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污水源热泵工作原理及效益分析1.污水源：污水源热泵通过污水中的热能来供热或制冷。
这些污水可以来自家庭、厂区、城市污水处理厂等。
2.污水净化：首先，为了保护热泵设备，需要对污水进行初步的净化处理，例如去除大颗粒物、悬浮物等。
3.污水调温：经过预处理后，污水经过调温操作，使其温度尽可能接近热泵的最佳工作温度，一般为5-25摄氏度。
4.污水热能回收：经过调温后的污水通过换热器与热泵之间进行热能交换。
热泵利用换热器中的热能进行蒸发，从而获得蒸发的制冷剂。
5.制冷剂冷却：蒸发的制冷剂通过压缩机被压缩成高温高压气体，并通过冷凝器与室内或室外空气进行热交换，使其冷却变为液体。
6.供热或制冷：冷凝后的制冷剂经过膨胀阀进行膨胀，再次变成低温低压气体，并通过换热器与室内或室外空气进行热交换，使热能传递给室内或室外，实现供热或制冷效果。
1.节能环保：污水源热泵利用了污水中的热能，有效地节约了传统能源的消耗量，减少了温室气体的排放，具有良好的节能环保效益。
2.回收资源：污水中的热能在传统的处理过程中往往被浪费掉，而污水源热泵能够回收这部分热能，大大提高了能源利用效率，并能够减少对环境的负面影响。
3.降低运行成本：相比传统的供热或制冷方式，污水源热泵的运行成本较低。
由于污水源的温度相对稳定，热泵工作稳定可靠，减少了维护和运行成本。
4.解决能源短缺问题：随着能源消耗的增加和能源供应的减少，污水源热泵作为一种新型的能源利用方式，为减轻能源压力提供了新的途径。
5.适用范围广泛：污水源热泵适用于各种污水排放场所，无论是家庭、工厂还是城市污水处理厂，都可以利用污水中的热能来进行供热或制冷，具有广阔的应用前景。
总之，污水源热泵作为一种能源利用的新途径，具有较高的节能环保效益和经济效益，对解决能源短缺和环境污染问题具有重要意义。
对于地区热源紧缺或有大量污水排放的地区来说，污水源热泵是一种理想的能源供热或制冷解决方案。
污水源热本调研报告所谓污水源热泵，主要是以城市污水做为提取和储存能量的冷热源，借助热泵机组系统内部制冷剂的物态循环变化，消耗少量的电能，从而达到制冷制暖效果的一种创新技术。
城市污水源热泵空调技术能实现冬季供暖、夏季空调、全年生活热水供应（很廉价的热水供应方案）、夏季部分免费生活热水供应。
城市污水热泵空调是一项高新技术，具有节能、环保及经济效益，符合经济与社会的可持续性发展战略。
城市污水源热泵机组以污水为冷热源，冬季采集来自污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能（1份），将所取得的能量（大于4份）供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。
1、污水源热泵的工作原理污水源热泵的主要工作原理是借助污水源热泵压缩机系统，消耗少量电能，在冬季把存于水中的低位热能“提取”出来，为用户供热，夏季则把室内的热量“提取”出来，释放到水中，从而降低室温，达到制冷的效果。
其能量流动是利用热泵机组所消耗能量（电能）吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源，而起所消耗能量作用的是使介质压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。
污水源热泵系统由通过水源水管路和冷热水管路的水源系统、热泵系统、末端系统等部分相连接组成。
根据原生污水是否直接进热泵机组蒸发器或者冷凝器可以将该系统分为直接利用和间接利用两种方式。
直接利用方式是指将污水中的热量通过热泵回收后输送到采暖空调建筑物；间接利用方式是指污水先通过热交换器进行热交换后，再把污水中的热量通过热泵进行回收输送到采暖空调建筑物。
2、污水源热泵系统的特点：（1）环保效益显著城市污水源热泵是利用了污水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。
供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。
不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，环境效益显著。
（2）高效节能冬季，污水温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。
利用污水源热泵做热源进行城区集中供热的分析张建华济宁鲁兴房地产开发有限公司山东济宁 272000一、前言当前，国家、地方政府推出了许多发展可再生能源的鼓励、奖励政策。
为优化城市冬季供热能源结构，发展可再生能源利用，利用城市污水（中水）集中、量大、便于利用、可节能减排的特点，采用污水源热泵技术，建立热源厂，实现城区的集中供暖/冷，实现零排放、零污染，具有重大意义。
例如济宁市（太白湖新区）污水处理厂（日处理 30万吨污水，中水产量约 10000吨 /小时以上），建立污水源热泵的热源厂，可实现集中供热面积 200万平方米，与其它热源相比，在相同热价的条件下，其年收益可达 2000万元。
利用污水源热泵做热源进行城区集中供热，是可再生能源的利用，在供暖 /冷面积规模同等的情况下，其投资低于传统燃煤集中供热，运行费用低于传统燃煤集中供热（在济宁市工业燃煤的价格条件下）。
二、国内外发展现状 1983年，挪威的第一个城市污水源热泵系统在奥斯陆SkøyenVest投入运行。
如今，污水源热泵技术在北欧国家已经得到大规模应用，技术及规模成熟处于国际领先地位。
我国早在 80年代末就开始关注国外污水源热泵技术的研究与应用进展。
2000年，首例城市污水源热泵系统在北京高碑店污水处理厂成功示范。
此后，北京、秦皇岛、石家庄等地相继建成污水源热泵系统。
在济宁，目前已有多家单位使用水源热泵系统实现冬季供热及夏季制冷。
若直接利用污水处理厂后端中水做源水，所使用的设备及技术与水源热泵系统基本类似。
推广该类热源进行集中供热的条件已经具备。
三、供热规模及技术经济分析（ 1）供热规模根据市污水处理厂（太白湖新区）的数据（冬季水温约 13度，每天中水产量约 30万吨），制热后，其供热规模数据：节能建筑供暖面积可以满足 200万㎡以上的集中供热需求。
（ 2）与燃煤方式采暖比较的使用成本与收益计算水源热泵通常数据：按投入 1KW电力得到 4KW热量计算 1KW.H（ 1度电）即为 3.6MJ。
污水源热泵供热的工程应用及分析作为城市废热之一而排放的城市污水，由于是具有稳定的水量和水温，易于收集，污水中所贮存的热能较高，可作为清洁能源在低温区利用等一系列优点，正在受到越来越多的重视。
特别是热泵技术的不断发展，使城市污水热能利用系统日趋成熟。
作为城市废热之一而排放的城市污水，由于是具有稳定的水量和水温，易于收集，污水中所贮存的热能较高，可作为清洁能源在低温区利用等一系列优点，正在受到越来越多的重视。
特别是热泵技术的不断发展，使城市污水热能利用系统日趋成熟。
日本是较早利用污水中热能的国家之一。
日本不仅利用未处理过的污水作为热源，而且也利用二级出水或中水作为热源。
东京大区污水管理局从1987年起启动从污水中回收热能的计划，现在已有12个热泵系统在运行，其中4个使用未处理污水作为热源，其余为使用二级出水或中水作热源。
回收的能量主要用于污水处理厂办公建筑的空调，也有作为区域供热的热源。
瑞典斯德哥尔摩有40％的建筑物采用热泵技术供热，其中10％利用污水处理厂的出水作热源。
在我国随着人民生活水平的提高，在空调和热水供应方面所消耗的能源显著增加，节约能源已经成为2l世纪的首要任务。
因此，可再生能源的利用已经成为目前研究的热点。
污水源热泵是利用污水处理厂中水或原生污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调装置。
它具有热量输出稳定、COP值高、换热效果好、机组结构紧凑等优点，是实现污水资源化的有效途径。
目前，利用污水源热泵系统为建筑物供冷、供热已有一些应用的实例。
1 污水源热泵系统类型污水源热泵系统按照其使用的污水的处理状态可分为以未处理过的污水作为热源／热汇的污水源热泵系统和以二级出水或中水作为热源／热汇的污水源热泵系统；根据污水与热泵的热交换部分是否直接进行热交换，可分为间接利用系统和直接利用系统。
从工况转换方式上看，大体可分为两种：一种是制冷剂流向的切换，即通过四通换向阀的换向来实现制热工况和制冷工况的转换：另一种是水切换式，即通过阀门改变水流方向来实现工况转换。
科技综述污水源热泵系统和污水冷热能利用前景分析国中爱华(天津)市政环境工程有限公司 周文忠☆天津大学 李建兴 涂光备摘要 分析了污水热源/热汇的特点,介绍了以未处理污水作为热源/热汇和以二级出水或中水作为热源/热汇的污水源热泵系统,分析了污水源热泵系统的技术经济性和其应用潜力,介绍了国内外的应用情况,并对其推广使用需要解决的问题进行了探讨。
关键词 污水源热泵 未处理污水 二级出水 应用 技术经济性Prospect of sewage source heat pump systems andcooling and heating energy utilization of sewageB y Zh o u We n z h o n g★,L iJ i a n x i n ga n d Tu Gu a n g b e iAbstract Analyses the char acte ristics of sewage as the heat source/sink.Pr esents the sewa ge sour ce heat pum p systems with the heat sour ce/sink of untr eated sewage and secondary ef flue nt or recycled wastewater.Analyses technicality and econom ics and application poten tial of the systems.Presents the applic ation at home and abr oad,and discusses some pr oble ms needed solving.Keyword s sewage sour ce heat pump,untre ated sewa ge,se condar y ef fluent,application,technicality and e conomics★In terchina Aihua M un icipal&En viro nmen tal Engine erin g Co.,Ltd.,Tia njin,Ch ina 污水源热泵采用污水作为水源热泵的热源/热汇,根据污水夏季温度低于室外温度,冬季高于室外温度的特点,用热泵利用污水冷热能。
污水源热泵系统设计及性能分析简述了污水源热泵的原理及工艺流程及其设计要点，论述了其系统设计流程，并从多角度对其性能进行了分析。
标签污水源；热泵；空调0 引言热泵技术是将热量从低温端向高温端输送的技术，由于城市污水内含有极大的环境能源，污水源热泵技术的节能作用非常明显，其将为国内能源结构带来巨大变化，可将城市污水做为热泵空调理想的冷热源，因此城市污水源热泵系统随即成为开发城市污水热能的关键因素之一。
1 污水源热泵原理及工艺流程根据系统采用污水源可将其分为原生污水源热泵系统、一级污水源热泵系统和二级污水源热泵系统；根据热泵换热设备是否与污水直接接触可分为直接式污水源热泵系统和间接式污水源热泵系统。
其工作原理是在夏季高温季节，通过热循环而将建筑内热量传递到污水源内，冬季寒冷季节通过热循环将污水源内能量提取到建筑物内，但由于污水特殊的水质故系统内应添加特殊设备以保证系统的正常运行。
2 污水源系统设计要点【1】由于污水具有较强的腐蚀性，因此在系统换热器前应加装自动式过滤器和反洗装置，在运行过程中仍有可能存在较大悬浮物堵塞交换器，因此应定期对其进行清理；同时为保证热泵机组的可靠运行且目前没有适合污水换热的满液式蒸发器而引入中介水循环，以通过减少换热器中的污垢来减少换热器的换热热阻，其中污水和中介水间利用壳管式污水换热器换热，污水走管程，中介水走壳程；整个污水系统的管路设计应遵循管路平直、阀门少的原则，其中污水源热泵的取水与配管方式一般污水泵设计为自灌式，但应保证污水水面高于水泵吸入口0.5-1.0m，并在自流管的进口和端头分别安装闸阀和法兰盲板以便于检修和清洗；潜水泵的选择应设置相应的潜水池，并应从压水干管接出一根支管并伸到集水池底部，运行过程中应定期开启以将浮渣冲起并用水泵冲走；由于污水的黏性及对换热地面的污染，污水在换热器内的流动阻力和换热特性同清水相比较有很大不同，因此为保证一定传热系数而提高管内流速，但应对封头部位的结构进行特殊处理；为避免污水内大体积悬浮物进入壳管式换热器，而应对其进行预处理，将内部大尺度污物去除，以保证换热器的正常工作；同时为了平衡污水换热器的阻力可通过设置二级污水泵来保证良好运行。
污水源热泵系统研究现状及其火用分析陈鹏飞哈尔滨工业大学市政环境工程学院摘要：污水源热泵系统较经济、环保，且技术性较强。
本文首先对其在国内外发展给出了简单介绍，然后分析了目前该系统的主要问题，即污垢引起的一系列问题和蒸发器和散热器的特殊设计。
接着简单介绍相应解决方法，最后对污水源热泵系统在热泵及制冷工况下的各个设备的进行火用分析，给出各个设备的火用损失及整个热泵机组的火用效率计算公式。
并进行实例计算，得出火用效率随着污水温度的变化的规律。
关键词：污水源热泵，污垢，火用分析，火用效率Abstract:urban sewage source heat pump system is an economical, environmentally friendly, and more technical system. Firstly, its domestic and overseas development are given a brief introduction, and then analyzes the main problems of the system, namely a series of problems caused by dirt and special design of the evaporator and the radiator. Then a brief appropriate solution, and finally to the water source heat pump system in the conduct of each fire pump and refrigeration equipment with conditions analyzed, each device fire with fire damage and the entire heat pump units with efficiency calculation formula. And examples of calculated the exergy efficiency law sewage temperature changes over time.Keywords:urban sewage source heat pump, fouling, exergy analysis , exergy efficiency0 引言利用城市污水这一可再生能源实现建筑物供热空调，对促进建筑能源和环境三者间的和谐发展将产生深远的影响。
我国每年污水排放量为464×108m3/a，可利用的热量可供采暖空调面积为5亿m2以上。
以黑龙江省为例，2000年全年污水排放量为1114×108m3/a,若考虑70%可用，可利用的热量可供暖面积为1100万m2。
城市污水的最大特点是冬暖夏凉，冬季温度一般在13℃左右，夏季温度稳定在22℃左右,而且一年之内，一天之内的水温相对稳定，水量也相对稳定。
城市污水水量巨大，分布广泛，热能潜力巨大。
中国是个严重缺水的国家，因此污水的回收再利用越来越受到关注, 并且在很多城市已经有实际工程运用了。
污水源冷热水机组就是以城市污水作为冬季供热的热源，通过电驱动的压缩机把污水的低温热能转变为更高品位的热能供给用户。
夏季时作为制冷的冷源,通过制冷循环制取低温以满足用户制冷空调的需求。
这种装置既可用作供热采暖设备，又可用作制冷降温设备，从而实现一机两用。
1国内外研究及发展现状受能源危机的影响，20 世纪70 年代以来，世界各国对热泵的研究工作十分重视，并且取得了显著进展。
对城市污水源热泵（urban sewage source heat pump，USSHP）空调系统的研究，日本、挪威、瑞典及其他一些北欧供热发达国家起步很早，但由于城市污水水质的特殊性，一直以来进展缓慢。
杨图夫斯基等人于1978 年首次对河水、污水、海水的热能利用进行了研究探讨，认为热泵站供热可比热化电站、区域锅炉房集中供热节省燃料20%～30%，提出利用莫斯科河水作为热泵热源进行区域供热的方案，并从宏观角度分析了城市污水源热泵系统应用的价值与前景，引起了各供热发达国家的重视，挪威、瑞典、日本等国于20 世纪80 年代初期开始了相关的应用研究与实践。
20 世纪80 年代初在瑞典、挪威等北欧国家建造的一些以污水为低温热源的大型热泵站相继投入运行。
目前，瑞典斯德哥尔摩40%的建筑物采用热泵技术供热，其中10%是利用污水处理厂的二级出水。
挪威奥斯陆1980 年开始建设利用城市污水干管的污水作为低温热源的热泵站，第一台热泵机组已在1983 年投入使用。
塞勒利用处理后的污水作为低温热源的热泵站（3.3MW），1981 年 6 月投入运行后效果良好。
由于能源危机和环境问题的日益突出，美国、日本、德国等发达国家也纷纷投入大量的财力和人力进行此项研究，并取得了一定的成果。
采用热泵技术回收家庭生活污水（淋浴水、洗碟机和洗衣机排水等）余热的设施实例也很多。
对于约10 人的住宅，采用热泵技术回收家庭生活污水余热可节能达50%，对于10 人以上的住宅可节能达60%。
对于污水源热泵，国外研究应用很典型的两个工艺形式为淋水式与壳管式，早在1983 年就开始了工程实践，以挪威、瑞典为代表的一些北欧国家，于1983 年开发出淋水式蒸发器污水源热泵（sprinkling evaporator sewage source heat pump，SE-SSHP）系统，经粗效过滤处理后的污水与制冷剂直接换热，将污水喷淋在板式（或管束）换热器外侧，污水呈膜状流动换热。
运行3~5 天用高压水冲洗换热管，以去除沉积、附着在换热面的污物。
日本也很注重废热回收利用，也是很早很典型的城市污水热能利用国家，1983 年开发了壳管式污水源热泵（shell-tube sewagesource heat pump，ST-SSHP）系统。
利用具有自动防污功能的壳管式换热器实现污水的流动与换热，污水在管内流动，清水在管外壳体内流动，使用现有的水源热泵机组，通过二次换热实现蒸发或冷凝过程。
日本东京从1987 年开始启动城市污水源热泵项目，现有12 个城市污水源热泵系统在运行，日用水量7000m3，总供热能力为8900kW，总供冷能力为11640kW。
俄罗斯莫斯科乌赫托姆斯基小区也建有二级出水污水源热泵系统供热站。
为深入了解国外城市污水源热泵系统的设计与运行情况，在现有文献[26]的基础上，对日本的一个系统的参数与工况作了进一步分析计算，见表1-1。
该工程建筑面积490m2，1987 年完成。
表1-1日本某工程系统的参数与工况污水参数特点一级出水，冬季最低温度12℃，夏季最高温度26℃污水运行参数冬季平均温差 1.9℃，恶劣工况12℃/10.8℃夏季平均温差5℃，恶劣工况25℃/30℃污水用量40m3/h制热（冷）量制热量210KW，制冷量280KW能效制热系数 3.26（最大 3.97），制冷系数 3.76（最小3.61）输入功率30KW×2制冷剂R22小结，国外对污水源热泵系统的研究，所见报道都是针对使用城市污水处理厂二级出水的系统，涉及到的工程实例较多，规模也较大，由于二级出水水质已经相当好，因此其应用技术相对简单而成熟。
国外对原生污水源热泵系统的应用很少，这是因为面对此类污水，应用工艺及运行管理复杂，大尺度污物对换热设备的堵塞问题、换热器的污染结垢问题依然是需要解决的关键问题。
我国污水源热泵技术起步晚，但发展很快，其中比较有代表性的是以尹军为代表的对我国污水热能状况的理论分析研究，以孙德兴为代表的对城市污水冷热源的应用方法及装置的研究，以及以北京排水集团为承办单位的回收污水处理厂二级处理后污水中的热能工程原生污水热能的取用等，自2001年起，我国已经先后建立了十几个污水源热泵供热制冷系统，系统运行良好随着能源需求的日益加剧和环境污染的日趋严重，将废弃的污水加以净化处理和重新利用的要求日益迫切，为此国家也出台了相应的污水再生利用的法规政策标准和规范，如《中华人民共和国循环经济促进法》、《国务院关于加强城市供水节水和水污染防治工作的通知》、《中国节水技术政策大纲》、《全国城镇污水处理及再生利用设施建设”十一五”规划》、《城市污水再生利用技术政策》、《城市污水再生利用》、《污水再生利用工程设计规范》、《城镇污水热泵热能利用水质》等，用以规范和指导污水的再生利用。
2污水源热泵面临的问题由于污水源热泵的热源为工业或生活废水，废水成分复杂往往含有颗粒、泥沙，有的甚至具有腐蚀性，因此污水源热泵的应用遇到了很多问题。
现就主要问题及其解决方案进行分析。
2.1污垢引起的问题2.1.1大流动阻力固体污杂物对流体内部湍流的加强及固体壁面的摩擦使得污水流动阻力增加，特别是由于固体颗粒的惯性往往使得局部阻力成倍增加。
同时，污垢层增厚也减小了管道的流通截面积，在流量恒定时，必然导致污水流速的增加，从而使整个换热设备流动阻力增加，进而增加水泵的功耗，又由水泵和管路的特性曲线可知，水泵流量将减小，从而导致污垢增厚，进一步降低了换热设备的性能，使系统节能效果降低。
2.1.2低换热系数于污水水质换热面的腐蚀和结垢等的影响，污水换热器的换热系数较一般清水换热器要低，再对哈尔滨望江宾馆和北京悦都酒店污染后的换热器进行试验检测时发现，其换热系数均为750W/(m2.k)大约是清洁时的50%.过低的换热系数，要求较大的换热面积和较高的运行费用，这严重影响了系统的整体性能，降低了系统的节能效果。
2.1.3强腐蚀性腐蚀和结垢问题是相关联的，换热器表面的腐蚀为其他不洁物聚积在换热器表面提供了条件，促进了污垢的形成#同时污垢形成后，由于污垢层下缺氧，又为进一步的腐蚀创造了条件#在利用污水作为热泵冷热源时，由于污水水质的复杂性，其含有大量的具有腐蚀性和难溶性离子，成为影响该项技术推广应用的首要难题。
2.2机组蒸发器冷凝器的特殊设计作为内切换热泵系统的换热器，一个最基本的要求就是能够实现蒸发器与冷凝器的双重功能。
蒸发与冷凝互为逆过程，而且换热过程中制冷剂工质的形态是不一样的，蒸发时主要是液态吸热，冷凝时主要是气态放热，工质形态的不同导致换热系数大不一样。
另外，蒸发和冷凝的换热部位也不一样，对于满液式来说，蒸发时换热一般发生在下部，冷凝时则主要发生在上部#换热部位不同导致的后果是换热面积不同。
因此，必须对直接式污水源热泵机组的蒸发器。
冷凝器进行特殊的结构设计，使其满足机组专用换热器一器两用功能。
机组换热器设计的关键问题是计算参数的选择，相对于常规的水源热泵机组，直接式污水源热泵的特殊之处在于它的流动工质，城市污水可被视为一种新的流动工质，由于缺乏相关的基础资料，现有的一些污水源热泵系统工程的设计人员一般都是采用按照清水的物性参数对污水进行估算，并加以修正的办法，只是不同的设计人员采用的修正系数不同。
