污水源熱泵火了！各地政府瘋狂“推廣”，它在污水廠中有什么作用？
時(shi)間：2023-07-21 09:45:19 來(lai)源：創始人
點擊：0次
近日，為加快推進可(ke)再生能源(yuan)高質量發(fa)展，相關部(bu)門發(fa)布了《北京市可(ke)再生能源(yuan)替代(dai)行動(dong)方案（2023—2025年）》。方案明確(que)指(zhi)出：
“要充分利用再生水(shui)資源，合理利用污水資源，距離再生水廠5公里范圍內的建筑優先利用再生水/污水源熱泵供暖......到2025年(nian)，全市新增再生(sheng)水源熱泵(beng)供熱面積(ji)200萬平方米。”
無獨有偶，除了北京，多地發改委（相關部門）也相繼發文：大力推廣污水源等熱泵技術。如在《上海市促進地熱能開發利用的實施意見》、《廣東省全面推行清潔生產實施方案（2023-2025年）》、《陜西省關于進一步推進地熱能供熱技術應用的通知（第97號）》等文件中，均有相關表述。
可見，從政策的推動，到技術的發展，再到行業的響應，污水源熱泵這一環保節能技術正在得到越來越多的關注和應用。
那(nei)么(me)，污水(shui)源熱泵(beng)到底是(shi)什么(me)？北方的小伙伴一定知道，但南方的小伙伴可能聽都沒聽過。
顧名思義，污水源熱泵就是以污水為“源體”的熱泵。那么，熱泵又是什么呢？
熱泵是(shi)一種節能裝置，可(ke)(ke)以把(ba)達不到可(ke)(ke)以直接(jie)利(li)用的能量轉換為可(ke)(ke)以直接(jie)利(li)用的高(gao)位熱能，進(jin)而達到節約電、天燃氣、石油的目的。其實，可以把污水源熱泵系統看作一個空調系統。從污水中提(ti)取和儲存能(neng)量的(de)冷(leng)、熱源，借助熱泵(beng)機組，消(xiao)耗(hao)少(shao)量電能(neng)，在夏季把室內熱量“提取”出來釋放到污水中，為室內制冷；在冬季把污水中的低位熱能“提取”出來，為(wei)建筑物供熱(re)。一般來說，根據是否直接從污水中提取熱量，可以把污水源熱泵分為直接式和(he)間接式，兩者主要區別(bie)在于是(shi)否有中介換熱循環。 1）直接式污水源熱泵系統沒有中介換熱循環，污水經過簡單處理后直接進入熱泵機組進行換熱，減少了熱損失，但污水與熱泵機組直接接觸極易造成嚴重的污堵、腐蝕等問題，使系統的性能系數下降。2）間接式污水源熱泵系統增加了中介換熱循環，污水先與清水進行熱交換，清水再進入熱泵機組進行換熱。中介水循環緩解了熱泵機組受損的風險，但過程中的熱損失增大，從污水中有效提取的熱能減少。對于城市污水處理(li)廠(chang)，直接式污水源熱泵適用于水質較好的二級出水，間接式污水源熱泵適用于水質較差的原生污水。污水源熱泵(beng)系統的核心設備主要包(bao)括壓縮機、 蒸發器、冷凝器，以及(ji)一些(xie)閥(fa)(fa)門（膨脹閥(fa)(fa)、四通換(huan)向(xiang)閥(fa)(fa)等） 和泵(beng)送設備等。下面，老吳就以直接式污水源熱(re)泵(beng)系統(tong)為例，對污水源熱(re)泵(beng)的運行(xing)原理進行(xing)簡(jian)單的介紹(shao)。在夏季，污水廠二級出水的平均溫度為20～24℃，低于環境空氣溫度，因此可將二級出水作為冷源。 污水源(yuan)熱(re)(re)泵系統相(xiang)當于一個制冷裝(zhuang)置(zhi)。通過(guo)轉動四(si)通換(huan)(huan)向(xiang)閥(fa)，改變制冷劑工質(zhi)的(de)(de)流(liu)動方向(xiang)，液態工質(zhi)在(zai)用(yong)(yong)戶側的(de)(de)換(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)中(zhong)進行(xing)等壓蒸發，將(jiang)用(yong)(yong)戶側的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)帶走(zou)，從(cong)而實現制冷的(de)(de)效(xiao)果。工質(zhi)吸收(shou)的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)則在(zai)污水側的(de)(de)換(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)中(zhong)釋放至污水處(chu)理(li)廠二級出水中(zhong)。在冬季，污水廠二級出水的平均溫度為10～15℃，高于環境空氣溫度，因此可將二級出水作為熱源。二(er)級處理出(chu)水被泵(beng)送入(ru)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)中，將蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)中的(de)液(ye)態(tai)(tai)制冷劑(ji)工質(zhi)等壓(ya)(ya)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)成低壓(ya)(ya)氣(qi)態(tai)(tai)工質(zhi)。在壓(ya)(ya)縮機(ji)的(de)作用下，通(tong)過消耗(hao)電能將低壓(ya)(ya)氣(qi)態(tai)(tai)工質(zhi)等熵壓(ya)(ya)縮成高壓(ya)(ya)氣(qi)態(tai)(tai)工質(zhi)，再(zai)將其輸送到(dao)冷凝器(qi)(qi)中。高壓(ya)(ya)氣(qi)態(tai)(tai)工質(zhi)在冷凝器(qi)(qi)中等壓(ya)(ya)冷凝所放出(chu)的(de)熱量用于向用戶(hu)側供暖。冷凝得到(dao)的(de)高壓(ya)(ya)液(ye)態(tai)(tai)工質(zhi)通(tong)過膨脹閥形成低壓(ya)(ya)氣(qi)液(ye)混(hun)合物，再(zai)次進入(ru)到(dao)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)中循環使用。城市污水源熱泵初投資和運行費用較低，相較其他系統，污水源熱泵系統機房的占地面積僅有50%。系統會結合環境氣溫實現調節的自動化，這樣只需要通過網絡技術便能夠實時監控，節省一部分人力資源方面的投入。此外，污水源熱泵工作原理較為簡單，相關設備具有較強的可靠性，在維護方面無須投入過多資金。污水的溫度與環境氣溫相比，一年四季中更容易保持穩定狀態，水溫只在小范圍中變化，因此，應用污水源熱泵期間，運行狀態具有穩定性特征，能夠確保污水源熱泵的經濟性。其他熱泵系統在運行期間容易出現各種各樣問題，如空氣源熱泵系統會產生除霜問題，開式水源熱泵系統存在水源溫度、流量等參數不穩定問題，而污水(shui)源(yuan)熱泵運行(xing)穩定，通常不會出現問題。污水源熱泵系(xi)統運行時(shi)，系(xi)統一直保持封閉(bi)，不(bu)會(hui)與其(qi)他(ta)系(xi)統產生直接接觸，這樣污水只是在封閉的容器中實現循環利用，避免污水污染其他設備以及城市水源。污水源熱泵系統在發揮降溫功能期間，無需使用冷卻水塔，這樣就會防止污水源熱泵使用期間冷卻水塔產生的噪聲污染、水污染等問題。除(chu)此之外，該(gai)技術釋放熱量期間，無須使用(yong)燃料能(neng)源(yuan)以及鍋爐房等(deng)傳統供熱設備，這樣能(neng)夠防止(zhi)由于燃燒能(neng)源(yuan)而產生的(de)空氣污染問題(ti)。在寒(han)冷的(de)冬季(ji)，污水的(de)溫(wen)(wen)度(du)要高于室內氣(qi)溫(wen)(wen)，因(yin)此，熱泵(beng)循(xun)環的(de)蒸發溫(wen)(wen)度(du)和能(neng)效比(bi)都有所上升。夏季污水的溫度要低于室內氣溫，冷凝溫度會因此下降，其冷卻效果明顯優于冷卻塔式制冷。供暖供冷過程中所獲得(de)的(de)(de)熱能(neng)或冷能(neng)大概是投入電能(neng)的(de)(de)5倍(bei)，具(ju)有(you)高效節能(neng)的(de)(de)優勢。
從(cong)上(shang)文不難(nan)看(kan)出，污(wu)水源(yuan)熱泵在污(wu)水處(chu)理廠應用有著諸多優勢，但其使用還需注意以下問題:盡管(guan)二級出水經過(guo)多級過(guo)濾以及生化處理，但是還會含有少量固體懸(xuan)浮物和各種雜質，故清潔技(ji)術是該系統(tong)正(zheng)常運行的(de)關鍵技(ji)術，需要注意堵塞、腐蝕、結垢等方面的問題。直(zhi)接式(shi)污水源熱泵(beng)系統(tong)一般在冬季提(ti)供(gong)熱水溫度為(wei)40～45℃，能滿足風機盤管用戶或者地熱用戶的要求；而散(san)熱器用(yong)戶進(jin)水(shui)溫(wen)度(du)一般在(zai)70℃以(yi)上，熱泵(beng)的出水(shui)溫(wen)度(du)不能滿足(zu)其要求。污水處理廠大(da)規模地應用污水源(yuan)熱泵系統，需(xu)多(duo)臺機組同時并聯運行(xing)，注意在末端不同負荷條件下機組與各循環水泵的負載負荷及開啟臺數問題。同時，由于很難實(shi)現對(dui)系統(tong)(tong)的完全自動控制，需對(dui)系統(tong)(tong)采(cai)取自動監(jian)測與人工(gong)操作相結(jie)合(he)的方式。如果(guo)污(wu)水(shui)源熱(re)泵系統應用于大面積區域的供(gong)暖或供(gong)冷(leng)，應考慮是否需要設置蓄熱、蓄冷池，或者在冬季設置備用鍋爐的問題。 污水(shui)源(yuan)熱泵技術(shu)起源(yuan)于北歐國家(jia)(jia)，主(zhu)要利用城市(shi)污水(shui)滿足居民的(de)供熱需求，隨后(hou)瑞典(dian)、挪威(wei)等國家(jia)(jia)開(kai)始陸續應用污水(shui)源(yuan)熱泵系統。1981年，世界上首個取用污水廠二級出水的直接式污水源熱泵系統在瑞典Sala鎮投產，裝機容量為3.3MW，年產熱(re)(re)能25.6GWh，COP均值為2.6。值得一提的(de)(de)是，瑞典(dian)已成為目(mu)前應用污(wu)水源熱(re)(re)泵技術的(de)(de)代表國(guo)家(jia)。日(ri)本也是開展(zhan)污(wu)(wu)水(shui)源(yuan)熱(re)(re)泵技術研究和應用較早的國家之一。日(ri)本首套污(wu)(wu)水(shui)熱(re)(re)能回收系(xi)統(tong)于1987年在東京落合污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理(li)(li)廠啟用，至今東京大都會區(qu)已有11座污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理(li)(li)廠建有污(wu)(wu)水(shui)源(yuan)熱(re)(re)泵系(xi)統(tong)。與北歐(ou)國(guo)家相比(bi)，日本污水源熱泵技術的特點和優勢是開發了一系列過濾裝置、流體換向裝置、自動清洗裝置等，使污水(shui)(shui)換熱器在連(lian)續穩(wen)定運行中(zhong)實現自動清(qing)洗，減少了換熱管污水(shui)(shui)側結垢和堵塞(sai)的發(fa)生，極(ji)大地提(ti)高了污水(shui)(shui)源熱泵的換熱效(xiao)率和整體性能。當然，污水(shui)源熱泵技術在其他國(guo)家也(ye)得到了(le)不(bu)同程度的(de)應用。比如，瑞士首都伯爾(er)尼的污水處(chu)理廠(chang)安裝有1.4MW的污水源熱泵，每年(nian)可(ke)為鄰近地(di)區供(gong)熱約3GWh；美(mei)國芝加哥的James C Kirie污水處理(li)廠建(jian)設的污水源熱(re)泵系統，使該廠減少40％的供(gong)熱(re)供(gong)冷能耗；2021年，英國(guo)泰晤士(shi)水務公司啟動Hogsmill污水處理廠污水源熱(re)泵(beng)系統的建(jian)設(she)項目(mu)，預計每年為部(bu)分地區提供7WGh的低碳(tan)熱(re)能。相對來看，我國污水源熱泵技術研究起步晚，2000年在北京高碑店污水處理廠才成功投產我國首個污水源熱泵項目。近(jin)20年(nian)來，我國污水源熱泵技術的應用主要集中在北方地區，在南方地區的應用相對較少。這主要(yao)是因為(wei)我國北方地區冬季寒(han)冷(leng)，采暖季時間長，供熱市場需求大。從取(qu)用污水的處(chu)理狀態(tai)看，國內現有的污水源熱泵系統多以城市污水處理廠二級出水作為熱源。哈爾濱(bin)、承德、南昌的污(wu)水(shui)(shui)源(yuan)熱(re)泵工程以(yi)原生污(wu)水(shui)(shui)為(wei)熱(re)源(yuan)；無錫太湖新城污(wu)水(shui)(shui)處理廠(chang)以(yi)一級(ji)出(chu)水(shui)(shui)為(wei)熱(re)泵熱(re)源(yuan)；青島、沈陽、 天(tian)津、秦皇(huang)島等地污(wu)水(shui)(shui)處理廠(chang)以(yi)二級(ji)出(chu)水(shui)(shui)為(wei)熱(re)泵熱(re)源(yuan)。需要特別指(zhi)出(chu)的(de)是(shi)，國污水源(yuan)熱泵技術(shu)的(de)使用率仍處于較(jiao)低水平。為了提(ti)升關技術(shu)的(de)研究工作速度(du)，我國還先后出臺了《城市污水回用設計規范》、《城市污水再生利用標準》等規定，為污水源熱泵技術的研究與發展提供了政策支持。近年來，我國污水(shui)處理(li)廠(chang)的排放標準不(bu)(bu)斷提(ti)高，而達(da)成高排放標準往往是以高能耗投(tou)入為代(dai)價，這使污水(shui)處理(li)廠(chang)的碳排放量不(bu)(bu)容忽視。面向碳(tan)達(da)峰(feng)、碳(tan)中和目標，利用熱泵技術對污水中所蘊含的熱能進行回收利用，可有效降低燃料、電力等能源的消耗，在節省運行成本的同時大幅減少溫室氣體排放，是污(wu)水處理廠實(shi)現減污(wu)降(jiang)碳協同(tong)增(zeng)效的重要手段之一。
來源：廣州化工(gong)交(jiao)易(yi)中心
