提要：分析了污水能源供暖制冷在工程中的应用可行性，列举了污水热泵在发达国家的应用案例，特别研究了污水热泵系统的工作原理和工作流程，为设计人员进行污水热泵系统的设计提供了依据和方法。
关键词：污水热泵; 工作原理; 工作流程
Abstract: This paper analyzes the feasibility of sewage energy heating and cooling in the engineering, cites the application cases of sewage heat pump in developed countries, and in particular, researches the working principle and and working process of sewage heat pump system, providing basis and methods for the designers.
Key words: sewage heat pump; working principle; working process
中图分类号：TB484.3 文献标识码：A 文章编号：
一、概述
能源和环保是人类生存和发展的两大主题。伴随着我国经济的快速发展，城区人口居住密集，商业写字楼鳞次栉比，能源的供需矛盾日益突出，所面临的能源形式十分严峻。
从实现可持续经济和社会发展的目标出发，能源发展不仅要保障能源的供给与需求，而且还要提倡优先使用清洁能源，保护环境。在我国石油、天然气、煤炭等资源有限，环境状况日益恶化的条件下，开发可再生的清洁能源应当成为能源使用中优先发展的方向。
利用污水能源供热制冷已有近百年的历史，在欧美国家有大量的工程实例，为污水热泵的应用积累了丰富的经验。由于污水热泵具有节能、环保的优点，所以有着广阔的应用前景。近年随着能源价格的飞涨，更加凸现了这种供热制冷方式的优点。
二、污水能源供暖制冷的优点
污水能源供暖制冷的特点主要是由城市污水的特性决定的。
城市污水除具有“水”的特性和用途外，还存储有大量的低品位能量，具有“能量”的特性。其主要表现有：
Ø 冬暖夏凉：城市污水的最大特点是冬暖夏凉，特别随着人民生活水平的不断提高，这一特点将更加明显。
Ø 全年的水温变化幅度较小：据统计，1月份和8月份的大气温差在40℃，河水的温差均在25℃。而城市污水的温差只有12℃，温度变换幅度较小，因而可在全年获得比较稳定的水温，可作为稳定的冷热源。
Ø 受气候影响小：比如对于太阳能的利用，在夜间是不能加以利用，而且还受天阴下雨等气候因素的影响很大，可以说是一种不稳定的热源。由于对于空气源制冷空调，大气温度越高，系统运行效率越低，因此在设备选型时，需要配置10~20%的安全余量，也可以说是一种不稳定的冷源。城市污水受气候影响非常小，在设备配置和系统运行上都非常安全可靠。
Ø 污水的热能利用区域较广：由于目前的热泵技术已从对城市污水二级处理水的热能利用，发展到可直接回收利用未经处理的城市污水的热能阶段，因此，不受污水处理厂的地点限制，可根据城市污水管网情况和用户需要，灵活进行利用，从而扩大了在城市中使用的区域。
Ø 热能的储存量较高：城市污水随着城市规模的增大，人口的增多，人民生活水平的提高，逐年增大。仅北京市区，到2008年仅规划处理的污水就将达到268万m3/d，可以为2020万m2的建筑供暖，为1558万m2的建筑供冷，其所含的热能相当于1.98×1010kW的发电量或4.3×109 m3的液化气。
三、污水热泵系统工作原理
污水热泵技术的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，在美、日、西北欧洲等国商业应用已有几十年的历史。冬季它从城市污水汲取能量，提升、转移为高品位热能，为用户供热。夏季又可以将用户端空调制冷的废热排入城市污水中。
污水热泵技术发展至今已成为一项先进、成熟的供热、制冷技术(机械式蒸气压缩/制冷循环)。80年代以来，美国、日本、澳大利亚、挪威、瑞士、瑞典等国家相继利用城市污水建立了一批大型污水热泵系统。
近年来随着我国对环保问题的重视，该项污水热泵技术被引进国内并得以迅速的发展，仅在北京地区每年都以百万平方米建筑面积的速度递增。北工大软件园项目结合自身条件利用污水热泵技术为建筑物的空调系统供暖制冷。奥运项目规划中也明确了要采用地热结合水源热泵技术为运动员村提供供暖与制冷的规划。
城市污水集中供热(冷)系统是依据国家专利技术，由大功率无燃料污水源热泵机组及热力管网组成。其特点是高效节能、环保、经济。 城市污水集中供热机组的工作原理：利用污水处理厂二沉池的水资源，借助专用污水源热泵机组系统，通过消耗少量的(25%)电能，在冬季，不断将污水中大量的低品位热能取出来，变成高品位的热能，通过热力管网供给建筑物的采暖和空调系统。夏季，把室内的热量取出来，再释放到水中，以达到空调制冷的目的。该系统广泛应用于建筑物的集中供热、中央空调、热水供应、游泳池水加热、室内种植、养殖恒温等。是一种可以在污水处理行业推广的创新技术。
夏季引入热泵站的污水的平均温度约为25℃，经热泵机组冷凝器换热后排出温度约为35℃，提取12℃温差的“冷量”。热泵蒸发器进出水作为空调循环水，供回水温度为7/14℃。夏季平均COP为5。
冬季，污水的平均温度约为14℃，经换热器换热后排出温度约为7℃，提取7℃换得热量作为水源热泵的低位热源。热泵冷凝器出水作为空调循环水，供回水温度为50/40℃。冬季平均COP为4.5。
四、应用现状
一、污水热泵技术国外发展现状
大型热泵站在本世纪七十年代末八十年代初在瑞典和前苏联等区域供热较发达的国家开始应用，单机容量仅几兆瓦。而后，在美国、日本、罗马尼亚、丹麦、德国等得到了迅速的发展，单机容量甚至达到30兆瓦，单个项目总装机容量可达到160兆瓦。
80年代以来，瑞典建立了一批大型热泵站，到1987年，已有约100座热泵站投入运行，总供热能力达到1200MW，已成为世界上应用大型热泵的代表国家之一。挪威奥斯陆1980年开始建设利用城市污水干管的污水作热源的热泵站，83年投入使用。日本八十年代末也开始建设利用海水和污水作热源的热泵站。
下表为瑞典的部分应用案例：
瑞典正在运行的大型热泵站一览表
|
地点 |
容量（MW） |
投入时间 |
低位热源 |
|
伊索喔 |
1×80 |
1986 |
城市污水 |
|
索尔纳 |
4×30 |
1986 |
城市污水 |
|
斯德哥尔摩 |
2×20+2×30 |
1986 |
城市污水 |
下表为日本的部分应用案例：
日本部分正在运行的污水热泵站一览表
|
地点 |
容量（MW） |
投入时间 |
低位热源 |
|
Koraku |
25.6 |
1992 |
污水原水 |
|
Osaka Nanko |
113 |
1994 |
海水 |
|
Makuhari |
8.78 |
1995 |
污水原水 |
|
Ochiai |
0.297 |
1987 |
二级水 |
|
Rokko Island |
5.52 |
1988 |
二级水 |
|
Kosuge |
1 |
1993 |
二级水 |
|
Okawabashi |
0.58 |
1991 |
河水 |
二、污水热泵技术国内发展现状
国内水源热泵的发展也只是近几年的事情，随环境保护意识的增强，治理大气污染措施的出台，建筑能源结构的调整，水源热泵技术在我国得到较快的发展。污水水源热泵在我国还没有较大项目的实施，在高碑店污水处理厂、北小河污水处理厂、卢沟桥污水处理厂内利用污水二级出水实施了几个小型实验性项目，均取得了较好的效果。到2008年前，39万平方米奥运村建筑的供暖和制冷也将采用污水热泵技术。
参考文献：
[1]、鱼剑琳 建筑节能应用新技术 化学工业出版社 2006.3
[2]、马最良,曹源 .闭式环路水源热泵空调系统及评价 1996 (1):6～11.
[3]、李建兴 城市污水热泵在住宅供热中的应用 天津大学 2004.9
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文章名称：
污水能源供暖制冷在工程中的应用
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