污水源熱泵是一種水源熱泵。眾所周知,水源熱泵的優點是水的熱容量大、設備傳熱性能好(換熱設備較緊湊)、水溫較穩定(熱泵運行工況較穩定),城市污水是一種優良的引人注目的低溫余熱源,在整個采暖期間,水溫波動不大,是水/水熱泵或水/空氣熱泵的理想低溫熱源。

1污水源熱泵供暖系統

圖1為污水源熱泵供暖系統原理圖。由壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流機構構成一個最簡單的蒸氣壓縮式熱泵裝置,作為供熱系統的熱源。它通過蒸發器從污水中吸取熱量Qe,在冷凝器中放出熱量Qc=Qe+W,供給供熱系統。這種供熱系統只要消耗少量的電能W ,便可得到滿足房間供熱所需要溫度的熱量Qc。污水源熱泵供暖系統與其他水源熱泵相比,具有一定的特點。

①污水水質的優劣是污水源熱泵供暖系統成功與否的關鍵,因此要了解和掌握污水水質以判斷其是否可作為低溫熱源。同時,也要針對污水水質的特點,設計和優化污水源熱泵的污水/制冷劑換熱器的構造,換熱器應具有防堵塞、防腐蝕、防繁殖微生物等功能,通常采用水平管淋水式或浸沒式換熱器。

②城市污水干渠(污水干管)通常是通過整個市區,如果直接利用城市污水干渠中的原水作為污水源熱泵的低溫熱源,則可節省輸送熱量的能耗,從而提高其系統的經濟性,但同時應注意:在取水設施中設置適當的水處理裝置(見圖2),考慮利用原水余熱對后續水處理工藝的影響,如原水水溫降低過多將會影響市政曝氣站的正常運行。

③為了評價采用污水源熱泵的合理性,應對它進行綜合分析,在分析中必須注意:排出污水余熱的時間同用戶用熱時間的吻合;排出污水余熱的地點同用戶用熱地點的吻合;排出污水的熱流量與用戶需熱量要基本吻合;排出污水的溫度高低和用戶需求相吻合。若排出污水的溫度為30～50℃則可以直接利用換熱器回收余熱量,這既簡單又經濟;若低于30℃,采用熱泵回收余熱量供熱是受歡迎的方案,在許多場合中,熱泵同換熱器結合起來回收污水余熱量將是十分合理的方案。

2國外污水源熱泵的應用

目前,污水源熱泵的技術是成熟的,國外工程實例很多。20世紀80年代初在瑞典、挪威等北歐國家建造的一些以污水為低溫熱源的大型熱泵站相繼投入運行。

　　目前,瑞典斯德哥爾摩有40%的建筑物采用熱泵技術供熱,其中10%是利用污水處理廠的出水。挪威奧斯陸1980 年開始建設利用城市污水干管的污水作為低溫熱源的熱泵站,第一臺熱泵機組已在1983 年投入使用。塞勒用處理后的污水作為低溫熱源的熱泵站(3.3MW),1981年6月投入運行后效果良好。由于能源危機和環境問題的日益突出,美國、日本、德國等發達國家紛紛投入大量的財力和人力進行此項研究,并取得了一定的成果。采用熱泵技術回收家庭生活污水(淋浴水、洗碟機和洗衣機排水等) 余熱的設施實例也很多。對于約10人的住宅,采用熱泵技術回收家庭生活污水余熱可節能達50% ,對于10人以上的住宅可節能達60%。