1、熱泵節(jié)能技術(shù) （Heat Pump）,一、概述,所謂熱泵，就是靠高位能拖動(dòng)，迫使熱量從低位熱源流向高位熱源的裝置。 熱泵可以把不能直接利用的低品位熱能（如空氣、土壤、水、太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱等）轉(zhuǎn)換為可利用的高品位能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能（煤、石油、天然氣、電能等）的目的。 礦物能源短缺，熱泵技術(shù)是一條極重要的節(jié)能途徑。,熱泵始于1852年，威廉.湯姆遜提出所謂“熱量放大器”裝置，即為最早的熱泵裝置。 熱泵技術(shù)經(jīng)歷了一段漫長(zhǎng)而曲折的發(fā)展過(guò)程，目前已經(jīng)得到突破，熱泵技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，熱泵裝置已進(jìn)入了家庭、公共建筑、廠房，得到了廣泛的應(yīng)用。 目前熱泵主要用來(lái)解決100以下低溫用能。

2、據(jù)估計(jì)，歐洲在100以下低溫用能方面的耗能量約占總耗能量的50左右。因此，用熱泵為暖通空調(diào)提供100以下的低溫用能具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。 熱泵在暖通空調(diào)中的應(yīng)用不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。,二、熱泵的基本工作原理與評(píng)價(jià),1. 工作原理 熱泵的工作原理與制冷機(jī)相同，都是按熱機(jī)的逆循環(huán)工作的，所不同的是工作溫度范圍不同，使用的目的也不同。 制冷機(jī)利用吸收熱量而使對(duì)象變冷，達(dá)到制冷的目的； 而熱泵則是利用排放熱量，向?qū)ο蠊?，達(dá)到制熱的目的。,制冷機(jī)與熱泵的基本能量轉(zhuǎn)換關(guān)系,熱泵裝置：從環(huán)境中吸取熱量，傳遞給高溫物體，實(shí)現(xiàn)供熱目的； 制冷機(jī)：從低溫物體吸取熱量傳遞給環(huán)境中去，實(shí)現(xiàn)制冷目的； 聯(lián)合循環(huán)機(jī)：從低溫

3、物體吸熱，實(shí)現(xiàn)制冷，同時(shí)又把熱量傳遞給被加熱的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)供熱目的。,壓縮式制冷機(jī)工作原理圖,在正常的大氣壓力下，水要達(dá)到100才能沸騰蒸發(fā)。而在低于大氣壓力（即真空）條件下，水可以在很低的溫度沸騰。比如說(shuō)在6mmHg的真空條件下，水的沸點(diǎn)只有4。 溴化鋰溶液就可以創(chuàng)造這種真空條件，因?yàn)殇寤?LiBr)是一種吸水性極強(qiáng)的鹽類物質(zhì)，可以連續(xù)不斷地將周圍的水蒸汽吸收過(guò)來(lái)，維持容器中的真空度。,熱泵供熱系統(tǒng)原理圖,1-壓縮機(jī)；2-冷凝器；3-節(jié)流機(jī)構(gòu)；4-蒸發(fā)器；5-地板輻射供熱；6-熱網(wǎng)的循環(huán)水泵；7-熱網(wǎng)；8-低溫?zé)嵩此难h(huán)泵；9-河水,2. 熱泵經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià),問(wèn)題復(fù)雜，影響因素很多。 包括：

4、負(fù)荷特性、系統(tǒng)特性、地區(qū)氣候特性、低位熱源特性、設(shè)備價(jià)格、設(shè)備使用壽命、燃料價(jià)格和電力價(jià)格等。 “節(jié)能效果”與“經(jīng)濟(jì)效益”,節(jié)能效果制熱性能系數(shù)COP,一般34左右,經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)投資回收年限法,：投資回收期（年）； I：熱泵系統(tǒng)所需的投資（年）； A：燃料價(jià)格（元/J）； QE：熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，年節(jié)約能量（J/年）。,一般回收年限應(yīng)在35年內(nèi),初始投資少 一機(jī)多用。一座建筑物要實(shí)現(xiàn)冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活熱水三項(xiàng)功能，如果采用傳統(tǒng)方式，一般需要安裝各自獨(dú)立的供暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)，有的還需再獨(dú)立安裝供熱水系統(tǒng)。而如果采用熱泵系統(tǒng)，安裝一套就可以了。 投資項(xiàng)目少。安裝熱泵系統(tǒng)，不必再

5、建燃料儲(chǔ)存場(chǎng)地和運(yùn)輸燃料的通道，不必配備特殊的消防裝置，不必對(duì)配電系統(tǒng)做大規(guī)模的增容。 綜合上述因素，熱泵系統(tǒng)具備了優(yōu)異的性能價(jià)格比，使用戶用較少的初始投資，得到較多的實(shí)惠。,動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值分析,將參與比較方案的系統(tǒng)造價(jià)按資金的時(shí)間價(jià)值折算為每年的費(fèi)用，并與年運(yùn)行費(fèi)用相加得出費(fèi)用年值，從若干方案中選取費(fèi)用年值最小的作為最佳方案。,f費(fèi)用年值，元/年； i利率或標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部收益率，取0.08； m經(jīng)濟(jì)壽命，取15年； Csys造價(jià)（初投資），元； c年運(yùn)行成本，元/年。,三、熱泵 分類 空氣源熱泵 水源熱泵 水環(huán)熱泵 地源熱泵 地表水熱泵 地下水熱泵 土壤源熱泵 污水源熱泵,1. 空氣源熱泵（Air-

6、source）,以室外空氣為熱源； 低溫?zé)嵩吹臏囟入S室外溫度的變化而改變。其制熱量隨室外空氣溫度降低而減少，這與建筑熱負(fù)荷需求趨勢(shì)正好相反； 在夏季高溫天氣，由于其制冷量隨室外空氣溫度升高而降低，同樣可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作； 當(dāng)室外空氣溫度低于熱泵工作的平衡點(diǎn)溫度時(shí)，熱泵就難以正常工作，減少了機(jī)組的換熱能力，需要用電或其他輔助熱源對(duì)空氣進(jìn)行加熱；,空氣源熱泵供熱量等于建筑耗熱量時(shí)的室外計(jì)算溫度,先進(jìn)科學(xué)的化霜技術(shù)是機(jī)組冬季運(yùn)行的可靠保障。機(jī)組冬季運(yùn)行時(shí)，換熱盤管溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，表面產(chǎn)生冷凝水，冷凝水低于0就會(huì)結(jié)霜，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)堵塞盤管，明顯降低機(jī)組效率，為此必須除霜，這也消耗大量的能量；

7、在寒冷地區(qū)和高濕度地區(qū)熱泵蒸發(fā)器的結(jié)霜可成為較大的技術(shù)障礙； 空氣源熱泵不適用于寒冷地區(qū)，但在冬季氣候較溫和的地區(qū)，如我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)，己得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用； 機(jī)組多數(shù)安裝在屋面，應(yīng)考慮機(jī)組噪聲對(duì)周邊建筑環(huán)境的影響。,水環(huán)熱泵系統(tǒng)是用水環(huán)路將小型水/空氣熱泵機(jī)組和能量采集裝置并聯(lián)在一起，為建筑物供熱、制冷。系統(tǒng)由室內(nèi)熱泵機(jī)組、水循環(huán)環(huán)路、其它設(shè)備（如淺層地能采集裝置）等構(gòu)成。一般用于全年都有制冷需要的建筑物中。 主要設(shè)備：小型水/空氣熱泵、循環(huán)水泵、水循環(huán)環(huán)路、能量采集裝置等。,2水環(huán)熱泵,水環(huán)熱泵系統(tǒng)夏季利用冷卻塔或地能將系統(tǒng)內(nèi)熱負(fù)荷排放掉，冬季則將內(nèi)區(qū)的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱的外區(qū)，不足部分

8、由輔助熱源（電、燃?xì)狻⑷济?、熱水、蒸汽、太?yáng)能）供給。 該系統(tǒng)適用于大型建筑物，特別是內(nèi)區(qū)冷負(fù)荷較大，而且冬季時(shí)內(nèi)區(qū)仍然需要供冷，而外區(qū)需要供熱的場(chǎng)合。 工況和性能： 水循環(huán)管路溫度：1530C 供冷時(shí)COP可達(dá)3.54.3 供熱時(shí)COP可達(dá)3.14.7,地源熱泵的應(yīng)用只有近二十年的歷史。 速度穩(wěn)步增長(zhǎng)：如美國(guó)，截止1985年全國(guó)共有14,000臺(tái)地源熱泵，而1997年就安裝了45,000臺(tái)，到目前為止已安裝了400,000臺(tái)，而且以每年10%的速度增長(zhǎng)。1998年美國(guó)商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)己占空調(diào)總量的19%，其中在新建筑中占30%。 中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等國(guó)家主要利用淺層地?zé)?/p>

9、資源，地下埋管（埋深400米深）的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。 據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。,地源熱泵,3. 地下水源熱泵（Ground water-source）,地下水地源熱泵系統(tǒng)可分為開(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。 開(kāi)式系統(tǒng)：將地下水直接供應(yīng)到每臺(tái)熱泵機(jī)組，經(jīng)換熱后將井水回灌到地下或直接定點(diǎn)排放。由于可能導(dǎo)致管路阻塞，更重要的是可能導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生，通常不建議在地源熱泵系統(tǒng)中直接應(yīng)用地下水。 閉式系統(tǒng)就是通過(guò)一個(gè)板式換熱器將地下水與建筑物內(nèi)的水系統(tǒng)分隔開(kāi)，避免了建筑內(nèi)熱泵系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕。,地下水源熱泵系統(tǒng)又可

10、分為兩種，一種為單井式系統(tǒng)，另一種為雙井式系統(tǒng)。 單井式系統(tǒng)在取水井內(nèi)設(shè)置潛水泵，抽取地下水與地上系統(tǒng)換熱后直接排走，由于其不斷地大量抽取地下水而不能進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)充，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致地下水位下降，地面基礎(chǔ)降等一系列地質(zhì)問(wèn)題，所以已經(jīng)很少采用。 雙井式系統(tǒng)分別設(shè)置取水井和回灌井，能在取水的同時(shí)向地下含水層補(bǔ)水，運(yùn)行穩(wěn)定性和系統(tǒng)壽命大大提高。但由于含水層較深，顆粒細(xì)，滲透性能差，回灌水較困難。,生活熱水系統(tǒng),由井口換熱器將地下水和熱泵系統(tǒng)循環(huán)水隔開(kāi)。一定深度的地下水經(jīng)潛水泵注入井口換熱器放（吸）熱后，再返回同一口井中，形成循環(huán)。 地下水在返回地下時(shí)直接與土壤（砂石）進(jìn)行換熱，使地下水恢復(fù)至初始的溫度

11、； 由循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)二次循環(huán)水通過(guò)熱泵蒸發(fā)器（冬季）或冷凝器（夏季）與其內(nèi)部工質(zhì)進(jìn)行熱交換， 外部輸入電能對(duì)低位能量進(jìn)行提升； 由循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)末端循環(huán)水通過(guò)熱泵冷凝器（冬季）或蒸發(fā)器（夏季） 與其內(nèi)部工質(zhì)進(jìn)行熱交換，通過(guò)末端裝置與室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行熱（冷）交換，滿足建筑物冬季供暖或夏季制冷。,井深：100m一口井：3000m2左右,國(guó)家大劇院,金 四 季 購(gòu) 物 中 心,金 泰 閣,海淀外國(guó)語(yǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)校,項(xiàng)目特點(diǎn)：該?？傉嫉?40畝，共有9棟建筑。各建筑物相對(duì)分散，冷熱源機(jī)房設(shè)計(jì)體現(xiàn)了機(jī)房按冷熱負(fù)荷要求靈活布局的特點(diǎn)，采用分散冷熱源形式，機(jī)房面積小，無(wú)需其他輔助建筑。機(jī)房附近設(shè)置冷熱源井，外管線短, 熱損失

12、小；各機(jī)房獨(dú)立運(yùn)行，調(diào)節(jié)靈活，運(yùn)行費(fèi)用低。 運(yùn)行實(shí)況：該系統(tǒng)于2001年9月投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。北京市統(tǒng)計(jì)局對(duì)其進(jìn)行了能耗測(cè)定分析，冬季供暖期為126天，建筑總耗電2072248度，其中供暖耗電量為2063283度，新風(fēng)耗電量為4600度，生活熱水耗電量為11693度。每平米建筑面積耗電量為31.73度。單位面積供暖費(fèi)為14.29元/平米，生活熱水加熱費(fèi)為5.23元/噸。 電費(fèi)：峰 0.54，平 0.54，谷 0.2元/度,海淀區(qū)政府大樓,項(xiàng)目特點(diǎn)：該項(xiàng)目地上12層、地下3層，建筑容積率高，室內(nèi)采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。 運(yùn)行實(shí)況：該項(xiàng)目應(yīng)用集中式機(jī)房，設(shè)備利用率高，管理方便，運(yùn)行費(fèi)用低

13、。該系統(tǒng)于2002年投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。北京市統(tǒng)計(jì)局對(duì)其進(jìn)行了能耗測(cè)定分析，冬季供暖期為126天，其中供暖耗電量為1819049度，新風(fēng)耗電量為457320度，生活熱水耗電量為10231度。單位面積供暖費(fèi)為24.64元/平米（含新風(fēng)），不含新風(fēng)的供暖費(fèi)用為17.29元/平米。生活熱水加熱費(fèi)為6.5元/噸。 電費(fèi)價(jià)格：峰0.67；平0.67；谷0.23元/度,當(dāng)然，應(yīng)用這種地下水熱泵系統(tǒng)也受到許多限制。首先，這種系統(tǒng)需要有豐富和穩(wěn)定的地下水資源作為先決條件。因此在決定采用地下水熱泵系統(tǒng)之前，一定要做詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查，并先打勘測(cè)井，以獲取地下溫度、地下水深度、水質(zhì)和出水量等數(shù)據(jù)。 地下水

14、熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與地下水層的深度有很大的關(guān)系。如果地下水位較低，不僅鉆井的費(fèi)用增加，運(yùn)行中水泵的耗電將大大降低系統(tǒng)的效率。,國(guó)外由于對(duì)環(huán)保和使用地下水的規(guī)定和立法越來(lái)越嚴(yán)格，地下水源熱泵的應(yīng)用己逐漸控制。 對(duì)于我國(guó)地下水源并不豐富，且回灌技術(shù)不成熟，很容易造成水源流失及污染，而水資源是當(dāng)前最緊缺、最寶貴的資源，任何對(duì)水資源的浪費(fèi)或污染都是絕對(duì)不可允許的，因此，推廣這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)當(dāng)非常慎重。,存在問(wèn)題,1）初期投資偏高： 打井費(fèi)用、機(jī)組費(fèi)用、管道及控制設(shè)備的費(fèi)用等。水井的單位打井費(fèi)用是隨著井深的增加而增加的，因此對(duì)初投資影響很大。 2）受地質(zhì)條件的制約 3）對(duì)水源水有較為嚴(yán)格的要求：水量充足、水溫適

15、度、水質(zhì)適宜、供水穩(wěn)定。,水源水的水量必須能滿足用戶制熱負(fù)荷或制冷負(fù)荷的需要。 水源的水溫應(yīng)適合機(jī)組運(yùn)行工況要求。 水源的水質(zhì)，應(yīng)適宜于系統(tǒng)機(jī)組、管道和閥門的材質(zhì)，不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕損壞。 另外水源系統(tǒng)供水具有長(zhǎng)期可靠性，能保證水源熱泵長(zhǎng)期和穩(wěn)定運(yùn)行。 該系統(tǒng)冬季取抽水井的熱水取熱后回灌到回灌井中；而夏季則抽取回灌井的低溫水，回灌到抽水井中。,4）受當(dāng)?shù)啬茉凑叩南拗?地下水作為國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備物質(zhì)，其利用更是受到國(guó)家、當(dāng)?shù)卣膰?yán)格控制。雖然總體來(lái)說(shuō)，地下水源熱泵的運(yùn)行效率較高、費(fèi)用較低，但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比，在不同的地區(qū)不同需求的條件下，其投資經(jīng)濟(jì)性會(huì)有所不同。 5）井的老化：砂堵

16、、腐蝕、膠結(jié)、巖化等。 6）回灌問(wèn)題,回灌的目的就是儲(chǔ)能，提供冷熱源，亦即冬灌夏用，夏灌冬用。另外為保持含水層水頭壓力、防止地面沉降、保護(hù)地下水資源，也必須回灌。 但是，由于成井質(zhì)量、回灌技術(shù)等原因，很難保證達(dá)到100%回灌。通過(guò)對(duì)地下水源熱泵的實(shí)例調(diào)查發(fā)現(xiàn)，回灌率最高的可達(dá)到80%，最低的僅有20%，在回灌率較差的地方已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的地面沉降。,4. 地表水熱泵,地表水地源熱泵是利用江、河、湖、海的水作為熱源或熱匯的熱泵系統(tǒng)。這種熱泵系統(tǒng)要求具有足夠體積的地表水源可供使用而且地理位置便利。當(dāng)然，這種地表水熱泵系統(tǒng)也受到自然條件的限制。 與空氣源熱泵相似，地表水源熱泵的熱源溫度受氣候的影響較

17、大，當(dāng)環(huán)境溫度越低時(shí)熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數(shù)也會(huì)降低。 一定的地表水體能夠承擔(dān)的冷熱負(fù)荷與其面積、深度和溫度等多種因素有關(guān)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算。,這種熱泵的換熱對(duì)水體中生態(tài)環(huán)境的影響有時(shí)也需要預(yù)先加以考慮。 根據(jù)熱泵機(jī)組與地表水的連接式不同，地表水熱泵系統(tǒng)可分為開(kāi)路和閉路兩種系統(tǒng)。 在寒冷地區(qū)，開(kāi)路系統(tǒng)并不適用，只能采用閉路系統(tǒng)。 總的來(lái)說(shuō)，地表水熱泵系統(tǒng)具有相對(duì)造價(jià)低廉、泵耗能低、維修率低以及運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。,5. 土壤源熱泵（Ground-source）,土壤熱源的特點(diǎn),土壤熱源和空氣熱源相比，具有如下特點(diǎn)： 1）土壤的蓄熱性能好。土壤的溫度變化較空氣溫度的變化有滯后和

18、衰減的特點(diǎn)。這使得土壤作為熱泵的低位熱源與空氣源相比更能適應(yīng)負(fù)荷的變化，能與負(fù)荷較好的匹配，這對(duì)熱泵的運(yùn)行是有利的。 2）土壤的熱容量大。土壤的溫度較空氣的溫度變化要穩(wěn)定，當(dāng)熱泵制熱工況運(yùn)行時(shí)，土壤熱源的溫度要比空氣源的溫度高。從而使得在同樣的工況下，土壤源熱泵的性能系數(shù)更高。,3）土壤的熱流密度小。為2040W/m2，一般為25 W/m2。這就決定了當(dāng)土壤作為熱泵的單一低位熱源時(shí)，其承擔(dān)的負(fù)荷不宜太大，一般只用于負(fù)荷不大于1MW的場(chǎng)合。另外，土壤源熱泵有一定的面積要求。,土壤的熱物性,土壤是一個(gè)非均質(zhì)的，多相的，顆粒狀的多孔系統(tǒng)。 自然界中的三相也在土壤中存在：固相，由土壤顆粒組成；液相，即

19、為土壤空隙中的水與土壤的溶解物形成的土壤溶液；氣相，為土壤中的空氣。每種成分所占的比例影響影響土壤的熱物性。 土壤的熱物性參數(shù)主要有：土壤的比熱、含水率、密度、孔隙率、導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)（熱擴(kuò)散系數(shù)）等。其中土壤的含水量和密度對(duì)其導(dǎo)熱系數(shù)起著決定性的作用。,土壤溫度,土壤熱量來(lái)源于三個(gè)方面：太陽(yáng)的輻射能、地球內(nèi)部向外輸送的熱量和土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)所產(chǎn)生的熱量。 對(duì)一般土壤來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)輻射能是其熱量的主要來(lái)源，生物熱與地?zé)嶂皇窃谀承┨囟l件下才能發(fā)揮作用。 土壤溫度是土壤熱量的表現(xiàn)形式。土壤熱量的基本來(lái)源既然是太陽(yáng)輻射能，那么土壤溫度必然隨著太陽(yáng)輻射能的變化而有相應(yīng)的變化。 土壤表層日間增熱和夜

20、間散熱，引起土壤溫度有明顯的日變化。由于土壤熱量是從地面逐步向下輸送，在不同的下層深處，由于受熱散熱的先后和程度不一，它們溫度變化的情況也不相同。,一般規(guī)律是：1)表土的日最高溫出現(xiàn)在下午2時(shí)前后，最低溫出現(xiàn)在清晨6時(shí)，即日出之前；2)下層土壤最高溫與最低溫出現(xiàn)的時(shí)間落后于表土。下層土壤溫度變化不如表土大，在2米深處，土壤溫度的日變化消失；3)白天表層土溫高于下層，晚間下層土溫高于表層。,埋管材料,要求：較好的導(dǎo)熱性能、較高的強(qiáng)度和抗腐蝕性能、經(jīng)濟(jì)。 50年代：金屬管，抗腐蝕性差。 70年代后：塑料管，壽命50年。 聚乙烯：高密=0.46-0.52W/(m.K) 聚丁烯（PB）：=0.23W/

21、(m.K) 聚氯乙烯：硬質(zhì)=0.13-0.29W/(m.K) PVC：軟質(zhì)=0.13-0.17W/(m.K),各類地源熱泵優(yōu)缺點(diǎn)比較,污水源熱泵,污水源熱泵技術(shù)有機(jī)地將污水排放與城市能源結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶”。 污水源熱泵技術(shù)在美國(guó)、北歐及日本等國(guó)家已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，2004 年初，中國(guó)內(nèi)地首例利用污水作為能源供熱制冷的項(xiàng)目在北京市密云污水處理廠開(kāi)始試運(yùn)行。,污水水質(zhì)的優(yōu)劣是污水源熱泵供暖系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵,因此要了解和掌握污水水質(zhì)以判斷其是否可作為低溫?zé)嵩础?同時(shí),也要針對(duì)污水水質(zhì)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)和優(yōu)化污水源熱泵的污水/ 制冷劑換熱器的構(gòu)造,換熱器應(yīng)具有防堵塞、防腐蝕、防繁殖微生物等功能

22、,通常采用水平管淋水式或浸沒(méi)式換熱器。,城市污水干渠(污水干管) 通常是通過(guò)整個(gè)市區(qū),如果直接利用城市污水干渠中的原水作為污水源熱泵的低溫?zé)嵩?則可節(jié)省輸送熱量的能耗,從而提高其系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。 但同時(shí)應(yīng)注意:在取水設(shè)施中設(shè)置適當(dāng)?shù)乃幚硌b置(見(jiàn)圖) ,考慮利用原水余熱對(duì)后續(xù)水處理工藝的影響,如原水水溫降低過(guò)多將會(huì)影響市政曝氣站的正常運(yùn)行。,國(guó)外應(yīng)用情況,目前,污水源熱泵的技術(shù)是成熟的,國(guó)外工程實(shí)例很多。 20 世紀(jì)80 年代初在瑞典、挪威等北歐國(guó)家建造的一些以污水為低溫?zé)嵩吹拇笮蜔岜谜鞠嗬^投入運(yùn)行。 目前,瑞典斯德哥爾摩有40%的建筑物采用熱泵技術(shù)供熱,其中10 %是利用污水處理廠的出水。 挪

23、威奧斯陸1980 年開(kāi)始建設(shè)利用城市污水干管的污水作為低溫?zé)嵩吹臒岜谜?第一臺(tái)熱泵機(jī)組已在1983 年投入使用。,由于能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的日益突出,美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入大量的財(cái)力和人力進(jìn)行此項(xiàng)研究,并取得了一定的成果。 采用熱泵技術(shù)回收家庭生活污水(淋浴水、洗碟機(jī)和洗衣機(jī)排水等) 余熱的設(shè)施實(shí)例也很多。對(duì)于約10 人的住宅,采用熱泵技術(shù)回收家庭生活污水余熱可節(jié)能達(dá)50 % ,對(duì)于10 人以上的住宅可節(jié)能達(dá)60 %。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用前景,根據(jù)“十五”計(jì)劃綱要要求,2005 年城市污水集中處理率將達(dá)到45 % ,根據(jù)國(guó)務(wù)院2000 年36 號(hào)文件,2010 年城市排水管道普及率和城市污水處

24、理率分別達(dá)到90 %和60 % ,城市污水排放總量為464 億 m3/ a ,城市污水二級(jí)處理將增加6.157 萬(wàn) m3/ d。 在污水資源化過(guò)程中如何回收和利用污水余熱是一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。,城市污水是一種巨大的低溫余熱源。北京地區(qū)以高碑店污水處理廠為例,其二級(jí)出水溫度在冬季為13. 516. 5 ,夏季為2225 ;黃河以及長(zhǎng)江流域污水處理廠的二級(jí)出水溫度為1728 ；哈爾濱某藥廠污水溫度也在20 左右,且在整個(gè)采暖期內(nèi)水溫波動(dòng)不大,因此城市污水是水/ 水熱泵或水/ 空氣熱泵優(yōu)良的低溫?zé)嵩础?我國(guó)污水的排放量巨大且主要集中在城市。例如,2000 年黑龍江省污水排放量為11. 37 億 m3

25、 (其中工業(yè)廢水為5. 26 億 m3 ,生活污水為6. 11 億 m3) ,主要集中在哈爾濱、大慶、牡丹江等10 個(gè)城市中,可見(jiàn)回收與利用污水余熱關(guān)鍵在于回收城市污水余熱用于城市供暖,因二者地點(diǎn)吻合而易于實(shí)現(xiàn)。 工業(yè)凈化后污水?dāng)?shù)量十分可觀。哈爾濱某廠污水處理站流量達(dá)1. 5 萬(wàn) m3/ d (625 m3/ h) ,冬季污水溫度在20 左右。若采用熱泵技術(shù)將凈化后的污水降低1 就可獲得約1 t/ h 蒸汽的熱量,可供建筑面積約為1 萬(wàn) m2 的采暖。因此,建立供工業(yè)企業(yè)用的熱泵站回收污水余熱是工業(yè)企業(yè)節(jié)能的主要途徑。 我國(guó)城市污水源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用剛剛起步,處于試驗(yàn)和研究階段。,北京市排水

26、集團(tuán)在高碑店污水處理廠開(kāi)發(fā)了污水源熱泵試驗(yàn)工程,利用熱泵裝置向300 m2 的車間和600 m2 的機(jī)房冬季供暖、夏季制冷,經(jīng)三年的運(yùn)轉(zhuǎn)效果良好。 繼高碑店污水源熱泵試驗(yàn)工程后,北京市排水集團(tuán)又在北京北小河污水處理廠安裝了一套規(guī)模更大的污水源熱泵,為該廠6000 m2 的辦公樓和廠房供熱與制冷。,污水源熱泵的優(yōu)越性,城市污水排放量巨大,污水源十分豐富,如北京高碑店污水處理廠排放量為100 萬(wàn) m3/ d ,可解決500 萬(wàn) m2 建筑物的供熱供冷問(wèn)題。 與地下水源熱泵相比,既可省掉打井費(fèi)用,又不需要抽水與回灌所需的動(dòng)力,也可避免出現(xiàn)由于回灌不當(dāng)而引發(fā)的地下水資源的破壞問(wèn)題。 顯示出較好的經(jīng)濟(jì)效益。北小河污水處理廠原采用燃煤鍋爐供暖,運(yùn)行費(fèi)用約為20 萬(wàn)元/ a ,按北京市環(huán)保的要求應(yīng)進(jìn)行改造,如改用燃油鍋爐供暖的運(yùn)行費(fèi)用為45 萬(wàn)元/ a ,用天然氣鍋爐供暖費(fèi)用為37 萬(wàn)元/ a ,而改為污水源熱泵供暖的運(yùn)行費(fèi)用為22 萬(wàn)元/ a ,與燃煤鍋爐供暖基本