污水源熱泵技術(shù)大講堂(連載九)
城市污水冷熱源集中利用技術(shù)
張承虎1、楊海濱2、劉京1、孫德興1
（1．哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱150090；2．國內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)研究院，北京 100069）
摘要：本文概述了大型城市污水源熱泵系統(tǒng)在集中利用污水熱能方面所采用的技術(shù)、方法和應(yīng)注意的問題。
關(guān)鍵詞：污水、熱能、集中利用、技術(shù)
所謂城市污水熱能集中利用，主要是指在污水處理廠建立熱泵供熱站，所采用的是處理后排放的廢水，即二沉池后的出水；當(dāng)然也包括污水處理廠排放水作為冷卻水方面的應(yīng)用。在污水處理廠采用污水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行熱能集中利用，與在市區(qū)內(nèi)分散利用相比較，各有千秋，下面將對集中利用的優(yōu)缺點(diǎn)作一比較分析：
優(yōu)點(diǎn)：（1）污水熱能利用與污水處理補(bǔ)沖突，互不影響。（2）水質(zhì)較好，尤其是大尺度懸浮物的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于城市原生污水。（3）污水可利用溫差較大。（4）水量豐富，資源充沛。因此污水中蘊(yùn)含的冷熱資源是十分巨大的。
缺點(diǎn)：（1）水溫偏低。（2）地處偏遠(yuǎn)，熱用戶較少。（3）輸送距離較遠(yuǎn)，輸送能耗所占比例較大。
污水源熱泵的關(guān)鍵問題是供需平衡，即采用合適的系統(tǒng)形式，提取污水處理廠排放水的熱能，所能供應(yīng)的采暖面積，應(yīng)該與經(jīng)濟(jì)供熱半徑內(nèi)的合適建筑面積相等。下面將主要介紹系統(tǒng)形式地選擇、供應(yīng)能力確定、供熱半徑和需求能力確定的方法。
1、集中式污水源熱泵的系統(tǒng)形式
根據(jù)污水是否進(jìn)入熱泵機(jī)組換熱器，可以將污水源熱泵系統(tǒng)分為直接式和間接式兩種。下面簡要地對比介紹這兩種形式。
直接式系統(tǒng)可分為2個(gè)循環(huán)子系統(tǒng)，（1）污水取排與換熱子系統(tǒng)，由污水源、污水泵、旋轉(zhuǎn)反沖洗設(shè)備、熱泵機(jī)組及連接管路組成；（2）末端循環(huán)子系統(tǒng)，由熱泵機(jī)組、末端循環(huán)泵、末端散熱設(shè)備及連接管路組成。
間接式系統(tǒng)可分為3個(gè)循環(huán)子系統(tǒng)：（1）污水取排與換熱子系統(tǒng)，由水源、污水泵、防阻設(shè)備、污水換熱器及連接管路組成；（2）中介水換熱子系統(tǒng)，由污水換熱器、中介循環(huán)水泵、熱泵機(jī)組及連接管路組成；（3）末端循環(huán)子系統(tǒng)，由熱泵機(jī)組、末端循環(huán)泵、末端散熱設(shè)備及連接管路組成。間接式系統(tǒng)比直接式系統(tǒng)多一個(gè)中間換熱的環(huán)節(jié)。
從熱力學(xué)角度看，直接式系統(tǒng)與間接式系統(tǒng)相比有很大的優(yōu)點(diǎn)，主要是：
（1）在同樣的水源條件下供出同樣多的熱量，可以提高蒸發(fā)溫度和系統(tǒng)能效；或者減小一倍的污水量和相應(yīng)的水泵能耗。
（2）省去了污水換熱器及相應(yīng)的中介水循環(huán)水泵，機(jī)房占地面積減少，不僅大大降低了土建和設(shè)備初投資，而且也減少水泵能耗。
污水源熱泵技術(shù)誕生以來，一直在采用間接式系統(tǒng)，這是從可靠性角度考慮而采取的保守措施。畢竟采用城市原生污水作為熱泵冷熱源是近些年才有的新技術(shù)。
直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)的主要區(qū)別在于污水是進(jìn)機(jī)組的蒸發(fā)器還是進(jìn)中間換熱器。中間換熱器是管殼式，目前已有諸多工程證明了其運(yùn)行的可靠性。而直接式系統(tǒng)滿液式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式其實(shí)也是管殼式的。如果二者的結(jié)構(gòu)參數(shù)再相同，污水就沒有理由不能直接進(jìn)入熱泵機(jī)組。鑒于污水處理廠二級排放污水水溫較低，而水質(zhì)較好的情況，本文建議污水處理廠熱能集中利用采用直接式污水源熱泵系統(tǒng)。
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