前言
隨著社會的發(fā)展，環(huán)境保護問題已被越來越多的人所重視。如何在享受能源帶來的便利生活的同時減少能源的消耗逐漸成為人類的共識。在這種背景下以環(huán)保和健康為主要特征的綠色建筑應(yīng)運而生，盡可能減少能源消耗為建筑物創(chuàng)造舒適環(huán)境已經(jīng)成為如今空調(diào)的發(fā)展方向。
用熱泵系統(tǒng)回收城市污水中的熱能，既開發(fā)了一種清潔能源，同時又降低了城市廢熱的排放，保護了環(huán)境。開展城市污水熱能利用技術(shù)的研究，是一項具有節(jié)能和環(huán)保意義的應(yīng)用技術(shù)研究。
1普通地源熱泵的不足之處
污水源熱泵將污水作為冷熱源，污水的作用等同于地源熱泵中大地的作用，所以以地源熱泵作為對比對象。
地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（電能），即可實現(xiàn)能量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移，是一種非常節(jié)能的采暖制冷方式，因此受到國家住建部大力推薦，在全國各地轟轟烈烈開展，但是地源熱泵也不是十全十美的：首先，地源熱泵的使用受到場地及地理條件限制，熱交換是在地下進行的，必須通過打井或抽取地下水進行能量傳輸，因此沒有足夠的場地或地下水量就不能實現(xiàn)能量交換。其次，地源熱泵一次性投資價格高。地源熱泵較普通空調(diào)節(jié)能高達40%以上，比一般中央空調(diào)投資高約40%左右，很多客戶因地源熱泵系統(tǒng)的高投資而望之卻步。
2污水源熱泵的簡單介紹
日常生活產(chǎn)出的污水水量大并且穩(wěn)定，平均溫度在13℃～25℃之間。污水源熱泵以污水作為冷熱源進行制冷、制熱，它具有產(chǎn)生量大、含有大量的熱能、在整個供暖季和供冷季水溫波動不大的特點。因此，利用污水源熱泵為區(qū)域供熱供冷是一種理想的方式。
污水源熱泵系統(tǒng)其供暖系統(tǒng)原理和普通地源熱泵相同，主要由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流機構(gòu)組成，構(gòu)成一個最簡單的蒸汽壓縮式熱泵裝置作為供熱系統(tǒng)的熱源。它通過蒸發(fā)器從污水中吸取熱量Qe，在冷凝器中放出熱量Qc供給供熱系統(tǒng)。這種供熱系統(tǒng)只要消耗少量的電能W,便可得到滿足房間供熱所需要的熱量Qc。即Qc=Qe+W。
3污水源熱泵與地源熱泵的比較(見表1）
.JPG)
4太陽能與污水源熱泵集成系統(tǒng)介紹
.JPG)
4.1太陽能與污水源熱泵集成系統(tǒng)的組成
太陽能與污水源熱泵集成系統(tǒng)由污水源熱泵、太陽能集熱器、污水源端埋管換熱系統(tǒng)、蓄熱水箱、水泵及末端系統(tǒng)組成。
4.2集成系統(tǒng)運行模式
夏季：熱泵提取污水冷量對室內(nèi)進行制冷，太陽能集熱系統(tǒng)主要提供生活用熱水
冬季：當(dāng)晴好天氣時，太陽能集熱系統(tǒng)滿足生活用熱水需求。當(dāng)太陽能熱量有富余時，室內(nèi)采暖回水進入太陽能系統(tǒng)初步加熱，之后進入污水源熱泵，再次提取污水中熱量為室內(nèi)進行供熱；當(dāng)光照不理想時，利用污水源熱泵將熱量提供給儲水箱，滿足生活熱水需求。采暖回水直接進入熱泵系統(tǒng)，熱泵提取污水熱量對室內(nèi)進行采暖。
4.3太陽能與污水源熱泵集成系統(tǒng)流程圖（見圖1）
4.4太陽能與污水源熱泵集成系統(tǒng)特點
從圖2、圖3中可以看出，秦皇島的年輻照量在4000~5300MJ/m2之間。我國學(xué)者根據(jù)年太陽總輻照量的大小，將我國劃分為4個太陽能資源帶，分別為資源豐富帶(＞6700MJ/m2)、資源較富帶(5400~6700MJ/m2)、資源一般帶(4200~5400MJ/m2)、資源貧乏帶(＜4200MJ/m2)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，秦皇島的太
陽能資源屬資源一般區(qū)。
太陽能的運行有一定的局限性，夏季若長時間陰雨天氣，蓄熱水箱內(nèi)的生活熱水溫度會低于40℃，通過空調(diào)主機制冷時產(chǎn)生的熱量來加熱水箱中的水，使其溫度達到40℃以上。
夏季的生活熱水的供應(yīng)是免費的，在春秋過渡季節(jié)，太陽能不能滿足要求時，把空調(diào)主機直接切換到制取生活熱水的狀態(tài)，比電加熱節(jié)能很多倍。冬季空調(diào)主機的制熱量超過室內(nèi)熱負荷那部分熱量來滿足太陽能制取生活熱水達不到所需溫度，通過電加熱的那部分能量，充分利用空調(diào)主機的能量。地源熱泵與太陽能聯(lián)合運行能夠在任何惡劣的天氣條件下滿足空調(diào)和生活熱水的需要，使整個系統(tǒng)節(jié)能性更加優(yōu)化。
5工程案例介紹
該工程位于秦皇島環(huán)保學(xué)院校園內(nèi)，空調(diào)形式采用太陽能與污水源熱泵集成系統(tǒng)。
利用校園內(nèi)中水處理裝置中段經(jīng)過簡單處理之后的污水作為冷熱源的熱泵與太陽能熱水設(shè)備相結(jié)合，提供制冷制熱及生活用熱水的綜合設(shè)備。
秦皇島環(huán)保學(xué)院現(xiàn)有教職工460人，在校學(xué)生8500人，按校園內(nèi)常住人口9000人考慮，每天產(chǎn)生的廢水達到1500m3，先期設(shè)計中水處理水量按照500m3，不同生活用水經(jīng)過不同裝置初步處理之后，匯集到調(diào)節(jié)池內(nèi)，等待下一步處理。
熱泵換熱點設(shè)計在調(diào)節(jié)池處，預(yù)埋高效換熱器。熱泵主機功率20kW，太陽能集熱器面積39m2，儲熱水箱2t。熱泵空調(diào)主機為中水處理站工作室及休息室提供采暖制冷需求，建筑空調(diào)面積180m2。太陽能集熱系統(tǒng)主要提供工作人員洗浴及附近洗衣房用熱水。（表2是系統(tǒng)主機參數(shù)表）
6結(jié)論
太陽能熱利用在國內(nèi)已經(jīng)是一種非常成熟的技術(shù)，也得到了很大的推廣。但是單就太陽能而言，目前熱利用上還是較廣泛的用于生活用熱水。由于其受日照情況影響，而且相對熱效率不高，很難廣泛推廣到采暖上。所以需要積極地尋求一種節(jié)能環(huán)保的技術(shù)，與太陽能實現(xiàn)聯(lián)合應(yīng)用達到供暖的目的。污水源熱泵具有熱量輸出穩(wěn)定、COP值高、換熱效果好、機組結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，是實現(xiàn)污水資源化的有效途徑。
污水源熱泵比燃煤鍋爐環(huán)保，污染物的排放比空氣源熱泵減少40%以上，比電供熱減少70%以上。它節(jié)省能源，比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能，比燃煤鍋爐節(jié)省1/2以上的燃料。由于污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，其制冷、制熱系數(shù)比傳統(tǒng)的空氣源熱泵高出40%左右，其運行費用僅為普通中央空調(diào)的50%~60%?？梢?，污水源熱泵有著廣闊的應(yīng)用前景，可以與太陽能相結(jié)合達到很好的采暖效果，同時經(jīng)濟性能顯著。首先，不需要大規(guī)模的投入太陽能面積，這樣不僅節(jié)約了場地，同時降低很大的初投資，讓用戶能買得起；其次，二者相補充，污水源熱泵能很好滿足非晴好天氣的供熱需求，而且運行費用不高。
但是二者結(jié)合也存在著很多問題：
1.配比問題，二者在初始設(shè)計時以多大的供熱能力配比，既能在造價上被用戶接受，又能實現(xiàn)超低運行成本；
2.控制問題，由于光照情況的不穩(wěn)定性，所以當(dāng)太陽能不足或是能充足使用時，需要與污水源熱泵系統(tǒng)進行切換，很多數(shù)據(jù)都要模糊控制，這就要求必須將控制做好；
3.污水源處理問題，好的熱源應(yīng)該是穩(wěn)定、高能、無污染、無腐蝕的。這就涉及污水處理問題，如何更好的、低成本的將污水處理到應(yīng)用的狀態(tài)也是亟待解決的問題。
（責(zé)編：zy）
