污水源热泵系统介绍.
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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。
污水源热泵技术介绍(共10页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--城市原生污水源热泵系统技术解析报告北京和利时恒业热能科技有限公司二零一一年五月目录一. 建设污水源热泵的意义 (3)二、污水的热能利用 (4)三.污水源热泵的实现 (7)四.污水源热泵系统的效益分析 (8)一. 建设污水源热泵的意义:(1)缓解能源消耗紧张:在全国建筑能耗占总能耗的很大比例,而在建筑能耗中暖通空调的能耗更是占有举足轻重的位置,预测2020年我国暖通空调能耗量将达到10亿吨标煤,占总能耗的30%以上。
开发利用低位可再生洁净能源是暖通空调能源消耗的新模式。
可再生性清洁能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和工业余热、城市废热等等,相对其他类型的冷热源,城市污水具有独特优势,是一种理想的低位冷热源。
利用污水作为冷热源对建筑进行采暖空调可以直接减少其他短缺能源的消耗,同时还可以达到废物利用的目的,是资源再生利用,发展循环经济,建设节约型社会,友好环境的重要措施。
目前满液式热泵机组在蒸发器进水温度1℃以上时,机组制热性能系数也在4以上,以火力发电效率计算,热泵机组的一次能源利用率大于。
而效率较高的集中供热系统(燃煤或燃气)一次能源利用率也仅在之间。
因此热泵系统节能量达50%。
(2)保护、友好环境:我国能源消耗中,煤占70%以上,以煤为主的能源结构下,暖通空调用能是大气污染的主要因素之一。
在全球空气污染最严重的10个城市中,中国占有5个,包括北京、上海、沈阳、西安和广州,北京冬季供暖期中TSP (总悬浮颗粒物)、2CO 、2SO 、x NO 等严重超标。
资料表明,70%的TSP 、90%的2SO 、60%的x NO 和85%的矿物燃料生成的2CO 来自燃煤,暖通空调引起的污染物排放量占总排放量的15%以上。
燃煤排放2SO 引起的酸雨污染已扩展全国整个面积的30%-40%,造成的经济损失接近国民生产总值的2%。
污水源热泵及其发展趋势分析污水源热泵是一种利用污水中蕴含的热能来供暖或供冷的热泵系统。
它通过污水中的热能与环境中的热能进行热交换,将污水中的热能提取出来,再经过压缩,将热能传递给供暖或供冷系统。
污水源热泵具有高效节能、环境友好的特点,被广泛应用于城市生活污水处理厂、工业废水处理厂等地方。
污水源热泵的发展受到许多因素的影响,包括技术、经济、环境等方面。
一方面,随着技术的进步,污水源热泵的性能得到了极大的提升。
新型的换热器材料和换热器结构的应用,使得热泵系统换热效率更高,热能利用更为充分。
热泵系统的控制策略也得到了改进,使得系统的运行更加稳定可靠。
这些技术的进步推动了污水源热泵的发展。
环境因素也对污水源热泵的发展起到了重要的作用。
随着人们对环境污染的关注度增加,对污水的处理要求也日益提高。
污水源热泵通过回收利用污水中的热能,减少了传统供暖方式产生的二氧化碳排放,对环境污染的减少起到了积极的作用。
污水源热泵在环保方面的优势也促进了其发展。
未来,污水源热泵的发展趋势有以下几个方面:政府对污水源热泵的支持将进一步增强。
随着国家对节能环保的要求越来越高,政府在财政补贴、税收优惠等方面对污水源热泵将提供更多的支持。
这将极大地促进污水源热泵的推广和应用。
污水源热泵在应用领域的拓展也是未来发展的方向之一。
除了污水处理厂、工业废水处理厂等场所,还可以将污水源热泵应用于酒店、写字楼、住宅等领域。
通过扩大应用领域,进一步提高污水源热泵的普及率和市场份额。
污水源热泵在技术、经济、环境等方面都具有良好的发展前景。
通过技术提升、政府支持、市场需求和应用拓展,污水源热泵将成为未来供暖领域的重要选择。
污水源热泵工作原理
污水源热泵利用污水中的热能,通过循环传热的方式将污水中的热能提取出来,再经过压缩和膨胀等过程进行升温,从而达到供热或供冷的目的。
具体工作原理如下:
1. 污水提取:通过污水管网将污水收集到热泵系统中。
2. 过滤预处理:对污水进行预处理,如过滤、沉淀等,以去除悬浮物和杂质,避免对热泵设备的损坏。
3. 热能提取:将预处理后的污水进入换热器,通过与热交换介质(如工质流体或蒸发冷媒)接触,将污水中的热能传递给热泵系统。
4. 压缩和膨胀:热泵系统中的压缩机将流体压缩,使其温度升高,然后通过膨胀阀放松,使其压力降低,温度下降。
5. 热能释放:高温高压的流体经过冷凝器释放热量,热量通过传热介质(如空气或水)传递给室内供暖或供冷设备。
6. 蒸发循环:冷却的流体经过蒸发器重新吸收热源,通过蒸发过程吸热,然后经过压缩和膨胀等过程,重新进行热能提取和释放的循环。
通过上述循环过程,污水源热泵能够利用污水中的废热能源,
通过传热和压缩循环的方式将其转化为可利用的供热或供冷能源,实现能源的回收利用,提高能源利用效率,同时减少对传统能源的消耗,实现节能减排的效果。
污水源热泵所谓污水源热泵,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。
与其他热源相比,污水源热泵的技术关键和难点在于防堵塞、防污染、与防腐蚀。
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。
污水源热泵空调系统的特点及优势我国北方地区,冬季采暖主要是依靠煤、石油、天然气等石化燃料的燃烧来获得。
采暖与环保成为一对难以解决的矛盾。
城市污水是北方寒冷地区不可多得的热泵冷热源。
它的温度一年四季相对稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,这种温度特性使得污水源热泵比传统空调系统运行效率要高,节能和节省运行费用效果显著。
总结起来,绿特污水源热泵技术具有以下特点:1.环保效益显著原生污水源热泵空调系统是利用了城市废热作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统,污水经过换热设备后留下冷量或热量返回污水干渠,污水与其他设备或系统不接触,污水密闭循环,不污染环境与其他设备或水系统。
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。
污水源热泵制冷工作原理
污水源热泵制冷工作原理是通过利用污水中的热能来进行制冷的一种技术。
其工作原理如下:
1. 污水采集:首先,将污水收集到一个集水池中。
这个集水池通常位于需要制冷的建筑物附近,以便方便获取污水。
2. 污水处理:收集到的污水会首先进行初步的处理,例如去除固体杂质和悬浮物等,以保护热交换器和其他设备的正常运行。
3. 分离污水中的热能:接下来,污水中的热能会通过热交换器进行分离。
热交换器内部有一根水管,污水在外部流过,冷凝器循环水流在内部流动。
热交换器通过传递污水中的热能给循环水,使循环水温度升高。
4. 循环水压缩:升温后的循环水通过压缩机进行压缩,使其温度进一步升高。
压缩机提供了流动能量,使循环水的压力和温度都增加。
5. 循环水冷凝:压缩后的循环水通过冷凝器进行冷凝,使其失去热量并转化为高温的冷凝器冷却水。
6. 冷却水回收:冷凝器冷却水会通过循环管道回流到热交换器中,与污水交换热能,再次提供冷却效果。
同时,冷凝器冷却水温度降低,会重新进入循环水压缩过程,保持循环。
7. 制冷作用:冷却效果通过循环水在室内热交换器中与空气交
换来实现。
循环水通过热交换器,将室内的热量吸收,使室内空气温度降低,从而实现制冷效果。
通过循环往复,污水源热泵制冷系统能够不断吸取污水中的热能来提供制冷效果,这种技术既能够有效利用资源,又能够实现环境友好型的制冷方式。
污水源热泵机组的工作原理污水源热泵机组是一种利用污水作为换热介质的热泵系统,它通过提取毗邻地下水域中的热量来为建筑供暖和冷却。
工作原理污水源热泵机组的主要部件包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀。
首先,污水从地下管网进入蒸发器,通过换热器与机组中的低温制冷剂发生热交换,使污水的温度降低,并将低温制冷剂蒸汽化。
然后蒸汽通过压缩机被压缩,同时温度增加。
之后的高温高压制冷剂通过换热器将其余的热量传递给供热系统,为建筑室内的暖气或热水提供热量。
而蒸发器冷凝器有时是构成一个整体的,它可以将其余的热量排出,在夏季中可以将在室内产生的热排出。
最后,高温高压制冷剂通过膨胀阀控制的孔进入蒸发器,从而形成一个完整的热力循环。
污水源热泵机组的优点污水源热泵机组以其高效节能、绿色环保等优点成为了现代建筑中取暖制冷的主要方式。
1.高效节能污水源热泵机组可将低温能量转移为高温能量,从而达到能源利用的高效和节能。
相较于传统的电能和燃气,它可以为建筑节省30-70%左右的能源费用。
2.不受环境影响污水源热泵机组不受外部气候、季节影响,可以全年常温工作。
它能够在各种恶劣环境下按照所需负荷提供温度。
3.绿色环保污水源热泵机组能够减少对环境的污染,因为其采用的是可再生的能源污水。
它能够促进生态社会的建设和发展。
污水源热泵机组的应用场景污水源热泵机组的应用场景十分广泛,它通常可以应用于以下几个方面。
百科与博物馆污水源热泵机组可以为百科与博物馆的恒温、恒湿和恒净提供性能表现的平台。
它可以根据博物馆、文化建筑等需要不同的环境要求,提供合适的环境温度。
冷库和食品加工企业污水源热泵机组可以在冷库、食品加工企业中为所需的制冷和冷水,提供稳定的温度环境。
它更准确、便利和经济用于对生态环境质量要求较高的场合。
商业和制药厂污水源热泵机组能够通过提高节能效率、维护暖通空调系统、设备夜间关机等方式,提高办公企业的白天运行效率。
此外,它还可以为制药厂的制冷和制热提供稳定的环境温度。
污水源热泵原理污水源热泵是一种利用污水中的热能进行能量转换的环保节能设备。
它通过污水中的热能,实现了对建筑物供暖和制冷的效果,同时减少了对传统能源的依赖,降低了能源消耗和环境污染。
下面我们来详细了解一下污水源热泵的工作原理。
1. 污水采集,首先,污水源热泵需要从污水管道中采集污水。
污水管道中的污水温度相对稳定,且具有一定的热量,适合作为热泵的热源。
2. 污水预处理,采集到的污水需要经过一定的预处理,包括去除污物、杂质和沉淀物等,以保证热泵系统的正常运行和延长设备寿命。
3. 热能提取,经过预处理的污水进入热泵系统,通过换热器将污水中的热能传递给热泵工质。
热泵工质在低温下蒸发吸收热量,然后被压缩升温,释放高温热量用于建筑供暖或者制冷。
4. 热能利用,释放的高温热量通过供暖系统或制冷系统传递到建筑物内部,满足建筑物的供暖或制冷需求。
5. 冷凝回收,热泵工质释放热量后变成液态,再次进入换热器吸收污水中的热量,形成闭合循环,实现了对污水热能的充分利用。
通过上述过程,污水源热泵实现了对污水中热能的提取和利用,达到了节能环保的效果。
同时,污水源热泵还具有运行稳定、维护成本低、使用寿命长等优点,逐渐成为建筑供暖和制冷领域的热门选择。
除此之外,污水源热泵还可以与其他能源设备相结合,形成多能源互补的供暖制冷系统,提高能源利用效率,降低运行成本,为建筑节能减排做出积极贡献。
总的来说,污水源热泵作为一种新型的能源利用设备,具有巨大的应用前景和发展空间。
它不仅可以为建筑节能环保做出贡献,还可以推动能源结构调整和绿色发展,是一种具有广泛推广价值的新型能源设备。
希望随着科技的不断进步和创新,污水源热泵能够得到更广泛的应用,为人类创造更加美好的生活环境。
污水源热泵+水蓄能简介
第一章污水源热泵概述
污水源热泵技术的概念
污水源热泵技术是一种高效率的自然冷能转换装置。
它能够将存在于污水中低品位冷能资源转换成高品位的热源或冷源向外输出,制成既能供暖又能制冷的空调系统。
污水源热泵系统通常能效比可达1:4~1:,即输入1KW的电能,可输出4~的能量,远远高于其它形式的供能方式。
由于热泵系统不燃烧任何燃料,是一种极为清洁的能量转换方式,真正做到了零污染、零排放,经济效益、社会效益和环境效益十分显著。
污水源热泵的原理及原理图
污水处置厂排放的污水水温一样都十分稳固,夏日水温在25~28℃,冬季,水温在9~15℃。
污水源热泵机组工作原理确实是在夏日将建筑物中的热量转移到污水中,由于污水温度低,因此能够高效地带走热量,而冬季,那么从污水中提取能量,由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。
通常污水源热泵消耗1kW的能量,用户能够取得4kW以上的热量或冷量。
污水源热泵系统确实是将污水作为空调系统的水源水,夏日向污水中排热,冬季从污水中取热。
污水源热泵介绍城市污水中所赋存的热能是一种可回收和利用的清洁能源,弃之为废,用之为宝。
因此,在对城市污水进行处理的同时利用其中的热能,是城市污水资源化利用的有效途径⋯。
污水处理厂的出水量大。
水质稳定。
常年温度在13—25℃。
污水源热泵是以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调装置。
污水源热泵具有热量输出稳定,COP值高,换热效果好,机组结构紧凑等优点。
1 污水源热泵技术的应用对于城市污水中低位能源的开发利用。
前苏联和北欧等区域供热较发达的国家对此方面的研究比较活跃。
由于能源危机及环境问题的日益突出。
美国、日本、德国等发达国家都纷纷投入大量的财力和人力进行此项研究,并取得了一定的发展。
我国的污水源热泵应用目前还刚刚起步。
北京高碑店污水处理厂、北京北小河污水处理厂、河北秦皇岛污水处理厂和哈尔滨马家沟截流渠污水项目等分别在这方面进行了有益的尝试,且运行效果良好。
但目前应用的供热供冷面积较小,与污水中含有的巨大能量相比不成比例,污水源热能利用是大有潜力的。
污水源热泵空调系统技术系统特点:不受建筑冷热平衡的限制,不打井、不埋管、将污水变废为宝,适用于各种类型的建筑供热、制冷及生活热水。
应用条件:建筑物附近有污水干渠且污水量充足。
环保及经济效益:夏季空调过程中,将废热排放到污水中,而不是像常规空调那样通过冷却塔排放到大气中,可避免“热岛效应”、避免霉菌污染、避免噪声污染。
冬季替代传统锅炉供热,减少燃煤、减少CO2等有毒、有害物质的排放,每利用1t污水,相当于减少燃煤2㎏,减少CO2排放3kg。
我国每年污水排放量约750亿m3,可供13.2亿㎡以上的建筑采暖、空调,如果将污水全面利用起来,每年可节约燃煤1.5亿吨,减少CO2排放4.5亿吨。
污水的温度冬暖夏凉,经过我公司的实际检测,冬季哈尔滨污水最低温度12℃,夏季重庆污水最高温度24℃,所以污水是最好的冷、热源。
与常规市政锅炉供热和冷水机组比较,运行费用降低30%以上,同时,热泵可以一机多用(供冷、供热、生活热水),使系统初投资降低30%以上。
污水在冬季水温不低于11℃,在夏季水温不高于24℃,其水量不受限制。
虽然冬季水温有些低,我们可以通过加大流量减小温差的方式来实现冬季在污水中低温取热的过程。
采用间接式污水源热泵系统做为供暖、制冷、制取生活热水的方式。
其功能为利用污水低品位热,通过热泵机组的工作将水温度提至50℃(冬季)或降至7℃(夏季)输送到末端设备
热泵水源:污水
污水温度:冬季≥11℃ 夏季≤24℃ 末端用
户
热泵机
组中介水泵
热能采集器
提升井及提升泵
污水
间接式污水源热泵系统流程
1、系统流程图。
南方某地埋污水厂污水源热泵系统案例应用与解析南方某地埋污水厂污水源热泵系统案例应用与解析随着人口的快速增长和城市化进程的加快,污水处理厂的建设和运营变得越来越重要。
处理污水不仅能够保护环境,还可以回收利用其中的能源。
在南方某地,一家污水处理厂应用了污水源热泵系统,以实现热能的回收和利用。
本文将对该案例进行分析与解析。
一、污水源热泵系统的工作原理污水源热泵系统利用污水中的热能进行空气或水的供热或供冷。
其工作原理主要包括以下几个环节:1. 污水收集与提升:首先,通过收集系统将进入污水处理厂的污水集中起来,并利用提升设备提升至合适的高度。
2. 污水预处理:进入预处理环节,污水首先经过格栅除去大颗粒的杂质,并通过沉砂池去除悬浮物。
3. 污水源热泵:经过预处理的污水进入热泵系统。
该系统分为蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等组成。
在蒸发器中,污水中的热能被吸热剂吸收,使其从液态变为气态;压缩机将吸热剂中的热能压缩,并增加其温度;然后,热能通过冷凝器传递给空气或水,从而供热或供冷;最后,吸热剂经膨胀阀展开膨胀,回到蒸发器循环使用。
4. 污水处理与排放:热能回收后的污水经过进一步处理,以达到环保的排放标准。
二、南方某地污水厂污水源热泵系统的应用情况1. 系统运行情况:该污水处理厂污水源热泵系统于2018年开始应用。
经过两年的运行,系统表现出良好的稳定性和高效性能,能够满足厂区的热水供应需求。
2. 成本与效益:相较于传统的供热系统,污水源热泵系统具有更低的能耗和更高的能源回收效率。
根据数据显示,每年通过该系统回收的热能相当于节约了大量电力资源,降低了能源消耗成本。
3. 环境保护:该系统的运行可以有效减少温室气体的排放,降低对环境的污染。
同时,通过对污水的处理,还可以提高水资源的再利用率,达到节约用水的目的。
三、案例分析与解析1. 污水源热泵系统的优势:与传统的供热系统相比,污水源热泵系统具有以下几个优点:- 能源回收高效:通过回收污水中的热能,提高能源利用效率,减少能源的浪费。
污水源热泵的工作原理概述污水源热泵(Sewage Source Heat Pump,简称SSHP)是一种新型的综合性能很高的热泵系统。
它以污水为热源,利用热泵的工作原理将环境中的低温热能转化为能够提供供暖和热水所需的高温热能。
工作原理污水源热泵系统由三个主要部分组成:室内机、地源换热器和热泵机组。
其中室内机主要用于供暖或制冷;地源换热器是用来提供热源和冷源,通常埋在地下水中;热泵机组则是将地下水中低温热能转化为高温热能,供室内机使用。
热泵机组的工作原理可以分为四个主要的步骤:1.压缩环节:在热泵机组中,流体在一个封闭的系统中循环流动。
当压缩机开始工作时,它会将流体压缩至很高的压力和温度。
这个过程使流体中的低温热能转化为高温热能。
2.冷凝换热环节:经过压缩环节后,高温高压的流体进入冷凝器中,与地下水中的低温热能进行热交换,将高温高压的流体冷却,转化为高温低压的液体。
在这个过程中,地下水中的低温热能被吸收,转化为热泵机组的高温热能。
3.膨胀环节:经过冷凝换热环节后,高温低压的液体进入膨胀阀,通过闪蒸的方式使流体膨胀到低温低压液态,此时其所含的高温热能转化为低温热能。
4.蒸发换热环节:经过膨胀环节后,冷却剂进入蒸发器,与室内空气进行热交换,实现室内空气的制冷或加热。
同时,冷却剂的低温低压液态通过换热器又吸收了地下水中的低温热能,整个循环过程完成。
优缺点优点1.环保节能:污水是一种可以循环利用的再生资源,污水能够提供热源,不仅可以达到减少环境污染,节约能源的目的,而且还能为社会提供一揽子污水处理服务。
2.稳定性强:与地源热泵等传统热泵技术相比,污水源热泵不受地质环境影响,能够保持能量稳定输出,同时也能够更加定量精准地对城市污水进行管理。
3.经济效益高:具有明显的节能效益,大幅减少了对管道燃气、暖气、空调等能源的需求,降低能源消耗和运营成本。
缺点1.污水本身不干净,因此对污水的预处理要求较高。
2.系统复杂度较高,设备选型要求高。
污水源热泵技术开发利用低位能源(空气、土壤、水、太阳能、工业余热等)来代替部分高位能源(煤、石油、天然气等)的消耗是实现建筑领域节能减排可持续发展的重要途径。
低位能源主要产生于垃圾焚烧厂、污水处理厂、火力发电厂、生产工艺冷却、送变电设施、冷冻仓库、地铁、地下路以及土壤、江河湖泊中,它们分布及广、潜能巨大。
然而,由于人们对它们的认识有限,加之技术经济因素的影响,至今没有广泛的加以应用。
在上述未有效利用的低位能源中,城市污水因一年四季变化较小,数量稳定,相对于环境温度,具有冬暖夏凉的温度特征,且赋有的热量较大。
特别是近年来污水源热泵产品技术的进步,在实际工程推广和应用成为了现实。
在我国北方地区,哈尔滨、北京、石家庄、郑州、青岛、大连等地均有成功应用的工程实例。
背景材料1:城市生活污水全国每年排放约500 亿吨左右,其温度适宜较为稳定,即使在冬季严寒地区也有10℃ 以上(天津市属于寒冷地区,大约为15℃左右),是丰富的低品位能源;夏季20℃左右又是空调理想的冷源。
背景材料2:天津市第一个污水源热泵工程是咸阳路再生水厂水源热泵工程,以后陆续建成或正在建设的项目有纪庄子污水处理厂、西青污水处理厂、空港污水处理厂、天津公馆、滨湖剧院等。
污水一般是指含有污杂物的废弃水。
城市污水渠中的原生污水,其固体污杂物含量为0.2-–313–0.4%上下,主要成分为烂菜叶、泥沙、粪便、以及少量的塑料片、纱布条、头发丝等。
江河湖海等天然水的水质虽然比城市污水好很多,但对换热设备而言,它们也只能被看作是污水。
之所以在讨论热泵空调时把这些水统一归类为“污水”,是因为它们带来的问题和需采用的技术手段是类同的,区别只在于程度不同。
各种污水的性能及特点对比固体颗粒杂质含量对设备的腐蚀性可否直接进机组浅层地下水很小弱可以污水处理厂二级出水不稳定弱不可再生水厂中水很小弱可以江、河、湖水0.003%弱不可湖水0.005%强不可污水干渠原生污水0.3%弱不可城市污水的供热空调潜力,按温度升高或降低5℃计算,若全部开发所贡献出的热或冷,则提取能量为10 亿GJ。
污水源热泵系统介绍供热空调的能源消耗占社会总能耗的比例大达30%,而环境污染的20%也是由供热空调燃煤引起的。
因此,采用热泵技术,开发低位的、可再生的清洁能源用于建筑物的供热空调意义重大,是建筑节能减排的有效途径之一。
这些能源包括:大气、土壤、地下水、地表水、工业余热及城市污水等等。
其中污水在数量(水量)、质量(水温)及分布规律上(地理位置)具有明显优势。
预计2010年我国污水排放量达720亿t/a,水温全年在10-25℃之间,按开发50%的水量计算,可供热空调的面积至少在5亿㎡以上。
另外,原生污水均匀地分布在城市地下空间,为因地制宜地有效利用及建设分散式的热泵供热空调系统创造了有利条件。
而地表水源在南方水源丰富的地区以及沿海城市更具有广阔的应用前景。
1 热泵原理各类低位的清洁能源利用是通过热泵技术实现的。
热泵空调技术是根据逆卡诺循环原理,将低温热源或低位能源(如城市污水、地下水等)中的低品位热能进行回收,转换为高品位热能的一种节能与环保性技术,利用这项技术的逆过程同时还可以达到制冷的目的,是以存在合适的低位能源为必要条件的。
3-膨胀阀图1 热泵工作原理示意图图1示意了一种水源热泵向建筑物供热的工作原理。
所谓水源热泵,就是指以环境中的水(污水、地表水、地下水等)作为热源。
热泵工质(例如氟利昂)在压缩机1的驱动下,在压缩机1、冷凝器2、膨胀装置3、蒸发器4几个主要部件中循环运动。
工质的热力性质决定了蒸发器中的工质温度可以保持在例如2℃(称为蒸发温度)左右,而冷凝器中则为60℃(称为冷凝温度)左右。
这里的水源虽然在冬季可能仅为11℃,但却可以作为热泵系统的热源,因为当将它引入温度为2℃的蒸发器时,它必然要把自身中的热能(称为内能)交给机组,变为例如6℃排放出去。
获取了水源热能的工质被压缩机压缩到例如60℃,在冷凝器中加热来自建筑物的系统循环水,由该水将热量带到建筑物的散热设备中。
总的来看,热泵能够从常温或低温(11℃)的环境中提取热量,以较高的温度(50℃)向建筑物供热。
过程中机组每消耗1份高位能源(例如电能),能够从环境中提取3份以上的温差热量,建筑物实际可以得到的热量则为4份以上。
然而热泵技术应用的关键问题已不是热泵机组的效率有多高,而是需要有合适的低位能源或低温热源,以及整个系统的全面高效低能耗运行,以保证节能性。
2 污水源热泵污水热泵是以污水(包括地表水)作为低温热源,利用热泵技术回收或提取污水中的低温热能,其中污水包括市政管网中未处理的原生污水、污水处理厂已处理污水,地表水包括江河湖水、海水及污水处理后的再生水。
由于污水及地表水的水质条件较差,利用过程中又是开式循环,悬浮物和杂质成迅速的累积过程,因此提取热量时需要解决防堵、防垢及低能耗运行等一系列可能影响到系统的运行效果、运行维护、投资、运行费的相关问题。
2.1 污水特性2.1.1 污水源流量特性—量大且稳定我国主要城市日污水排放量极其可满足供暖面积注:△t =5℃2.1.2污水温度特性—冬暖夏凉冬季,即使在严寒地区,污水温度也在10-18 ℃以上,是丰富的热源;夏季污水温度20-28 ℃,是废热理想的排放处。
2.1.3 科学能源配置的需求城市污水分布与人口及城市工业化程度基本成正比,将城市污水作为一种新能源,在优化能源结构的同时,还能有效缓解能源缺乏及分布不均匀的问题。
2.2 污水源热泵系统优势高效节能该项目消耗约25%的电能即可提取75%以上的污水热能,得到100%的供热热能,系统能耗模式如图2所示。
使电能的利用率提高到4倍,若按火力发电0.33的效率计算,系统的一次能源利用率高达1.33,再高效的锅炉效率也在0.9以下,考虑辅助能耗及热损耗,污水热泵空调系统的一次能源的节能幅度达45%以上。
. 另外,就具体项目本身而言,由于一套系统冬夏两用,全年供应卫生热水,具有显著的经济效益。
较燃煤锅炉加冷水机组、城市热网加冷水机组、直燃机组等供热空调方式相比,节省初投资及运行费用均在25%以上。
图2 污水热泵供热空调系统能耗模式示意图经济环保系统70%以上的能量是来自于大自然或废弃物,无须“付费”,30%以下的能量来自耗电,不污染环境,不消耗任何水源,不向空气中排放任何有害气体。
同时,CO2、NOx 、SO2及粉尘的排放量也相应减少45%以上。
效果稳定全年污水的温度相对稳定,受环境温度的影响很小,因此其制冷制热效果稳定安全可靠可靠的保护系统、监护系统,没有任何安全隐患一机三用供暖、供冷、供生活热水,一套系统可以代替原来的锅炉+空调两套装置初投资低较地下水源、土壤源以及其他常规系统,初投资要低2.3 污水源热泵特点污水作为低位热源或冷源有三个明显的特点,即“防堵塞”、“非清洁”与“小温差”换热,这三个特点都集中在污水循环子系统内,妥善地解决好污水循环是系统的关键换热技术,而三个循环子系统的合理有效匹配是保证系统高效低能耗运行的另外一个关键配置技术。
2.3.1防堵塞。
未处理原生污水中含有大尺度悬浮物,包括纤维状的发丝类、纸屑类、藻状类,普通的换热设备是根本无法承受的。
而实践证明:已处理污水和地表水中的悬浮物含量相对较少,尽管与未处理原水不在同一数量级,但随着运行时间增长,堵塞问题也立即突现,原水的堵塞时间为1~3d,而地表水则为7~10d。
图3是未处理原生污水的堵塞现象,图4是已处理污水的堵塞状况。
图3 未处理原生污水的堵塞现象图4 已处理污水的堵塞状况 2.3.2 非清洁。
污水(未处理原生水)中含有大量的小尺度悬浮固体、油类,以及溶解与非溶解化合物,很容易造成换热面的“瞬时污染”(2~3d),换热器内换热面上的软垢增长速度快,成分复杂(油膜、生物膜、颗粒等粘泥),严重地增大热阻,降低传热效果,并增大流动阻力,使流量减少,换热工况严重恶化。
已处理污水与地表水(江河湖海水)属同类,与未处理原水相比,相对清洁,但水源的利用为开式循环,小时流量数百至上千立方米,污染成迅速的累积过程,易“短时污染”(7~10d),因此对热泵系统或换热过程也是“非清洁”的水源。
图5 某污水源热泵工程换热器热热量衰减幅度图2.3.3 小温差。
我国大部分地区的冬季时段,污水水温15℃以下,地表水7℃以下,渤海与黄海近海域水温3℃左右,提取水源的显热热能温差在2~6℃范围内。
这使得换热设备的传热温差非常小,例如污水15℃降至10℃,中介介质由6℃升至11℃,则平均传热温差4℃左右;若海水由3℃降至0℃,中介介质由-2℃升至1℃,则平均传热温差2℃左右。
如此小的取热温差,要求的水源水量则很大,对“非清洁”引起的污染问题就更不利。
而更小的传热温差,则需要增大换热面积或换热设备的数量,这不仅加大系统的建设投资,而且又增加了换热器的维护工作量。
防堵塞是系统的基本功能要求,污水循环若不具备防堵的能力,则系统根本不能运行,而非清洁则需要防污垢,防污垢与小温差换热直接影响到系统的经济性和维护操作的难易程度与工作量。
3 污水源热泵发展历程2003年我国第一套间接式污水源热泵系统在哈尔滨望江宾馆成功应用,至此间接式污水源热泵系统步入了人们的视野。
现在市场上绝大部分的污水源系统都为间接式的。
随着污水源技术的发展,2009年世界上第一套直接式污水源热泵系统在北京悦都酒店成功投入使用。
3.1 间接式污水源热泵系统即污水通过中间换热装置,将热量传递给清水(中介水),再将清水(中介水)输送到热泵机组中进行换热的系统。
间接式污水源热泵系统分为两种,第一种为防阻机+壳管换热器(或宽-宽板式换热器)+热泵机组,第二种为智能自清防堵塞热能采集器+热泵机组3.1.1防阻机+壳管换热器(或宽-宽板式换热器)+热泵机组间接式污水源热泵系统第一种系统配置:一级污水泵+防阻机+二级污水泵+污水专用壳管式换热器+中介水泵+热泵机组优点:污水不直接进入热泵机组,从而避免了热泵机组的堵塞缺点:1、由于设备配置比较多,系统设计和安装都相对复杂; 2、初投资高,机房占地面积大;3、由于有了中间换热装置,致使热泵机组的能效比降低;4、由于存在了3台水泵,使整个系统的耗功增加,系统能效比降低。
第二种系统配置:一级污水泵+防阻机+二级污水泵+宽-宽流道式污水专用板式换热器+中介水泵+热泵机组优点:1、污水不直接进入热泵机组,从而避免了热泵机组的堵塞;2、由于板式换热器的换热系数高,其占地面积相对于壳管换热器小。
缺点:1、由于设备配置比较多,系统设计和安装都相对复杂;2、初投资高,机房占地面积大;3、由于有了中间换热装置,致使热泵机组的能效比降低;4、由于存在了3台水泵,使整个系统的耗功增加,系统能效比降低。
推荐期:技术研发初期推荐3.1.2 智能自清防堵塞热能采集器+热泵机组间接式污水源热泵系统系统配置:污水提升泵+原生污水智能自清式热能采集器+中介水泵+热泵机组优点:1、污水不直接进入热泵机组,从而避免了热泵机组的堵塞;2、由于减少了防阻机和二级污水泵,其占地面积相对于防阻机式间接式污水源系统小。
3、减少了二级污水泵,其系统能效比相对于防阻机式间接式污水源系统高。
缺点:1、由于设备配置比较多,系统设计和安装都相对复杂; 2、初投资高,机房占地面积大;3、由于有了中间换热装置,致使热泵机组的能效比降低;推荐期:技术研发中期推荐 3.2直接式污水源热泵系统即污水不通过中间换热装置,直接进入专用的污水源热泵机组进行换热的系统。
系统配置:一级污水泵+防阻机+二级污水泵+原生污水专用热泵机组原生污水由一级污水泵提升,经过智能污水防阻机过滤后,进入原生污水专用热泵机组;在机组提温(或降温)后,流经污水防阻机并携带污杂物回到污水干渠。
优点:1、设备配置少,系统配置简单;2、节省了换热器的投入,减小设备占地面积,并降低机房初次投资费用和运行费用;3、避免了二次换热时热量损失,提高了系统能效比;4、机组冷热工况的转换是通过冷媒切换完成,省去了管线切换的安装费用,并解决了使用端与污水系统污染的问题。
推荐期:技术成熟期重点推荐 4 污水源专利产品介绍 4.1 防阻机第一代防阻机是从哈尔滨望江宾馆的污水采集发展而来,其原理是过滤面连续再生。
图6 望江宾馆干渠取水点图7 过滤面连续再生原理图图8 第一代防阻机图9 第一代防阻机原理图随着污水源技术的不断发展,北京瑞宝利热能有限公司已经将污水防阻机发展到第七代智能防阻机。
第3代:混水、混温第5代:消除了混水、混温,智能自控;但是体积大,耗功大,过滤精度不高第6代:体积小、无混水、智能自控、过滤精度高,但是耗功大(与第7代相比)第7代:耗功小、体积小、无混水、智能自控、过滤精度高4.1.1 第七代智能防阻机概况第七代智能污水防阻机主要解决原生污水直接进行换热存在污水中的污杂物堵塞换热管这一技术难题。