孫 妍 錢劍峰 劉維智

哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150028

污水源熱泵防阻機(jī)實(shí)地調(diào)查分析

孫 妍 錢劍峰 劉維智

哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150028

本文通過對污水源熱泵使用現(xiàn)狀、哈爾濱望江大酒店及北京悅都大酒店關(guān)于污水源熱泵防阻狀態(tài)的實(shí)地調(diào)研與分析，并用相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)說明當(dāng)前污水源熱泵存在的問題，且進(jìn)一步提出改善對策。

原生污水；防阻機(jī)堵塞；調(diào)查數(shù)據(jù)；對策

1 緒論

1．1 背景

污水源熱泵，主要是以城市污水作為提取和儲存能量的冷熱源，借助熱泵機(jī)組系統(tǒng)內(nèi)部制冷劑的物態(tài)循環(huán)變化，消耗少量的電能，從而達(dá)到制冷制暖效果的一種創(chuàng)新技術(shù)。[1]在我國，此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用前景最被看好。城市污水分布范圍廣，水量巨大并且穩(wěn)定，是一種蘊(yùn)含豐富低位熱能的可再生熱能資源，污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)則是以城市污水作為建筑的冷熱源，解決建筑物冬季采暖、夏季空調(diào)和全年熱水供應(yīng)的重要技術(shù)，降低建筑冬季采暖、夏季空調(diào)和生活熱水供應(yīng)對化石燃料能源資源的消耗，也是城市污水資源化開發(fā)利用的有效途徑。

1．2 調(diào)研目的

通過實(shí)地調(diào)查哈爾濱望江大酒店、北京望都大酒店兩所使用污水源熱泵系統(tǒng)，并且比較具有代表性的酒店，了解污水源熱泵系統(tǒng)實(shí)際使用過程中機(jī)組的阻塞情況、熱泵系統(tǒng)的工況、季度維護(hù)狀況及費(fèi)用，從而針對具體情況，對污水源熱泵防阻機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，并且確認(rèn)新系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性。

2 污水源熱泵系統(tǒng)調(diào)查結(jié)果

2．1 哈爾濱望江大酒店污水源熱泵防堵機(jī)調(diào)查結(jié)果

2.1.1 哈爾濱城市污水目前的基本情況

我國污水處理廠的發(fā)展很快，2004年底，全國661個城市建有708座污水處理廠，處理能力4912萬立方米/日。而以哈爾濱為例，2007年哈爾濱共有11座污水處理廠，污水處理率達(dá)到70%。到2010年哈爾濱市共有19個污水處理廠遍布全市 ，市區(qū)污水處理率達(dá)到了90%。

雖然擁有污水處理廠，但是處理的污水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足城市對水的需求量，許多地方都是通過應(yīng)用污水源熱泵過濾城市原生污水，雖然城市污水冬暖夏涼適宜進(jìn)行熱交換，但是城市原生污水的成分復(fù)雜，其中含有化學(xué)物質(zhì)、有機(jī)液體、藻類等，及含有微尺寸的固體，又含有尺寸巨大的固體，所以其處理相當(dāng)?shù)穆闊?/p>

2.1.2 酒店污水堵塞及維修的基本情況

通過調(diào)查問卷，我們了解到，酒店大約每月對室外污水管進(jìn)行1次疏通，每周對污水的總出口格柵網(wǎng)進(jìn)行1次清理。月花費(fèi)大約為3500元，年花費(fèi)大約為42000元。

給排水泵的保養(yǎng)費(fèi)每月大約為5666元，每年大約為68000元。給排水設(shè)備的維修材料費(fèi)每月大約為800元，每年的費(fèi)用大約為9600元。每次維修大約需要5人左右，每次停工大約4-5小時(shí)。

表1 酒店的過濾設(shè)備的維護(hù)和處理

2.1.3 酒店污水源熱泵防阻機(jī)使用情況

由于原生污水中大尺度雜物的大量存在，例如塑料袋、樹葉等，應(yīng)用的傳統(tǒng)的污水源熱泵常常遇到設(shè)備與管路的堵塞污染，而且涉及占地、清理、雜物運(yùn)輸及周邊的環(huán)境污染問題，即使采用這種最簡單的水處理工藝，其處理成本也要大大地高于熱泵從水中取熱與取冷的價(jià)值，清理問題尤為嚴(yán)峻，遇到用水多的高峰期，過濾網(wǎng)的更換更加頻繁。

以我們調(diào)查的哈爾濱望江大酒店污水源熱泵防堵機(jī)現(xiàn)狀為例：

由于冬季哈爾處于旅游旺季，客流量較大，酒店的入住情況較好，入住率可高達(dá)83.6%。與之相反，春、秋、夏季客流量相對較小，然而全年平均入住率也可達(dá)到63.27%。隨著入住率的增加，酒店污水量隨之增加，而每日酒店污水產(chǎn)生高峰期為每天11:00-14:00和每天18:00-23:00，全年日污水排放量約為242m3，污水進(jìn)出口溫差約為5攝氏度，即可利用的潛熱約5攝氏度。

表2 哈爾濱望江大酒店污水系統(tǒng)的工況

圖1 污水系統(tǒng)工況圖

哈爾濱望江大酒店采用了污水源熱泵系統(tǒng)，然而由于污水均為原生污水，機(jī)組常常出現(xiàn)堵塞等情況。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污水源熱泵防堵機(jī)季度維護(hù)成本主要集中在清潔費(fèi)用上，這是由于原生污水中的污雜物處理貼附于濾網(wǎng)表面，造成濾網(wǎng)堵塞，影響污水的流量，影響熱泵系統(tǒng)的工作效率。 污水源熱泵系統(tǒng)用戶對于系統(tǒng)使用與節(jié)能效果普遍較為滿意，但對于維修和清理過程產(chǎn)生的麻煩與費(fèi)用表示需要改進(jìn)。

2．2 北京悅都大酒店污水源熱泵防堵機(jī)現(xiàn)狀

2.2.1 北京悅都大酒店污水排放情況

該酒店高峰入住人數(shù)400-500人每天，生活污水排放量在350-400立方每天，據(jù)調(diào)查資料顯示，污水排放量通常在上午7∶00 —9∶00時(shí)，下午18∶00-20∶00時(shí)出現(xiàn)兩次高峰。

表3 北京悅都大酒店污水系統(tǒng)的工況

圖2 污水系統(tǒng)工況圖

2.2.2 北京悅都大酒店污水源防阻機(jī)堵塞情況

酒店的污水中含有泥漿油脂菜葉等難處理的廢物常常會造成污水處理管道的阻塞，令酒店人員很苦惱，酒店人員表示如果有一款污水源熱泵防阻機(jī)既可以處理污水又可以利用污水，他們很樂意使用。酒店使用的傳統(tǒng)污水源熱泵防阻機(jī)存在著濾筒內(nèi)淤積污雜物，造成設(shè)備與管路的堵塞污染。進(jìn)入污水換熱器，不僅增加了系統(tǒng)和設(shè)備的阻力，增加水泵的能耗，而且增加了換熱器的熱阻，影響傳熱效果。濾面淤積污雜物，導(dǎo)致進(jìn)入換熱器過濾污水水量下降，影響系統(tǒng)效率，并不能很好的解決原生污雜物地除雜過濾問題。

3 哈爾濱望江大酒店及北京悅都大酒店污水源熱泵防堵機(jī)存在的問題與改善對策

3．1 問題

（1）哈爾濱望江大酒店及北京悅都大酒店，均采用了污水源熱泵系統(tǒng)，然而由于污水均為原生污水，機(jī)組常常出現(xiàn)堵塞等情況。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污水源熱泵防堵機(jī)季度維護(hù)成本主要集中在清潔費(fèi)用上，這是由于原生污水中的污雜物處理貼附于濾網(wǎng)表面，造成濾網(wǎng)堵塞，影響污水的流量，影響熱泵系統(tǒng)的工作效率。

（2）根據(jù)相關(guān)資料及現(xiàn)場勘測，城市污水含有大量污雜物，包括物理性大小尺度污雜物和有機(jī)溶解性化合物，從而使得污水源熱泵存在以下問題：

①水流流動阻力大。污水中存在的固體污雜物會使流體與固體表面壁的摩擦力增大，進(jìn)而使污水流動耗功增加。由于固體顆粒慣性的存在，局部阻力會成倍地增加。

②換熱率降低。污水換熱器的換熱系數(shù)受到污水水質(zhì)、換熱面結(jié)垢和腐蝕等的影響，比清水換熱器的換熱系數(shù)要低。監(jiān)測北京悅都酒店和哈爾濱望江賓館的換熱器情況，清潔時(shí)的換熱系數(shù)在1400w/(m2·K)左右，污染后換熱系數(shù)約700w/(m2·K)，清潔時(shí)的換熱系數(shù)是污染后的2倍左右[2]，污染后的換熱器換熱效率降低，欲達(dá)到相同的換熱量勢必增加換熱面積和運(yùn)行費(fèi)用,這些問題都嚴(yán)重地影響了系統(tǒng)的整體性能，使得節(jié)能效果不明顯。

③結(jié)垢率高。城市原污水是含有豐富的有機(jī)物、無機(jī)物、藻類、微生物、固體雜質(zhì)等的非清潔水源，其中含有大量的大尺度以及微尺度雜質(zhì)，使得換熱器表面受到不同程度地污染（如圖3）。當(dāng)換熱表面形成軟垢后，污水側(cè)的對流換熱熱阻將占換熱器總熱阻的60%～85%[2]。只有使得換熱器的面積余量足夠大，才會彌補(bǔ)堵塞所造成的能耗損失，這樣會使得系統(tǒng)初投資加大，還增加了設(shè)備使用的空間，對系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)也有不利的影響。

3．2 改善對策

（1）除了傳統(tǒng)的濾網(wǎng)外，特針對系統(tǒng)提出了更為方便使用的優(yōu)化方案，可以使得使用時(shí)間更長的污水過濾系統(tǒng)，從而減小對熱泵系統(tǒng)的損耗，從而降低維護(hù)費(fèi)用。

（2）新系統(tǒng)要具有拆裝簡單，易于清理與更換的特點(diǎn)。

（3）新系統(tǒng)須針對原生污水水質(zhì)惡劣的主要特點(diǎn)，對傳統(tǒng)防阻機(jī)做出相應(yīng)的改進(jìn)，減緩或?qū)⒈苊舛氯麊栴}。

4 結(jié)論

兩會期間，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，加大環(huán)境治理力度，推動綠色發(fā)展取得新突破。治理污染、保護(hù)環(huán)境，事關(guān)人民群眾健康和可持續(xù)發(fā)展，必須強(qiáng)力推進(jìn)，下決心走出一條經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境改善雙贏之路。經(jīng)過對傳統(tǒng)污水源熱泵防阻機(jī)的調(diào)研與分析充分體現(xiàn)傳統(tǒng)污水源熱泵防阻機(jī)在減排方面仍舊有待提高。因此發(fā)展并改進(jìn)優(yōu)化污水源熱泵，加強(qiáng)推廣污水源熱泵系統(tǒng)，是符合國家未來發(fā)展計(jì)劃的，優(yōu)化污水源熱泵不僅僅具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且能為國家節(jié)能減排的發(fā)展道路作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]王繼斌．污水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景[J]．西部皮革，2016．

[2]莊兆意．直接式原生污水源熱泵系統(tǒng)的防堵技術(shù)及換熱特性研究[D]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012．

孫妍（1994-），女，哈爾濱商業(yè)大學(xué)，學(xué)生，建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程。劉維智（1995-），男，哈爾濱商業(yè)大學(xué)，學(xué)生，能源與動力工程。

哈爾濱商業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃省級項(xiàng)目（201510240018）