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污水源热泵介绍

城市污水中所赋存的热能是一种可回收和利用的清洁能源，弃之为废，用之为宝。因此，在对城市污水进行处理的同时利用其中的热能，是城市污水资源化利用的有效途径⋯。污水处理厂的出水量大。水质稳定。常年温度在13—25℃ 。污水源热泵是以污水作为热源进行
制冷、制热循环的一种空调装置。污水源热泵具有热量输出稳定，COP值高，换热效果好，机组结构紧凑等优点。
1 污水源热泵技术的应用对于城市污水中低位能源的开发利用。前苏联和北欧等区域供热较发达的国家对此方面的研究比较活跃。由于能源危机及环境问题的日益突出。美国、日本、德国等发达国家都纷纷投入大量的财力和人力进行此项研究，并取得了一定的发展。
我国的污水源热泵应用目前还刚刚起步。北京高碑店污水处理厂、北京北小河污水处理厂、河北秦皇岛污水处理厂和哈尔滨马家沟截流渠污水项目等分别在这方面进行了有益的尝试，且运行效果良好。但目前应用的供热供冷面积较小，与污水中含有的巨大能量相比不成比例，污水源热能利用是大有潜力的。
污水源热泵空调系统技术系统特点：
不受建筑冷热平衡的限制，不打井、不埋管、将污水变废为宝，适用于各种类型的建筑供热、制冷及生活热水。
应用条件：
建筑物附近有污水干渠且污水量充足。
环保及经济效益：
夏季空调过程中，将废热排放到污水中，而不是像常规空调那样通过冷却塔排放到大气中，可避免 “热岛效应”、避免霉菌污染、避免噪声污染。
冬季替代传统锅炉供热，减少燃煤、减少CO2等有毒、有害物质的排放，每利用1t污水，相当于减少燃煤2㎏，减少CO2排放3kg。
我国每年污水排放量约750亿m3，可供13.2亿㎡以上的建筑采暖、空调，如果将污水全面利用起来，每年可节约燃煤1.5亿吨，减少CO2排放4.5亿吨。
污水的温度冬暖夏凉，经过我公司的实际检测，冬季哈尔滨污水最低温度12℃，夏季重庆污水最高温度24℃，所以污水是最好的冷、热源。
与常规市政锅炉供热和冷水机组比较，运行费用降低30%以上，同时，热泵可以一机多用（供冷、供热、生活热水），使系统初投资降低30%以上。

能源问题已成为举世关注的焦点。海洋作为
容量巨大的可再生能源在目前尚未得到充分的开
发。我国海岸线长达3万多公里，有众多的岛屿和
半岛。对于各沿海地区，海洋资源极为丰富。海水
源热泵空调系统将是人们关注的一个重要课题。
我国大部分海域海水温度适合水源热泵对温
度的要求。根据有关部门测定资料，青岛沿黄海冬
季海水(水面以下5 m处)在1月15～31日，其温
度不仅高于空气温度而且相当稳定。当空气温度
一6℃ ，海水温度在6℃ 左右。在夏季7月16日
至8月23日，海水温度变化范围不大，在20～
25℃ 范围内，东海南海沿海岸夏季水温在27～
28℃⋯ 。我国漫长的海岸线，绝大水域海水均适
宜做热泵机组的冷热源，这就为海水源热泵提供了
广阔的市场。
1 海水源热泵
1．1 技术难点
海水对金属尤其是黑色金属有强烈的腐蚀作
用。如何解决海水对材料的腐蚀问题，而且要简单
易行，成为海水源热泵技术的关键。在材料选择上
和换热器结构上要考虑海水的腐蚀性，同时采取相
应防腐措施。
传统的海水机组方式一般为，海水进人换热器
前首先经过机组与海水抽水井间设置的可拆卸的钛
板式换热器以解决海水对换热器腐蚀问题，这样做
虽然解决了腐蚀问题，但是又带来了其他问题。一
方面钛板换热器价格昂贵，其次水路系统复杂；另
外，在中间换热器海水与循环水交换存在温差，在制
热工况，进人蒸发器的水温降低；而在制冷工况，进
人冷凝器水温提高，使制热量、制冷量降低，机组效
率下降。所以如何从真正意义上解决海水的腐蚀
问题，是海水源热泵能否大量应用和推广的关键。
1．2 海水源热泵机组的防腐措施
随着满液式水源热泵机组的发展，海水直接在
管程内流动，使防腐也相对容易了。用海军铜或镍
黄铜作为传热管则可以比较容易解决海水腐蚀问
题，而且不论制热或制冷工况均有较高的效率。
这样不论是蒸发器，还是冷凝器均可以解决海
水腐蚀问题，海水在管程内流动，传热管采用耐海
水腐蚀的材料，其他和海水接触部分，如管板外侧，
封头内壁也采用防腐蚀材料和相应措施，这就改变
了过去所谓的海水机组在海水和机组之间加中间
换热器的传统做法，减小了传热温差，提高了机组
的效率。一般，换热器管板外侧与海水接触侧采
用复合管板；换热器封头采用耐腐的铸铁件材料，
内置活泼金属锌块。海水源热泵的应用
2．1 应用领域
海水源热泵机组是水源热泵的生力军，它同样
可以用于建筑物供冷、采暖和生活热水，也可用于
工矿企业工艺过程用水。机组热源海水的温度，不
仅影响机组的效率，而且在很大程度上决定其是否
适合作机组的热源。本机组蒸发器为满液式，其蒸
发温度相对干式蒸发器可以提高2℃ 以上，其在制
热工况对海水温度要求相应可以低一些。这就意
味着，我国除一小部分水温低的海域外，其他海水
温度相对较低的地区海水仍有可能用作制热运行
的热源，至于制冷运行工况，全程海域水温均适用
于做机组冷源。
海水温度条件主要涉及到海水最冷月和最热
月海水各层的温度，在这方面我国黄、渤海地区有
很好的水温条件。海水温度最低的2月份，黄、渤
海地区海水表面温度大部分区域在4～6℃ 以上，
可以满足热泵的运行条件。夏季在水深5米处，海
水温度多在20～25℃ 范围内，几乎全程海域温度
适于机组制冷和制热对热源温度的要求。

技术的不断进步、工程实例的不断增多，海水
源热泵机组的发展前景是非常广阔的。其中的主
要技术难点是如何更好地防止海水腐蚀性问题。
随着满液式水源热泵机组技术的不断成熟，采用一
些行之有效的防腐措施，特别是引用船用空调的一
些防腐措施，都取得了很好的效果。
在国家大力倡导“能源节约型、环境友好型”的
社会政策下，特别是水源热泵在全国的广泛应用，
以及我国海水资源的丰富，相信海水源热泵在我国
的应用会很快地发展起来

余热回收
能源是经济的命脉,随着经济的不断发展,生
活水平的不断提高,对能源的需求也将不断扩大。
我国是个人口大国,人均能源占有量并不丰富,有
效合理地利用能源,最大限度发挥其作用无疑十
分必要。
有效地利用能源一方面应当节约能源,提高
能耗设备的效率,另一方面可充分挖掘余热回收
的潜力,将高品位的余热直接予以再利用,或将低
品位的余热提高能级后再予以利用。
1 　高品位余热的回收
高品位的余热回收有多种途径,现以宾馆及
酒店为例加以说明。
宾馆、酒店作为高档住宿及休闲场所,其环境
的舒适程度决定了服务的档次,中央空调、卫生热
水是不可缺少的。而作为提供此类功能的中央空
调主机及附属设备、各种类型的热水锅炉等,其能
耗几乎占到宾馆、酒店总体能耗的30 %～40 %或
更高。如何在不影响宾馆、酒店正常服务功能的
前提下降低能耗,挖掘节能潜力显得十分必要。
目前,作为中央空调系统心脏的中央空调主机大
多采用各种形式的冷水机组,在制冷的同时将大
量冷却热量(约为制冷量的1. 2 倍) 排放到大气
中。由于冷却系统的冷却水温度有限,能级不高
(冷水机组标准工况下,冷却水回水及出水温度为
32 ℃和37 ℃) ,所以一般不会直接加以利用。与
此同时,高中档宾馆、酒店大多提供24 小时卫生
热水,以我国广东省内客房总数在150 间,入住率
80 %左右的宾馆来说,其全天卫生热水的消耗量
约在60 吨左右,如采用燃油(柴油) 锅炉加热制取
卫生热水,按温升25 ℃计算,全天加热60 吨热水
的油耗量约150kg ,每月4500kg ,按柴油单价2. 7
元/ kg 计算,则每月加热卫生热水的净耗油费用
为12150 元。
如果将宾馆现有制冷用空调主机的余热加以
回收和再利用,利用这部分余热交换卫生热水则
可以达到既节约能源又降低制冷系统能耗的目
的。以目前冷水机组大多采用的R - 22 为工质
的蒸汽压缩式制冷系统来讲,从工质R - 22 的
lgp - h 图可以看到,以理想状态下的R - 22 制冷
循环来说,该循环在压缩机高压排气点至节流部
件之前的等压冷却过程可分成三部分(见图- 1) 。
①过热段,从压缩机排气点至汽态饱和线;
②凝结段,从汽态饱和线至液态饱和线;
③过冷段。
图1
如以冷水机组名义工况下蒸发温度5 ℃,回
气温度15 ℃,冷凝温度40 ℃,过冷温度5 ℃计,则
排汽温度约为70 ℃,从R - 22 的lgP - h 图可以看
到,单位质量的工质产热量约为制冷量的1. 2 倍,
其中过热段热量约占全热量的13 % ,过热段热量
虽占全热量的比例不高,但其能级较高,完全可以
　回收并直接再利用。现以单机头制冷16 万kcal/
h 的双螺杆机组进行分析,其全热量约为19. 5 万
kcal/ h ,过热段热量约为2. 5 万kcal/ h ,现将用于
余热回收的热交换器置于压缩机排气口与冷凝器
入口间,则该系统冷却的交换过程如下所示(见图
- 2) 。
图2
　　从图中可以看到,经改造后的冷却系统冷却
水侧分为两部分:第一部分是用于余热回收的冷
却段,以进水温度年平均25 ℃的自来水计,出水
温度为50 ℃时,其热水交换量为2 吨/ 小时,该冷
却段除完全回收了高能级的过热蒸气热量外,也
部分的参与了工质的凝结过程;第二部分是原有
冷却系,由于余热回收设备分担了20 %的换热
量,也就相对增加了冷却系统的过冷换热能力,实
际应用中证明可增加1 ℃～2 ℃的过冷度,这对于
提高制冷能力是有一定帮助的。
从以上分析可以看到,经余热回收改造后的
空调主机,一方面在功耗不变的前提下提高了制
冷量,另一方面,由于将高能级余热充分加以回
收,可直接生产卫生热水供各种使用,仍以前述冷
水机组工作工况为例, 原单机制冷量为16 万
kcal/ h 的机组经改造后可交换热水2 吨/ 小时(温
差25 ℃) ,按全运行20 小时计算可生产热水40
吨。如改造两个主机系统即可获取80 吨/ 天的热
水,如配以适当容积的保温热水箱,完全可满足宾
馆的热水需求。在制冷空调季节,原热水锅炉完
全可以停用,以广东东南部为例全年按10 个月制
冷空调期计算,可节省柴油消耗费用12 万多元。
其节能效果和环保效果非常显著。
2 　低品位余热的回收
低品位的余热回收目前主要应用热泵原理,
将能级提高后再加以利用。
同样以宾馆、酒店的空调水系统为分析对象,
采用一种水热源热泵机组,其低温热源就是空调
用冷冻水的回水部分,高温侧直接交换出50 ℃热
水,供卫生热水使用。该水热源热泵机组的蒸发
器饱合蒸发温度应能满足提供空调用冷冻水温
度,并将冷冻出水汇入冷冻供水大回路中,同时该
机组的冷凝器饱和冷凝温度应有所提高,以冷凝
器进水25 ℃,出水50 ℃计,其冷凝饱和温度约为
46 ℃。由此即可达到制冷同时利用余热回收制取
卫生热水的目的。由于提高了冷凝温度,能效比
会有所下降,但只要系统匹配合理,其能效比仍可
达到4 以上。综合考虑其余热利用程度还是相当
可观的。受装机容量限制,此类热泵单机头系统
的制冷制热量还有些偏小,但可采用模块化组合
方式并采用高效全封闭蜗旋式压缩机以及效率更
高的热泵机组专用压缩机,大容量系统拟采用螺
杆式压缩机,此类机组以热水需求为装机容量参
考。采用此类水热源热泵机组的另外一个优点
是:在空调部分冷负荷或空调冷负荷很小时,此时
如开大型冷水机组就显得很不经济,效率很差,而
开启该热泵机组,不但可满足局部空调冷负荷需
求,同时还可满足卫生热水需求,真可谓一举两
得。该水热源热泵机组工作流程如下(见图- 3) 。
图3
　　此外,在冬季,我国北方严寒地区也可采用这
类机组以深层地下水作为低温热源生产卫生热水
及采暖热水,经利用后的地下水再次倒灌入深层
地下,确保地下水资源不浪费、不污染,其节能效
果、环保效果同样非常显著。
除以上分析外,还有多种形式、多种途径的余
热回收方法,比如,利用电厂高温余热,结合蒸气
型热水型溴化锂吸收式制冷机组进行制冷;还有
基于吸收式制冷原理,利用发动机高温余热的吸
附式制冷和利用太阳能作为热源的太阳能制冷系
统等,都将是十分有效的节能空调制冷系统。
随着新技术的不断涌现,新工艺、新材料的进
一步成熟和推广,人类赖以生存的能源必将“取之
不尽,用之不绝”。