污水源熱泵介紹課件

污水源熱泵介紹中央空調(diào)概述：空調(diào)系統(tǒng)由冷熱源、空調(diào)機(jī)、末端設(shè)備以及連接各局部之間的介質(zhì)輸送系統(tǒng)組成。空調(diào)冷熱源包括：空氣、冷卻塔、鍋爐〔其中包括電鍋爐、燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t〕、水〔包括地表水、地下水、生活廢水〕、土壤等?？照{(diào)機(jī)組種類包括：活塞式、離心式、螺桿式、溴化鋰吸收式等。末端形式主要有風(fēng)機(jī)盤管、散熱器、地板輻射等。輸送系統(tǒng)主要指輸送冷熱介載體介質(zhì)的管道，送風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管、風(fēng)道，水系統(tǒng)的水管，制冷劑系統(tǒng)的銅管等。如以下圖所示：

二、污水源熱泵根據(jù)以上空調(diào)各個(gè)局部的不同組合，可以有多種空調(diào)系統(tǒng)的方案，如以冷卻塔〔冷源〕+鍋爐〔熱源〕+空調(diào)主機(jī)+風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)夏季制冷、冬季制熱功能；地下水〔冷熱源〕+熱泵機(jī)組+風(fēng)機(jī)盤管+地板采暖實(shí)現(xiàn)夏季制冷、冬季制熱功能等。污水源熱泵即以污水作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，實(shí)現(xiàn)制冷、制熱的目的。城市污水是理想的空調(diào)冷熱源，開發(fā)利用低位清潔可再生能源是暖通空調(diào)能源消耗的新模式?？稍偕郧鍧嵞茉窗ㄌ?yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎凸I(yè)余熱、城市廢熱等等，我們利用其中的局部低位能源作為熱泵冷熱源為建筑物供熱時(shí)，按電驅(qū)動(dòng)熱泵制熱性能系數(shù)4.0計(jì)算，其系統(tǒng)的一次能源利用率大于1.3，而利用其他礦物燃料供暖時(shí)一次能源利用率那么在0.7卸0.9之間，因此低溫?zé)嵩?熱泵供暖空調(diào)是緩解能源緊張、保護(hù)環(huán)境的有效途徑之一。城市污水是工業(yè)廢水與生活污水的總和，是城市余熱型可再生性清潔能源，包括城市原生污水與二級(jí)出水，是一種理想的低位冷熱源。作為熱泵空調(diào)冷熱源具有如下特點(diǎn)：(1)城市污水水量為城市供水量的85％以上，數(shù)量巨大，據(jù)?2021年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開展統(tǒng)計(jì)公報(bào)?顯示：我國(guó)2021年全年城市污水排放量達(dá)359.52億立方米，城市污水處理率達(dá)48.4％。(2)城市污水水溫相對(duì)較高且其隨季節(jié)變化幅度較小，通常在10℃以內(nèi)，具有冬暖夏涼的特點(diǎn)，溫度全年在10—25℃之間，適合暖通空調(diào)冬夏兩季制熱及制冷雙工況運(yùn)行，供暖時(shí)水溫較地下水溫高3—5℃，制冷時(shí)較空氣溫度低10—15℃。(3)作為城市廢熱之一，城市污水占城市區(qū)域廢熱百分比很高，日本東京占近40%，我國(guó)各城市所占比例在10一16％之間，是城市廢熱回收潛力最大的局部。(4)城市污水是載熱水體，熱容量大，相對(duì)空氣源、土壤源而言，換熱設(shè)備具有很高的傳熱效率，熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率高，空氣源、土壤源熱泵制熱系數(shù)在3.5以下，而污水源熱泵可高達(dá)4.5甚至以上。(5)城市污水量大面廣，在市區(qū)內(nèi)既可分散性小規(guī)模應(yīng)用，也可建設(shè)大型熱泵站，系統(tǒng)機(jī)組裝機(jī)容量可在100kW-2000kW之間，甚至更大。開發(fā)利用城市污水作為熱泵冷熱源為建筑物供暖空調(diào)不僅具有節(jié)能環(huán)保效益，而且符合生態(tài)建筑的開展趨勢(shì)。(6)城市污水能源區(qū)域分布優(yōu)越。我國(guó)能源資源分布不均．煤炭等礦產(chǎn)資源有60%分布在華北，水力資源有70％分布在西南，而經(jīng)濟(jì)興旺、工業(yè)和人口比較集中(約占全國(guó)人口總數(shù)的37％)的南方八省市的能源卻比較缺乏，煤炭量?jī)H占全國(guó)2％，水力資源僅為10%。而城市污水熱能分布于各大中城市市區(qū)內(nèi)，與人口及城市工業(yè)化程度成正比，將城市污水作為一種新能源，在適當(dāng)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的同時(shí)，緩解了能源缺乏及分布的不均勻性問(wèn)題。依上述可知，城市污水是理想的暖通空調(diào)冷熱源，因此對(duì)以城市污水為冷熱源的熱泵空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究并加以推廣應(yīng)用具有很重要的意義。20世紀(jì)80年代以來(lái)，美國(guó)、日本等國(guó)家相繼建立了一批大型城市污水源熱泵系統(tǒng)。從開始時(shí)單機(jī)容量?jī)H幾兆瓦已開展至今單機(jī)容量達(dá)30MW，單個(gè)工程總裝機(jī)容量達(dá)160MW。以瑞典為例，到1987年已有約100座熱泵站投入運(yùn)行，總供熱能力到達(dá)1200MW，已成為世界上應(yīng)用大型污水源熱泵的代表國(guó)家之一。大型城市污水源熱泵系統(tǒng)在國(guó)外已有十幾年的運(yùn)行歷程，已形成一套較完備的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)目前也已實(shí)施多個(gè)工程的城市污水源熱泵，如北京高碑店污水處理廠、北小河污水處理廠、盧溝橋污水處理廠、秦皇島海港區(qū)污水處理廠利用污水二級(jí)出水實(shí)施了幾個(gè)工程，哈爾濱馬家溝、哈爾濱望江賓館、哈爾濱太古商城、大慶恒茂商城等利用原生污水實(shí)施了幾個(gè)工程，均取得了較好的效果。污水源熱泵的原理首先，污水源熱泵技術(shù)主要來(lái)源為城市污水，污水具備水處理量大，水源穩(wěn)定，冬暖夏涼等特點(diǎn)。調(diào)查說(shuō)明，城市污水中具有較大的熱量，冬天污水溫度在10℃至16℃，高出日常氣溫。夏天，污水水溫為22℃至25℃，又比日常氣溫低。熱泵機(jī)組依靠?jī)?nèi)部制冷劑的物態(tài)循環(huán)變化，冬季從污水中吸收熱量經(jīng)熱泵機(jī)組升溫后對(duì)建筑供熱，夏季通過(guò)熱泵機(jī)組把建筑物中的熱量傳遞給污水從而實(shí)現(xiàn)供冷的新技術(shù)。制熱原理圖制冷原理圖污水源熱泵不同的系統(tǒng)分類方式又可分為：按污水熱能提取方式可分為：直接利用式和間接利用式。從模式轉(zhuǎn)換方式又可以分為：通過(guò)四通換向閥的換向來(lái)實(shí)現(xiàn)制熱工況和制冷工況的轉(zhuǎn)換(工質(zhì)切換式)和通過(guò)閥門改變水流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)工況轉(zhuǎn)換(水切換式)。直接換熱式熱泵空調(diào)系統(tǒng)為熱泵空調(diào)機(jī)組換熱器中的制冷劑直接同污水進(jìn)行熱交換，提取污水中的熱量或冷量；間接換熱式熱泵空調(diào)系統(tǒng)污水先通過(guò)熱交換器與某一中間媒介進(jìn)行熱交換．再通過(guò)中間媒介同制冷劑換熱。需要明確指出，直接污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，污水與制冷劑之間不存在混合，它們之間的傳熱方式依然是間接傳熱。與間接換熱式污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，直接系統(tǒng)具有更為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)形式和更高的制熱效率。在間接系統(tǒng)中，熱量的傳遞路線是：污水、中介水、制冷劑。從熱力學(xué)的角度分析，中介媒質(zhì)的存在增加了傳熱熱阻，導(dǎo)致能量在轉(zhuǎn)移過(guò)程中其品質(zhì)有大幅度的下降，因此整個(gè)熱泵系統(tǒng)的制熱效率也隨之下降。同時(shí)，中介媒質(zhì)的存在也使污水的可利用溫差區(qū)間減小，單位質(zhì)量污水的供熱量也就減小了。沒(méi)有中介水系統(tǒng)的直接污水源熱泵系統(tǒng)由于系統(tǒng)形式得到簡(jiǎn)化，初投資也隨之減小，而且調(diào)試、調(diào)節(jié)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理方便。直接換熱式污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)一般為工質(zhì)切換式系統(tǒng)，而問(wèn)接式污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)一般屬于水切換式系統(tǒng)。直接系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和更高的效率，是未來(lái)的主流系統(tǒng)形式。目前國(guó)內(nèi)外以二級(jí)污水作為冷熱源的熱泵空調(diào)系統(tǒng)通常都采用直接換熱式系統(tǒng)。而對(duì)于水質(zhì)較差的城市原生污水大都采用間接利用式，以減少對(duì)熱泵空調(diào)機(jī)組的腐蝕。城市污水源熱泵具有初投資低，運(yùn)行費(fèi)低的巨大經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。運(yùn)行效果良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。污水熱泵系統(tǒng)的機(jī)房面積比其他系統(tǒng)的占地面積要小。系統(tǒng)根據(jù)室外溫度及室內(nèi)溫度要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，可做到無(wú)人看管，同時(shí)也可做到聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。污水源熱泵系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，設(shè)備的可靠性強(qiáng)，維護(hù)量小，平時(shí)無(wú)設(shè)備的維護(hù)問(wèn)題?，F(xiàn)以某工程實(shí)例來(lái)分析城市污水熱泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益情況。某工程可能獲得的能源形式包括：〔1〕電熱輻射供暖；〔2〕電熱鍋爐方式；〔3〕污水源熱泵系統(tǒng)方式；〔4〕空氣源熱泵系統(tǒng)方式；〔5〕燃?xì)獗趻觳膳癄t。該工程總建筑面積150000平方米，污水源熱泵機(jī)組制熱時(shí)cop值取4。供暖季為從11月15日到次年的3月15日(共計(jì)120天)。使用城市污水源熱泵時(shí)該工程單位面積供暖運(yùn)行本錢為：(單位面積熱指標(biāo)×負(fù)荷系數(shù)×天數(shù)×24÷效率)×單位能源價(jià)格=(65÷1000×0.66×120×24÷4)×0.56=17.0元/平方，與其它供暖方式運(yùn)行費(fèi)用比照方下：

由以上數(shù)據(jù)可以看出，污水源熱泵的運(yùn)行效率較高，費(fèi)用較低，與傳統(tǒng)的空調(diào)制熱采暖相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

原生污水源熱泵是利用了城市廢熱作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)，污水經(jīng)過(guò)換熱設(shè)備后留下冷量或熱量返回污水干渠，污水與其他設(shè)備或系統(tǒng)不接觸，污水密閉循環(huán)，不污染環(huán)境與其他設(shè)備或水系統(tǒng)。供熱時(shí)省去了燃煤、燃?xì)?、然油等鍋爐房系統(tǒng)，沒(méi)有燃燒過(guò)程，防止了排煙污染；供冷時(shí)省去了冷卻水塔，防止了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，環(huán)境效益顯著。以上例比照方下：

三、小結(jié)污水源