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污水源热泵的优缺点及案例介绍

发表时间:2017/8/22 23:47:37

污水源热泵的特点与优势

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。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,污水体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。而夏季水体温度比环境空气温度低,所以制冷的冷凝温度降低,使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式,机组效率提高。供暖制冷所投入的电能在1KW时可得到5KW左右的热能或冷能。能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。


3.运行稳定可靠


水体的温度一年四季相对稳定,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,使得污水源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。


4.一机多用,可应用范围广


污水源热泵可供暖、空调,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。城市污水热泵空调系统利用城市污水,冬季取热供暖,夏季排热制冷,全年取热供应生活热水,夏季空调季节可实施部分免费生活热水供应。一套系统冬夏两用,实现三联供。


5.投资运行费用低


城市污水源热泵具有初投资低,运行费低的巨大经济优势。运行效果良好,经济效益显著。污水热泵系统的机房面积仅为其他系统的50%。系统根据室外温度及室内温度要求自动调节,可做到无人看管,同时也可做到联网监控。污水源热泵系统原理简单,设备的可靠性强,维护量小,平时无设备的维护问题。


优势

1、水源热泵可以一机两用,冬季供热夏季供冷。

2、水源热泵设备及末端投资约为锅炉的1.3~1.5倍(经验值)

3、水源热泵冬季供热温度普遍只有55~65度,极端天气下供热效果不及锅炉。

4、水源热泵受地下水制约很大,如果地下水量萎缩或水温变化,整个系统就不灵了。


与其他供热材料相比,污水源热泵具备的优势表现为:


◆与燃煤、燃气、然油等锅炉房系统相比,我国年污水排放量达464亿m3,可节省用煤量0.33亿吨,以全国年总能耗30亿吨标煤计算,达到了1.1%,若按暖通空调的一次能源消耗量10亿吨标煤计算,达3.3%。同时每年可减少排放量达72万吨。据相关统计,15万平方米供冷、供热、以及供生活热水,年可节约标煤1万吨,减排二氧化硫300吨、烟量2200万立方米、颗粒物6400吨,年少排炉渣2800吨、废水600吨。


◆另外,污水源热泵系统将污水热能连同热泵机组本身产生热能一并转移到室内,能效比高达4.5-6.0,能源利用率是电采暖的3-4倍,污水源热泵与空气源热泵相比,夏季冷凝温度低,冬季蒸发温度高,能效比和性能系数大大提高,而运行工况稳定,比传统中央空调节省30﹪-40﹪的运行费用。且污水源热泵技术系统无需设冷却塔,利用的是城市原生污水,节约了大量水资源的同时又开发创造出新的清洁型新能源。


缺点


与其他热源相比,污水源热泵系统中防堵塞、防腐蚀、防污染等技术问题才是真正影响系统是否能够正常运行的关键,由于原生污水中含有大量的(塑料袋、树叶等)等杂物的存在,很容易造成设备与管路的堵塞与污染,利用传统的过滤手段与机械格栅尽管能够处理这些杂物,但涉及到占地,清理、杂物运输及周边的环境污染问题,造成实际无法操作。并且其处理成本也要远高于热泵从水中取热与取冷的价值,这无疑给城市原生污水源热泵系统在规模的运用上加大了困难。


在污水源热泵系统当中,污水防阻机是保证系统正常运行的关键设备之一,其主要应用于过滤热源。用来实现原生污水源热泵系统的长期无堵塞运行。该产品的应用成功地消除热源对系统中污水换热设备的堵塞,保证了系统运行的长期性、稳定性和可靠性。


污水源热泵技术

污水源热泵是利用污水处理厂出水量大,水质稳定,常年温度在l3~25℃等特点,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,是实现污水资源化的有效途径。污水源热泵比燃煤锅炉环保,污染物的排放比空气源热泵减少40%以上,比电供热减少70%以上。它节省能源,比电锅炉加热节省2/3以上的电能,比燃煤锅炉节省l/2以上的燃料。由于污水源热泵的热源温度全年较为稳定,其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40%左右,其运行费用仅为普通中央空调的50%~60%因此,污水源热泵有着广阔的应用前景,但其使用还需解决以下问题:清洁技术的选择、系统形式的选择、污水源水温流量的问题以及其保证性和经济性问题。


1、污水源热泵工作原理及分类

污水源热泵的技术状况和经济性与热源/热汇的特点密切相关。对热泵系统来说,理想的热源/热汇应具有以下特点:在供热季有较高且稳定的温度,可大量获得,不具有腐蚀性或污染性,有理想的热力学特性,投资和运行费用较低。在大多数情况下,热源/热汇的性质是决定其使用的关键。

污水源热泵采用污水作为水源热泵的热源/热汇,它具有以下特点:产生量大,几乎全年保持恒定的流量;夏季温度低于室外温度,冬季高于室外温度,而且在整个供暖季和供冷季,水温波动不大;含有大量的热能,据估计,城市社区产生的废热40%含在污水中。因此,污水与热泵一起使用为区域供热供冷提供一种理想的热源/热汇。

污水源热泵系统其供暖系统原理和普通水源热泵相同,主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流机构构成一个最简单的蒸汽压缩式热泵装置作为供热系统的热源。它通过蒸发器从污水中吸取热量Q,在冷凝器中放出热量Q(Q=Q+w)供给供热系统。这种供热系统只要消耗少量的电能W,便可得到满足房间供热所需要的热量Q。

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。


2、与其他热泵系统的简单比较

将污水热能利用系统与地下水水源热泵系统和燃气锅炉供热+普通空冷空调供冷相结合的供能方式进行了比较,其结论从设备投资上看:在计增容费的情况下,污水热能利用系统最少,为地下水热泵系统的84.10%,为燃气+空冷空调系统的77.08%;在不计增容费的情况下,污水热能利用系统的设备投资为地下水水源热泵系统的81.32%,为燃气+空冷空调系统的227.08%。从年运行费用上看:燃气+空冷空调系统的运行费用最高,地下水水源热泵系统次之,污水水源热泵系统为最低。3种供能方式的年运行成本以污水热能系统最低,仅为燃气+空冷空调系统的46.19%、为地下水热泵系统的72.50%。在投资有效期内(按20年考虑),综合比较3种方案的费用,污水水源热泵系统的总运行费用大约是地下水水源热泵系统的70%左右,是燃气+空冷空调系统运行费用的45%左右。由此可见,污水水源热泵系统比其它两方案更具经济性。总的来说,污水热能利用系统的经济性是十分显著的。


3、实例介绍

以山东建筑大学某教学楼为例,分别采用空气源热泵、地源热泵和污水源热泵3种不同的供暖方式。充分验证污水源热泵系统的经济性和环保特性。

方案一采用污水水源热泵系统。本方案可以充分利用学校的中水系统。利用中水管线将水输送到用户处。采用半集中式系统进行供热。该系统工程建设期短。运行稳定。工作性能较好。操作简单。无须设专人管理。但是该技术目前在我国还未成熟。

方案二采用燃气/空气源热泵系统。本方案系统简单,初投资较低,其主要缺点是在夏季高温和冬季寒冷天气时,热泵的效率大大降低。系统制热量随室外空气温度降低而减少,这与建筑热负荷需求趋势正好相反。此外,在供热工况下空气源热泵的蒸发器上会结霜,需要定期除霜。

方案三采用地源热泵系统。该系统大大提高了一次能源的利用率,具有高效节能的优点。迄今为止,制约该系统在我国应用的主要障碍是地下埋管的初投资较高,政府、建筑设计人员和公众对这一技术还缺乏了解。

该工程空调面积约1000m2,在各方案的比较过程中.取济南市的暑期为90d,供热期为120d。

方案二采用上海某厂家生产的SA一30CDH型双机风冷热泵机组,其制冷性能系数为2.56,供热性能系数为2.96。

方案三采用竖井埋管和水/水热泵机组系统,埋管总长为1600131。


3.1运行费用比较

根据日本某公司对不同供冷(供热)方式的经济分析结果,污水源热泵系统与传统的制冷加锅炉系统相比,可节约40%的运行费用,比空气源热泵系统节约30%。

根据北京高碑店污水处理厂的污水源热泵系统试验工程测得的数据,与燃气和空气源热泵系统、地下水水源热泵系统相比.污水源热泵系统的运行费用最少,在投资有效期(取20a)内,污水源热泵系统的总运行费用大约是地下水水源热泵系统的70%左右,是燃气和空气源热泵系统运行费用的45%左右。据有关资料显示,污水源热泵系统与地源热泵系统的运行费用都仅为普通中央空调系统的50%~60%。


3.2排入环境的CO2,和NOx量

据文献介绍,与传统空调方式相比,污水源热泵集中空调系统。可减少CO的排放量40%~5l%,减少NO排放量36%~49%;分散空调系统可减少CO的排放量13%,减少NO排放量13%。


结论

①驱动能源的消耗方面,燃气和空气源热泵系统耗能最少,污水源热泵系统与地源热泵系统则较高,但考虑其综合经济效益,当功率低于250kW时,电动热泵比燃气热泵的效益好。

②假定电力增容费、燃气增容费不计算在系统初投资内,污水源热泵的初投资为l183.81元/kW,燃气和空气源热泵的最少.仅为522.2元/kW,而地源热泵系统的最多.达到l640.93元/kW。由此可见.地源热泵系统的初投资是燃气和空气源热泵系统的3倍多,而污水源热泵系统的初投资仅为地源热泵系统的70%左右。

③如果将两项增容费计人初投资,污水源热泵系统为1443.17元/kW,是3种方案中最低的,仅为另外两种方案的76%左右。


4、污水源热泵应用前景

热泵技术的研究及应用在国内已进行多年,在油田领域,特别是稠油油田热污水资源丰富,推广应用热泵技术具有较大的潜力。

(1)在稠油油田开采过程中,油井产液中带有大量的温度较高的工业污水,污水不能全部回用油田注汽锅炉,部分处理合格后排放或回注到地层,造成大量的热能浪费。热泵技术实现低位热能的资源的再利用,用于供热站和原油处理站等设备及人员相对集中的工作场所的保温,实现稠油油田余热利用的目的;

(2)在目前91#原油集输处理站,原油加热转输依靠蒸汽换热降粘来完成,若对处理后的1.3x104m3/d的50℃左右的污水降低5~6℃,从中可提取8x104kW的热量用于原油外输,况且已有使用热泵进行稠油原油输送的试验与应用;

(3)也可以为供热站、原油集输站、综合采油队等人员密集的工作场所提供生活用热水,洗涤化学器皿。

水源热泵是中央空调系统主机的一种,提问者可能的对比是水源热泵和风冷热泵的对比吗?

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。


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