直接式污水源热泵系统实践

城市污水中蕴含大量的可再生热能资源，对它的有效利用是一种新的清洁可再生能源利用方式。直接式污水源热泵系统以城市污水为载体，通过消耗部分电能做功，冬季将大量蕴藏于污水中的低位热能回收利用，提升能量品位后，为建筑取暖；夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季制冷的目的。实现了城市废热的回收利用，变废为宝，扩大了污水的用途。

以下以直接式污水源热泵系统在某独栋办公楼建筑中的应用，说明直接式污水源热泵系统在应用中需要针对过滤系统、热泵机组和自清洗系统进行专门的设计。事实表明污水源热泵系统具有明显的节能减排作用。

工程概况

项目建筑为一独栋办公楼，建筑面积1250m2，建筑高度6m，总供暖、供冷面积约为1147m2。

1.冷、热负荷

夏季冷负荷指标为150w/m2,冬季热负荷指标为100w/m2。总冷负荷：Q冷＝150×1147＝172kw;总热负荷：Q热＝100×1147＝115kw;系统末端采用风机盘管，夏季供冷冷冻水的供/回水温度为7/12℃；冬季供热热水的供/回水温度为45/40℃。

2. 水源条件

办公楼紧邻河道，河内为附近污水处理厂排入的二级水用于河道还清。本项目就近取二级水排水作为热泵系统的冷热源。平时水质较好，接近二级水水质；雨季或雪季，会有部分雨雪水及未处理的污水源水混入，水质略差于三级水水质。

对本项目水源取样测量，其中：Cl-的浓度为137.25mg/L，SO42-的浓度为154.89mg/L。实地测试表明，该水源冬季最低温度不低于12.5℃，夏季最高温度不高于26℃，是良好的热泵冷热源。本项目规模较小，水源水量充分，完全可以满足项目水量的要求。

系统设计

1.直接式污水源热泵系统简介

污水源热泵是水源热泵的一种。根据污水是否进入热泵机组换热器可以分为直接式污水源热泵系统和间接式污水源热泵系统。

直接式污水源热泵系统没有间接换热带来的温度损失，水源利用温差大，系统效率高。水源进入热泵机组前需配置自清洗过滤系统。由于污水的腐蚀、结垢特性，热泵机组蒸发器、冷凝器均需要进行专门的防腐、防垢、防堵塞设计，热泵机组蒸发器、冷凝器须配置专门的自清洗系统。

2.系统方案设计

本项目采用直接式污水源热泵系统。污水进入热泵机组前设置自清洗过滤器对污水进行过滤处理；配置在线自清洗装置，对热泵机组换热器定时进行在线自清洗，从而保证机组的换热效率。

3.污水需求量

冬季，热泵从换热循环水中提取热量，由12.5℃利用到7.5℃，可用温差按5℃计，设计工况下热泵的能效比COP取4，计算污水需求量为：G＝115×3÷4÷1.163÷5=14.8m3/h；

夏季,热泵向换热循环水中排放热量，由26℃升温到31℃，可用温差按5℃计，设计工况下热泵的能效比COP取5，计算污水需求量为：G＝172×6÷5÷1.163÷5=35.5m3/h；

根据夏季污水需水量设计项目取水量为35.5 m3/h。

4.主要设备配置

选择1台满液式热泵机组，根据对水源的取样测量，其中：Cl-的浓度为137.25mg/L，SO42-的浓度为154.89mg/L，换热管材质选择镍铜合金，进行防腐设计。

其他主要设备为：空调侧循环泵（50m3/h, 20mH2O，变频），额定功率5.5 kw，一用一备；再生水提升泵（45m3/h, 32mH2O，变频）额定功率11 kw；另外，额定功率为0.18 kw的自清洗过滤器1台；额定功率为2 kw的在线自清洗系统1套。

成效分析

本项目建筑为独栋办公楼，且为其他功能建筑改建，未按照节能建筑规范要求建设，能耗指标较节能住宅要高。经测算，能源费用大致如下：单位面积供暖费用为12.4元/m2·年，单位面积供冷费用为14.1元/m2·年，单位面积供暖、供冷费用为26.5元/m2·年。

其中， 供冷季按120天（5月15日-9月15日）运行期计算， 供暖季按120天（11月15日-3月15日）计算；电费取0.5元/kw·h。

采用污水源热泵供暖、制冷，无须冷却塔，避免了噪声、飘水、观瞻污染以及“热岛”效应等问题，夏季制冷每季节水约350吨，实现了空调制冷“零”排放、无污染。

系统运行每年冬季替代燃煤采暖折合燃煤用量约18吨标煤，减排CO2 4.25吨，CO 0.03吨，SO2、 NOx 0.83吨，粉尘0.20吨。

结论

城市污水夏季温度比环境温度低，冬季温度比环境温度高， 是良好的热泵冷热源。采用直接式污水源热泵系统为建筑供暖或供冷需针对污水水质，进行过滤系统、热泵机组和自清洗系统的设计。项目应用实例说明，直接式污水源热泵空调系统技术、经济可行，具有明显的节能减排作用。