污水水源热泵空调技术利用研究

李文强

【摘  要】能源与环境是可持续发展的两大主题，目前以燃烧石化原料为主的建筑物供暖空调不仅能耗量大，而且对环境造成极大污染。随着我国科技的不断进步，热泵空调技术也在不断发展。其中，水源热泵在空调系统中运用十分广泛，水源热泵空调技术可以利用水源在夏天进行供冷，在冬天进行供热，为了进一步加强节能减排工作，有效应对全球气候的变化，其中可以利用污水水源代替相应的能源。对于污水中的热能能够得到有效运用成为了业内关注的重点，城市污水是由工业废水和生活污水组成，水量巨大，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，也是城市污水资源化开发利用的思路和有效途径，同时减少了城市废热和CO、SO、NOX、粉尘等污染物的排放。我国的城市污水可利用资源十分丰富，通过技术手段充分利用污水中的热能提高热泵的能源效率，实现节能减排的目的。本文通过对污水水源热泵空调技术的利用进行分析研究，以供参考。

【关键词】污水水源热泵;技术研究;节能减排;环保

前言

随着水源热泵系统技术的不断进步完善，就目前来说，业内已经组建了相当完善的水源热泵系统。水源热泵样机的使用可以有效利用地下水作为热泵的热源侧进行供热和供冷，且如今对于节约能源以及环保的呼吁越来越高。为应对水资源的不足对水源热泵利用的掣肘，研究人员将目光转向了污水系统。我国城市污水处理厂的二级、三级出水是一种很好的低品位热源，结合热泵技术的应用，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，完全能够满足城市乡村的空调需求。污水水源热泵的使用投入资金相对普通的水地源热泵来说比较小，规避了普通水地源热泵对水资源利用的弊端，污水资源在城市是较为丰富的可利用资源，它的使用可行性较大。本文主要围绕污水水源热泵空调技术的利用研究展开相关讨论。

一、水源热泵系统的工作原理基本概述

水源热泵可以有效提高资源的利用效率，能够保护环境，降低对于能源的浪费，可以有效的促进热能转换的效率，以此促进经济效益的提升。而水源热泵系统，其运作原理是热量在最开始处于低位热源，在高位能的作用下，低位热源向高位热源流动，从而达到制热的目的。水源热泵系统可以分为两种，一种是吸收式热泵，一种是压缩式热泵。压缩式热泵的供热原理就是在制热的模式下，水源热泵进行运作，这个时候，系统吸热源为水源;而在蒸发器中，液态制冷剂在吸热后，会进行蒸发，让低压低温的状态进行改变，从而变为气态制冷剂，以此降低电厂的循环水温度;气态制冷剂进入压缩机中，再通过绝热压缩，从而再次转变为气态制冷剂，其中，冷凝器中接受气态制冷剂之后，用户侧带走热量，制冷剂冷凝，变为液态的制冷剂，液态制冷剂处于高压常温的状态下，继续流进膨胀阀中，在节流降压的作用下，其状态恢复为低温低压，蒸发器让液态制冷剂再次进行循环，从而实现供热的目的。

二、污水水源热泵的应用特点

1.环保

污水源在城市中是一种可循环利用的清洁能源，利用污水水源作为热泵空调技术的供应能源，不仅可以让污水中的能量得到有效高效利用，产出所需冷热水，并且在供热供冷的过程中，可以省去燃气、煤气的运用减少电能使用，有效节约了能源，而且在利用时，污水在一个密闭的环境当中，不会对水资源和环境进行污染。

2.运行稳定

因为水体的稳定相对是比较恒定的，其中波动的范围也比较小，所以能够成为很好的冷源以及热源。这种特性可以保证水源热泵机运行时的稳定和安全，让系统运行的高效性和经济性都能够得到有效保障。污水的温度相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这种温度特性使得污水源热泵比传统空调系统运行效率要高，节能和节省运行费用效果显著。

3.高效节能

因为污水水源热泵技术具有高效节能的特点。在夏季的时候，水体的温度会低于环境的温度，制冷温度就会随之降低，让冷却的效果增强;在冬季，水体的温度会高于环境的温度，热泵蒸发的温度就会提高，能源的利用效率也会相对提高。供暖制冷所投入的电能在1kW时可得到5kW左右的热能或冷能。能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。

三、污水水源热泵技术的研究

污水水源热泵技术可以避免对用电阶段造成的各种副作用，实现对污水的预处理。就目前来说，市场上的污水水源热泵设备一般都比较大，相对能源消耗也比较大，对于电力的应用资源较高。所以对污水水源热泵技术进行研究，能有效降低空调系统电能的使用，节约电能资源，经济效益明显。对污水水源热泵技术进行研究，让能量的输入与输出控制在1：4的范围之内，就可以比平常的污水热泵高出300到600kW的热能，有效降低空调对于电能的依赖。有效实现能源节约，促进我国节约型社会的发展，对环境进行保护，实现我国社会的可持续发展的战略方针。

1.水系统的设计

水系统的设计包含污水流量以及二次换水两个方面的系统。其中，污水流量就是污水处理厂的处理量，为了能够保证污水供应的均匀，污水流量的进出流量控制在1.12m/s，将水管进行调整并且分两路对称设计，通过对水利的计算来对水口的孔径进行调整，以此保证进水口的流量相同，能够实现均匀换热的效果，而出水管道就需要设计在换热液池发的高度以上。二次换水系统是一种闭式的系统，通过在换热池的间接换热，作为冷热源进行供应，同时循环水泵在各冷热源机房内，尽量的保证二次换热器流量相同。

2.曝气系统设计

曝气系统的设计主要是为了能够强化换热，加大对于对流换热的系数，以此促进换热池中的水流的加速运行，增强换热的效果。其中，曝气系统包括曝气管、微孔曝气头、曝气池底、曝气阀、曝气池、曝气池壁以及微孔。曝气系统的特点是曝气气泡的运动轨迹长，平均停留的时间较长，而且它的溶解氧的效率高，曝气的效果较好，并且不容易发生堵塞。传统的平流曝气方式中运用的曝气装置一般是在池底安装曝气圆盘曝气，这种装置的缺点比较明显，它的充氧能力较低，对氧的利用效率也较低，而且这种装置的动能消耗大，维修起来也不方便。

3.技术难点

虽然污水水源热泵系统的应用前景被广泛看好，但还有几个问题制约着产业的发展，首先从污水水源热泵技术的换热器结构设计来看，由于城市污水的非牛顿热性和复杂性，其粘度特性的测定非常困难，污泥泥垢导热性能也难以测试，因此增加了污水换热器的设计难度。其次从现在业内利用较为广泛的强化换热技术看，污水侧换热管内置毛刷和弹簧的清污方法尽管提高了污水换热效率，但也增加了内置物被污泥堵塞的问题。对于污水在管外强化换热的技术，在国内外目前仍处于空白。

四、污水水源热泵技术的发展

污水水源热泵技术的发展要结合实际的地热能源以及地埋管的联合供能，对各种免费的资源进行充分利用，从而实现节能、高效、环保的供能发展模式。目前人们对于电能的依赖过大以及各种电器的过度使用，增加了电能的高负荷，从而造成安全事故的发生。污水水源热泵技术有效应用，不仅可以减少对于能源的消耗，并且拥有高效节能的优势，所以污水水源热泵技术的运用空间以及前景发展都十分广阔。污水水源热泵技术的投入成本低，使用费用低，在未来的供暖空调市场中作用越来越引起重视，市场也会越来越广阔。

结语

污水水源热泵技术系统原理简单，热泵技术的可靠性高，并且节能减排的效果非常好，所以它的运用前景十分广泛。并且水体的温度会跟随外界的变化而进行调节，可以实现对于污水水源的回收利用和二次处理，既保护了环境，也达到了节能减排的目的，是目前前景较好的系统形式。相信随着技术的不断进步，污水源热泵的技术难点也会被一一攻破，为人类提供更加舒适的人工环境。

参考文献：

[1]杨胜东，赵志峰，隗孟佳.加强建筑节能改造 提高功能制冷效率——原生污水源热泵系统[J].城市住宅，2009（08）：114-116.

（作者單位：山东省产品质量检验研究院）