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污水源热泵的应用及思考

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2021.1

0引言

污水源通常包含两类污水：（1）原生污水

（简称原水），城区市政排水管网中未经处理

的污水；（2）中水，城区市政排水经污水处理

厂处理后达到国家排放标准的污水。

随着城市规模的扩大及居民生活条件的

改善，城市污水量大量增加。在城市污水中

蕴含着大量的低位热（冷）能资源，污水源热

泵技术可以有效地提取这些低位热（冷）能用于城市供暖（冷）。近些年，污水源热泵技术

在乌鲁木齐市及周边地区逐步得到推广应

用，在应用中出现了各种问题。笔者通过部

分应用实例，对这些问题进行分析探讨，探索

总结解决方案和措施，使这项技术的应用更

加普及和高效。1应用实例

在笔者了解及经历的本地各项污水源热

泵工程实例中，以下几项较有代表性，简要介污水源热泵的应用及思考

新疆市政建筑设计研究院有限责任公司胡昕

提要：本文简要介绍了乌鲁木齐市及周边地区四个有代表性的污水源热泵工程

实例，通过对其应用中各种问题的讨论分析，提出了污水源热泵系统在应用中所受到

的条件限制和应对措施，总结出它在不同条件下的适用范围和应用方法，以利于推广

和充分利用。关键词：污水源热泵；污水；中水；热泵机组DOI编码:10.16641/j.cnki.cn11-3241/tk.2021.01.014

ApplicationandThinkingofSewage-SourceHeatPump

XINJIANGMUNICIPALARCHITECTURALDESIGNINSTITUTELTD.

HuXin

Abstract:Thispaperbrieflyintroducesfourrepresentativeexamplesofsewage-sourceheatpump

engineeringinUrumqiandsurroundingareas，andthroughthediscussionandanalysisofvarious

problemsinitsapplication，thispaperputsforwardtherestrictionsandcountermeasuresofsewage-

sourceheatpumpsystemintheapplication，andsummarizesitsscopeandmethodofapplication

underdifferentconditions，soastopromoteandmakefulluseofit。

Keywords:sewage-sourceheatpump；sewage；reclaimedwater；heatpumpheaters

--862021.1绍如下：1.1乌鲁木齐市盈科广场污水源热泵工

程

盈科广场为双体商住楼，总建筑面积8.6

万m2，其中公用建筑面积5.5万m2，居住建筑

面积3.1万m2。污水源热泵工程于2009年12

月完工，2010年1月调试运行后转为正常投

产运行，目前运行正常。

盈科广场污水源热泵工程是利用城区市

政排水主干管作为取水点，取用原生污水作

为低温热（冷）源，通过热泵机组提取热（冷）

量，为盈科广场双体商住楼供暖（冷）。冬季

供暖面积8.6万m2，取水温度8~14℃，退水温

度4~9℃，温差4~5℃，取水量600m³/h；夏季

（6~8月份）空调面积5.1万m2，取水温度20~25℃，退水温度25~30℃，温差5℃，取水量

400m³/h。

盈科广场污水源热泵机房设于地下二

层，内分三个系统，系统一配置3台热泵机组，

系统二、三各配置2台热泵机组，详见表1。

污水流动流程为：城区市政排水主干管

——取水井（内设污水泵）——取水管——阻污器——热泵机组——阻污器（反冲洗）——

退水管——城区市政排水主干管。

能量输配流程为：污水——热泵机组

——供暖（空调）热（冷）水——散热设备（散

热器、地暖管、风机盘管）——采暖（空调）建

筑。1.2乌鲁木齐市河西污水处理厂中水源

热泵工程

乌鲁木齐市河西污水处理厂位于乌奎线

北侧，北京北路以东，厂区占地面积23.7万m2，2018年经二期扩建后处理能力20万m³/d，处

理水质（中水）达到一级A标准。

河西污水处理厂中水的冬季取水温度9~12℃，退水温度4~7℃，温差5℃，取水量900

m³/h；夏季（6~8月）取水温度20~25℃，退水温

度25~30℃，温差5℃，取水量60m³/h。

河西污水处理厂中水源热泵机房于2018

年年初建成并投入运行。机房内分为三个系

统，详见表2。

中水流动流程为：中水混合池——蓄水

池——潜污泵——Y型除污器——热泵机组

——中水退水管道——退水井。

机房系统

系统一

系统二

系统三

合计负荷区域

公用建筑

居住建筑高区

居住建筑低区建筑面积/万m2

5.5

1.5

1.6

8.6冬季热负荷/MW

2.8

0.8

0.8

4.4夏季冷负荷/MW

3.3

/

/

3.3表1盈科广场负荷统计表

机房系统

系统一

系统二

系统三

合计负荷区域

二期地下箱体

厂区办公用房

一期工艺车间建筑面积/万m2

4.0

0.3

0.5

4.8冬季热负荷/MW

4.5

0.2

0.6

5.3夏季冷负荷/MW

/

0.3

/

0.3表2河西污水处理厂负荷统计表

--872021.1能量输配流程为：中水——热泵机组

——供暖（空调）热（冷）水——散热设备（散

热器、地暖管、风机盘管）——采暖（空调）建

筑。1.3乌鲁木齐儿童医院热泵空调系统工

程（目前为在建阶段）

乌鲁木齐儿童医院总建筑面积23.06万m2；

冬季供暖面积21.95万m2，供暖负荷16.994MW；夏季供冷面积16.35万m2，制冷负荷15.613MW；生活热水负荷2.5MW。热泵空

调系统主要利用城区市政排水长春路北延段

退水主干管作为取水点，取用河西污水处理

厂处理后的中水作为低温热（冷）源，通过热

泵机组提取热（冷）量，为医院供暖（冷）；另设

置电锅炉作为备用补充热源。该工程目前处

于设备安装阶段。设计参数及指标详见表3。

乌鲁木齐儿童医院热泵机房设于地下二

层，内分三个系统，系统一配置9台涡旋式热

泵机组，系统二各配置6台螺杆式热泵机组，

系统三各配置3台生活热水型热泵机组，详见表4。

中水流动流程为：城区市政排水退水主

干管——中水蓄水池——潜污泵——除污器

——热泵机组——中水退水管道——城区市

政排水退水主干管。

能量输配流程为：中水——热泵机组

——供暖（空调）热（冷）水——散热设备（散

热器、地暖管、风机盘管）——采暖（空调）建

筑。1.4甘泉堡污水处理厂中水源热泵工程

（目前为可研阶段）

甘泉堡污水处理厂位于甘泉堡工业园区

内，占地面积约46m2，2015年6月建成，污水

处理量10.5万m³/d，处理水质（中水）达到一

级A标准。厂区冬季供暖面积15641m2，供

暖负荷1.66MW；夏季（6~8月）空调面积4482m2，制冷负荷0.52MW。

该工程可行性研究报告已通过评审，计

划建设的中水源热泵机房内分为二个系统，

详见表5。

序号1

2

3

4设计参数

中水侧冬季设计供、回水温度

中水侧夏季设计供、回水温度

用户侧夏季设计供、回水温度

用户侧冬季设计供、回水温度单位℃

℃

℃

℃指标10/5

20/25

7/12（新风、风机盘管）

45/35（地暖）50/60（新风）

机房系统

系统一

系统二

合计

系统三负荷区域

地暖系统

新风机组系统

生活热水系统冬季热负荷/MW

8.81

8.19

17.00

2.50夏季冷负荷/MW

12.41

3.20

15.61表3儿童医院设计参数及指标

表4乌鲁木齐儿童医院负荷统计表

--882021.1

热泵系统冬季采暖取水温度9~13℃，退

水温度4~8℃，温差5℃，取水量350m³/h；夏

季空调取水温度25~30℃，退水温度30~35℃，温差5℃，取水量110m³/h。

中水系统流程为：中水消毒池——潜污

泵——Y型除污器——热泵机组——中水退

水管道——计量渠进口。

能量流程为：中水——热泵机组——供

暖（空调）热（冷）水——散热设备（散热器、风

机盘管）——采暖（空调）建筑。2应用中的问题

通过对上述四个工程项目的现场参观了

解或亲身设计经历，热泵机组在不同应用条

件下反映出各种实际应用问题，阐述如下：

（1）从城区市政排水主干管取水，在冬季

每当大雪过后，会有大量雪水排入排水管道，

造成排水温度在短时间内降低，降至8℃以下

时，会导致热泵机组不能正常运行，供热效率

降低，甚至停机。

（2）污水温度一定时，取用污水量与供热

规模成正比，供热规模受到污水量的限制，取

水点必须保证水量充足、稳定，否则供热效果

无法保证。城区市政排水管网中的管道流量

是随时变化的，在取用时只能依据其最小流

量核定热泵机组的最大供热（冷）量，否则必

须配置辅助热源，增大一次投资。

（3）从城区市政排水主干管取用的原水，

水中杂质多，水质差，必须配置预处理设备或

间接换热系统［1］。这不仅使一次投资增大，

而且在采用间接换热系统后会降低热能提取

效率［2］。

（4）热泵机组产出的热水温度一般在45~55℃，且供、回水温差一般设定在5~10℃，因

此供热半径小，供热管径大，一次投资大。由

于出水温度低，很难与城市已有的集中供热

系统并网联供。

（5）热泵机房的耗电量巨大，变配电设施

要求高，对供电系统的依赖性大。如果没有

双回路供电，供热系统安全性难以保证。

（6）单纯供暖的热泵供热系统，设备闲置

期长，利用率低，一次投资大，投资回收期很

长，经济效益相对较差。

（7）热泵机房的选址必须尽量靠近负荷

区，要有合适的空间、水量充足的取（退）水

点、双回路供电保障；如果没有前期合理的规

划，这些条件很难同时满足，目前的各类城市

规划中没有这方面的相关规划。3分析讨论及应对措施

针对上述问题，结合笔者的相关经历和

实践，分析讨论如下：

（1）由于乌鲁木齐市的雨污分流排水系

统尚不完善，在大雪之后的清雪过程中，会有

大量的雪水排入城区市政排水管网，这导致

排水温度在一个较短的时间段内会有较大的

波动，影响热泵机组正常运行。对于这种情

况，运行应对措施是：当引水温度降至8℃以

下时，热泵机组即停机，只保留供暖系统循环

泵运行；待引水温度升至8℃以上时，热泵机

组开启，系统恢复正常运行。经多年运行记

录测算，这种波动大多不超过2个小时，即使

热泵机组停机，对热用户的供暖效果影响不

大。这种方法针对盈科广场这种商住类型建

筑可以基本保证供暖效果，但对于室温要求

严格的建筑（如医院、科研实验室等），

就无法机房系统

系统一

系统二

合计负荷区域

生产工艺车间

厂区办公用房建筑面积/m211159

4482

15641冬季热负荷/MW

1.36

0.3

1.66夏季冷负荷/MW

/

0.52

0.52表5甘泉堡污水处理厂负荷统计表

--89

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污水源热泵空调系统应用浅析

污水源热泵空调系统应用浅析

污水源热泵空调系统应用浅析

摘要：我国能源需求与环境保护的矛盾日趋凸显,污水源热泵技术的推广有效的将能源与环境有机结合起来,将污水处理过程中的富余热能提取出来供热或制冷,获得清洁而高效的能源,达到节能减排的效果。

关键词：污水源热泵 节能环保 热泵空调

1、概述

随着我国经济的迅速发展,对能源的需求旺盛,合理利用自然资源,保护环境,减少污染物排放,降低常规能源的消耗已经成为全社会面临的问题。风能、太阳能、地热能、污水热能等能源的利用很好的解决上述两个问题。

而污水源热能随着污水处理系统的大量建设和运营,提供了大量的低廉而高品质的热能源。如何有效的使用污水源热能对环节能源紧缺的状况意义重大。污水源热泵由水源热泵机组、污水热能交换系统、建筑物内系统共同组成的一种供热空调系统。

2、污水源热泵工作原理

工作原理如下图1所示。制冷工况下,关闭9制热阀门,开启8制冷阀门,空调房间冷负荷连同压缩机的功所转化的热量被排入污水处理（末端）消毒清水池,与换热器2(此时换热器2在热泵机组中起冷凝器作用)之间,通过管道连接成一个封闭回路,在水泵7的作用下,水在回路中往复循环,在换热器2中吸收制冷剂的热量,通过安装在消毒清水池中的换热器传入水体。

供热工况下,从压缩机5出来的制冷剂经换向阀7作用换向,此时换热器2转换成为热泵机组的蒸发器,循环水流经污水处理生化池内安置的换热器时吸收污水中的热量在换热器2(蒸发器)中释放给制冷剂。在室内同样既可以通过水的循环进行热量传递,也可以使制冷剂直接流经房间换热器6与空气进行热交换。

3、污水源热泵的特点

3.1 高效节能

由于污水源热泵利用储存在污水生化池中的能源,生化热能温度高,且具有其他能源无可比拟的稳定性,其一年四季变化较小。大地温度冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是极好的冷热源。年平均温度在45℃左右,这种温度特性使得污水源热泵系统比传统空调系统的运行效率要高40%左右。另外,污水储存能的稳定性特点,也使得热泵机组的运行更加可靠和稳定,保证了系统的高效性和经济性。

城市污水作为源水的水源热泵技术

城市污水作为源水的水源热泵技术

城市污水作为源水的水源热泵技术

一、项目概况：

密云县檀州污水处理厂坐落于美丽的潮白河畔，是密云县城唯一的污水集中处理点，每日承担着密云县城近24000m3的污水的处理。污水水质稳定，常年温度在13oC-15oC。厂内有约１0000m2建筑（写字楼，厂房，车库等），利用未经处理的城市污水为热源供本厂的供暖及部分制冷（只有办公楼需要制冷），并且还可供生活热水使用。它在制热时以污水为热源，而在制冷时以污水为热汇。由于污水处理厂污水供应充足，提取和排放热量能够满足供暖制冷的需要。

该项工程是密云县檀州污水处理厂原燃煤锅炉房的改造工程。由于原燃煤锅炉每年造成一定的大气污染，为适应北京市环境保护的需求，决定对这套供热系统进行改造，不再使用燃煤，因此采用了既能供热，又能制冷的污水源热泵系统。污水处理厂改造分为两部分，一部分是办公楼的改造，另一部分是设备厂房的改造，办公楼内安装的是能够制冷制热的风机盘管，设备厂房内安装的是散热性能较好的钢串式暖气片。

二、系统原理及设计

冬季，污水温度约12－15℃经过换热器换热后排出温度约为7－10℃，系统提取污水中的热量作为水源热泵机组的低温热源，进入热泵机组蒸发器，热泵冷凝器出水作为供暖系统循环水，供回水温度为50－45℃。夏季，污水温度约为14-18℃经过换热器换热后的排出温度为19-23℃，污水带走系统中的热量作为水源热泵机组制冷时的冷却水，热泵蒸发器出水作为供冷系统循环水，供回水温度为7-12℃。该热泵具有热回收功能，在冬夏季工况运行的同时确保了生活热水的供应。

用户侧供水通过分集水器分别供到每个单体楼。系统冬、夏季工况的转换通过切换站房系统中的阀门来实现。

系统设计：

１、采暖空调设计参数：

冬季室外空调计算温度－12℃

冬季室内设计温度18-24℃

夏季室外空调计算温度：33.2℃；湿球温度：27.3℃

污水源热泵的特点

污水源热泵的特点

绿特污水源热泵的特点

由于污水源热泵技术利用污水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：

1. 属可再生能源利用技术

污水源一般是工业产生废水，其来源相对稳定，不受时间和季节的影响，水量也基本恒定，只要温度合适，将是空调良好的冷热源。只要工厂保持生产，污水的来源会很稳定。因此，污水源热泵可称为可再生能源的一种技术。

2. 运行稳定可靠

污水源水体的温度不受时间和季节的影响，一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

3. 环境效益显著

热泵工作使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上。

水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。

水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

4. 运行可靠，不存在污染和回灌的问题

采用水源热泵的两个重要问题是地下水的回灌和地表水的污染问题，而采用污水源热泵无需回灌，只需要就近排放，而在排放之前必须做污水处理，单纯做污水处理后排放会是厂家的一笔巨额费用，而如果能将处理后的水应用与空调，不仅解决了污染和回灌的问题，还

将减轻厂家的经济负担，变向的为厂家带来效益。

5. 自动运行

水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。

污水源热泵系统应用照亮绿色新生活

污水源热泵系统应用照亮绿色新生活

多米尼卡空气源热泵，全球首家STS质量追溯体系。

随着社会时代发展步伐的逐渐加快，我国的能源环境正在面临着严峻的考验。据世界能源组织统计，全球能源在以每年5%的增长速度进行消耗着。所以，对于我国建筑耗能大户暖通空调行业来说，寻找可再生新能源才是首要任务。

当今社会的科技发展日新月异，人们的生活水平也是正在处于稳步增长阶段，大量时代的产物油然而生，城市污水就是其中之一。据调查，我国每年排放城市污水可达400亿吨左右，随着城市化进程的加快，污水排放量还将继续增加。据了解，城市的低位废热约有40%潜在城市污水中，合理的回收这部分低位热量，将城市污水处理的水量和热量同时回收利用，既实现了城市废热的回收利用，变废为宝，同时又开发了一种新的可再生清洁能源的利用方式，为城市污水的资源化、低品位清洁能源开辟了新途径，可谓一举双得。

研究表明，城市污水具备水量大，温度适宜稳定，季节变化幅度小，冬暖夏凉等特点，因此可以作为良好的低位可再生能源。原生污水源热泵是利用城市污水作为冷热源，根据污水冬季温度高于室外温度、夏季温度低于室外温度的特点，用换热器将污水中难以直接利用的热能提取出来，送入中介中，再传递给热泵主机，形成高温水用以冬季供暖。这套系统还可以逆用的，用以夏季制冷。作为地源热泵技术应用形式的一种，推广原生污水热泵技术是改变城市以燃煤为主的能源消费结构现状的一个有效途径，更为可再生能源的应用和发展拓展了新的空间。

众多项目得成功实施，证明了采用原生污水源热泵系统供暖制冷，节能率达到了30%～75%，真正实现了零排放，零污染，不向大气中排放任何废气、废物以及废渣，其投资费用与运营费用与传统方式相比也都降低了很多，大力开发每年可节煤上亿吨，这也将减少大量温室气体的排放。

如今，建设绿色生态文明已经成为了社会各界共同关注的焦点，污水源热泵系统汇聚了节能减排，低碳环保，可再生清洁能源利用等众多亮点于一体，为我国的节能环保事业的顺利进行奠定了良好的基础。