整体性能，使得节能效果不明显。

③结垢率高。城市原污水是含有丰富的有机物、无机物、藻类、微生物、固体杂质等的非清洁水源，其中含有大量的大尺度以及微尺度杂质，使得换热器表面受到不同程度地污染（如图3）。当换热表面形成软垢后，污水侧的对流换热热阻将占换热器总热阻的60%～85%[2]。只有使得换热器的面积余量足够大，才会弥补堵塞所造成的能耗损失，这样会使得系统初投资加大，还增加了设备使用的空间，对系统的运行费也有不利的影响。

3．2 改善对策

（1）除了传统的滤网外，特针对系统提出了更为方便使用的优化方案，可以使得使用时间更长的污水过滤系统，从而减小对热泵系统的损耗，从而降低维护费用。

（2）新系统要具有拆装简单，易于清理与更换的特点。

（3）新系统须针对原生污水水质恶劣的主要特点，对传统防阻机做出相应的改进，减缓或将避免堵塞问题。

4 结论

两会期间，李克强总理在政府工作报告中强调，加大环境治理力度，推动绿色发展取得新突破。治理污染、保护环境，事关人民群众健康和可持续发展，必须强力推进，下决心走出一条经济发展与环境改善双赢之路。经过对传统污水源热泵防阻机的调研与分析充分体现传统污水源热泵防阻机在减排方面仍旧有待提高。因此发展并改进优化污水源热泵，加强推广污水源热泵系统，是符合国家未来发展计划的，优化污水源热泵不仅仅具有一定的经济效益，而且能为国家节能减排的发展道路作出应有的贡献。

[1]王继斌．污水源热泵技术的应用与发展前景[J]．西部皮革，2016．

[2]庄兆意．直接式原生污水源热泵系统的防堵技术及换热特性研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012．

孙妍（1994-），女，哈尔滨商业大学，学生，建筑环境与能源应用工程。刘维智（1995-），男，哈尔滨商业大学，学生，能源与动力工程。

哈尔滨商业大学生创新创业训练计划省级项目（201510240018）