李紅偉 張 楠 韓賽賽
(1.洛陽(yáng)一拖華建工程設(shè)計(jì)有限公司,河南 洛陽(yáng) 471003;2.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南 鄭州 450007;3.洛陽(yáng)一拖華建工程設(shè)計(jì)有限公司,河南 洛陽(yáng) 471003)
污水源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和其應(yīng)用潛力分析
李紅偉1 張 楠2 韓賽賽3
(1.洛陽(yáng)一拖華建工程設(shè)計(jì)有限公司,河南 洛陽(yáng) 471003;2.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南 鄭州 450007;3.洛陽(yáng)一拖華建工程設(shè)計(jì)有限公司,河南 洛陽(yáng) 471003)
污水源是一種優(yōu)良的低溫余熱源,污水源熱泵能夠充分的利用城市污水的廢熱,與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比,在最初投資和運(yùn)行方面有顯著的優(yōu)勢(shì),而與常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)相比也有其突出的特點(diǎn),在有條件的地方應(yīng)該優(yōu)先考慮使用此種技術(shù)。
污水源熱泵系統(tǒng);技術(shù)經(jīng)濟(jì)性;應(yīng)用潛力
污水源熱泵是一種水源熱泵,其主要的優(yōu)點(diǎn)是水的熱容量大、設(shè)備傳熱性能好、水溫比較穩(wěn)定,城市污水是一種優(yōu)良的低溫余熱源,水溫在整個(gè)采暖期波動(dòng)不大,對(duì)水/空氣熱泵或水/水熱泵而言,是一種理想的低溫?zé)嵩础?/p>
污水源熱泵技術(shù)主要是利用城市污水作為冷熱源,通過(guò)熱泵壓縮系統(tǒng)將污水中的低位熱能轉(zhuǎn)化成為可再生高位清潔能源,以此來(lái)作為建筑物進(jìn)行制冷供暖與提供生活用水。城市污水是不可多得的熱泵冷熱源,它的溫度一年四季相對(duì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定,這種溫度特性使得污水源熱泵比傳統(tǒng)采暖空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高。城市污水具備水量大,水溫冬暖夏涼,受氣候影響小等特點(diǎn),與太陽(yáng)能和空氣相比,城市污水全年的水溫變化幅度小。冬季嚴(yán)寒地區(qū)污水溫度也在12℃—16℃,長(zhǎng)江流域污水溫度維持在14℃—18℃;夏天,污水溫度在22℃至25℃,又比日常氣溫低了10℃,因而,可在全年獲得相對(duì)比較穩(wěn)定的水溫,可作為穩(wěn)定的熱源。
污水熱源的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:首先,其是屬可再生能源利用技術(shù),污水源一般是城市原生污水,其來(lái)源相對(duì)比較穩(wěn)定,不受時(shí)間和季節(jié)的影響,水量也基本恒定,只要溫度合適,將是良好的熱源。其次,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,城市原生污水的水體溫度不受時(shí)間和季節(jié)的影響,一年四季相對(duì)都比較穩(wěn)定,這就使熱泵機(jī)組能更加穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行,同時(shí)也使得系統(tǒng)更加的高效、經(jīng)濟(jì)。再者,污水源熱泵機(jī)組可以建造在居民區(qū)內(nèi),采用城市原生污水作為熱泵熱源進(jìn)行工作,機(jī)組運(yùn)行時(shí)沒有燃燒,沒有任何污染,也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物場(chǎng)地,環(huán)境效益顯著,且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。與常規(guī)熱泵和空調(diào)系統(tǒng)相比,其消耗的電能更少,而發(fā)電時(shí)消耗一次能源,而且會(huì)排放一些污染物、二氧化碳溫室氣體等。
根據(jù)系統(tǒng)采用污水源,可以將其分為原生污水源熱泵系統(tǒng)、一級(jí)污水源熱泵系統(tǒng)和二級(jí)污水源熱泵系統(tǒng);根據(jù)熱泵換熱設(shè)備是否與污水直接接觸可分為直接式污水源熱泵系統(tǒng)和間接式污水源熱泵系統(tǒng)。其工作原理是在高溫的夏季,通過(guò)熱循環(huán)而將建筑內(nèi)熱量傳遞到污水源內(nèi),而在寒冷的冬季通過(guò)熱循環(huán)將污水源內(nèi)能量提取到建筑物內(nèi),但由于污水特殊的水質(zhì)的緣故,系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)添加特殊設(shè)備以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
由于污水具有較強(qiáng)的腐蝕性,因此在系統(tǒng)換熱器前應(yīng)加裝自動(dòng)式過(guò)濾器和反洗裝置,在運(yùn)行過(guò)程中仍有可能存在較大懸浮物堵塞交換器,所以,要定期對(duì)其進(jìn)行清理;整個(gè)污水系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)應(yīng)遵循管路平直、閥門少的原則,在自流管的進(jìn)口和端頭分別安裝閘閥和法蘭盲板以便于檢修和清洗;潛水泵的選擇應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的潛水池,并應(yīng)從壓水干管接出一根支管并伸到集水池底部,運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)定期開啟以將浮渣沖起并用水泵沖走;由于污水的黏性及對(duì)換熱地面的污染,為保證一定傳熱系數(shù)而提高管內(nèi)流速,要對(duì)封頭部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的處理;為避免污水內(nèi)大體積懸浮物進(jìn)入殼管式換熱器,應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理,將內(nèi)部大尺度污物去除,以保證換熱器的正常工作。
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)污水排放量日益增多,污水的排放相對(duì)集中,該現(xiàn)狀為污水源熱泵的利用提供了保證,資料顯示給600萬(wàn)噸污水降溫3℃,則可獲得相當(dāng)于燃燒60萬(wàn)噸煤所產(chǎn)生的熱量,所以,其可以帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益,該系統(tǒng)以城市污水為冷熱源,無(wú)需消耗燃煤、燃油等一次性能源,運(yùn)行過(guò)程中中無(wú)煙氣粉塵、廢液、廢渣等污染物質(zhì),這種性能可在很大條件下改善城市大氣環(huán)境和地面環(huán)境。與其它供熱設(shè)備相比,污水源熱泵有很多的優(yōu)勢(shì):我國(guó)年污水排放量達(dá)464億m3,與燃煤、燃油、燃?xì)獾儒仩t房系統(tǒng)相比,節(jié)省用煤量0.33億噸。以全國(guó)年總能耗30億噸標(biāo)煤來(lái)計(jì)算,達(dá)到了1.1%,若按暖通空調(diào)的一次能源消耗量10億噸標(biāo)煤計(jì)算,達(dá)3.3%,同時(shí)每年可減少排放量達(dá)72萬(wàn)噸。另外,污水源熱泵系統(tǒng)將污水熱能連同熱泵機(jī)組本身產(chǎn)生熱能一并轉(zhuǎn)移到室內(nèi),能效比高達(dá)4.5-6.0,能源利用率是電采暖的3-4倍,夏季冷凝溫度低,比傳統(tǒng)中央空調(diào)節(jié)省30﹪-40﹪的運(yùn)行費(fèi)用,且污水源熱泵系統(tǒng)無(wú)需設(shè)冷卻塔,利用的是城市原生污水,節(jié)約了大量水資源的同時(shí)又創(chuàng)造出新的清潔型能源。
隨著能源和環(huán)境的問(wèn)題日益加重,在滿足人們健康、舒適要求的前提下,如何合理利用能源,節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境和降低能耗已成為人們迫切需要解決的焦點(diǎn)問(wèn)題,污水源熱泵技術(shù)將成為既節(jié)能又環(huán)保及舒適衛(wèi)生的最為活躍和最為有效的供暖供冷方式。面對(duì)全球性的能源短缺問(wèn)題,我國(guó)政府對(duì)污水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用高度重視,在鼓勵(lì)和推廣原生污水源熱泵技術(shù)的研究應(yīng)用方面已出臺(tái)了一些相關(guān)政策。由于我國(guó)地域遼闊,各地區(qū)氣候差異較大,地質(zhì)狀況錯(cuò)綜復(fù)雜,全面推廣應(yīng)用污水源熱泵技術(shù)還需要對(duì)許多技術(shù)難題進(jìn)行研究。在能源短缺和環(huán)境危機(jī)日益嚴(yán)重的情況下,使用以污水作為熱源的熱泵系統(tǒng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油氣爐是一種可行的節(jié)能改造方案,也將成為今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。
污水源熱泵系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用,很大程度上降低了對(duì)于環(huán)境的污染,也節(jié)省了很多其他的能源的應(yīng)用,對(duì)于改善人們的生活環(huán)境有良好的促進(jìn)作用,大大提高了人們的生活品質(zhì)。
[1]陳朝旭.污水源熱泵應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)淺析[J].通用機(jī)械.2009(07):28-34
[2]李賓,郭振華,耿亮.污水源熱泵節(jié)能性分析[J].山西建筑.2012(04):112-118
[3]王曉東,趙力,李育紅.污水源熱泵制熱工況的實(shí)際運(yùn)行特性分析[J].暖通空調(diào).2008(01):36-42
[4]宋建華,張建國(guó),陳永昌.污水源熱泵系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷.2007(07):47-52
[5]李明霞,張寶懷.城市污水源熱泵應(yīng)用的可行性分析[J].能源研究與利用.2008(01):16 -21
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