1、污水源熱泵系統介紹供熱空調的能源消耗占社會總能耗的比例大達30%，而環境污染的20%也是由供熱空調燃煤引起的。因此，采用熱泵技術，開發低位的、可再生的清潔能源用于建筑物的供熱空調意義重大，是建筑節能減排的有效途徑之一。這些能源包括：大氣、土壤、地下水、地表水、工業余熱及城市污水等等。其中污水在數量（水量）、質量（水溫）及分布規律上（地理位置）具有明顯優勢。預計2010年我國污水排放量達720億t/a，水溫全年在10-25之間，按開發50%的水量計算，可供熱空調的面積至少在5億以上。另外，原生污水均勻地分布在城市地下空間，為因地制宜地有效利用及建設分散式的熱泵供熱空調系統創造了有利條件。而地表水

2、源在南方水源豐富的地區以及沿海城市更具有廣闊的應用前景。1 熱泵原理各類低位的清潔能源利用是通過熱泵技術實現的。熱泵空調技術是根據逆卡諾循環原理，將低溫熱源或低位能源（如城市污水、地下水等）中的低品位熱能進行回收，轉換為高品位熱能的一種節能與環保性技術，利用這項技術的逆過程同時還可以達到制冷的目的，是以存在合適的低位能源為必要條件的。 3-膨脹閥圖1 熱泵工作原理示意圖圖1示意了一種水源熱泵向建筑物供熱的工作原理。所謂水源熱泵，就是指以環境中的水（污水、地表水、地下水等）作為熱源。熱泵工質（例如氟利昂）在壓縮機1的驅動下，在壓縮機1、冷凝器2、膨脹裝置3、蒸發器4幾個主要部件中循環運動。工質的

3、熱力性質決定了蒸發器中的工質溫度可以保持在例如2（稱為蒸發溫度）左右，而冷凝器中則為60（稱為冷凝溫度）左右。這里的水源雖然在冬季可能僅為11，但卻可以作為熱泵系統的熱源，因為當將它引入溫度為2的蒸發器時，它必然要把自身中的熱能（稱為內能）交給機組，變為例如6排放出去。獲取了水源熱能的工質被壓縮機壓縮到例如60，在冷凝器中加熱來自建筑物的系統循環水，由該水將熱量帶到建筑物的散熱設備中。總的來看，熱泵能夠從常溫或低溫（11）的環境中提取熱量，以較高的溫度（50）向建筑物供熱。過程中機組每消耗1份高位能源（例如電能），能夠從環境中提取3份以上的溫差熱量，建筑物實際可以得到的熱量則為4份以上。然而熱

4、泵技術應用的關鍵問題已不是熱泵機組的效率有多高，而是需要有合適的低位能源或低溫熱源，以及整個系統的全面高效低能耗運行，以保證節能性。 2 污水源熱泵污水熱泵是以污水（包括地表水）作為低溫熱源，利用熱泵技術回收或提取污水中的低溫熱能，其中污水包括市政管網中未處理的原生污水、污水處理廠已處理污水，地表水包括江河湖水、海水及污水處理后的再生水。由于污水及地表水的水質條件較差，利用過程中又是開式循環，懸浮物和雜質成迅速的累積過程，因此提取熱量時需要解決防堵、防垢及低能耗運行等一系列可能影響到系統的運行效果、運行維護、投資、運行費的相關問題。2.1 污水特性我國主要城市日污水排放量極其可滿足供暖面積 注

5、：t =5冬季，即使在嚴寒地區，污水溫度也在1018 以上，是豐富的熱源；夏季污水溫度2028 ，是廢熱理想的排放處。城市污水分布與人口及城市工業化程度基本成正比，將城市污水作為一種新能源，在優化能源結構的同時，還能有效緩解能源缺乏及分布不均勻的問題。2.2 污水源熱泵系統優勢高效節能 該項目消耗約25%的電能即可提取75%以上的污水熱能，得到100%的供熱熱能，系統能耗模式如圖2所示。使電能的利用率提高到4倍，若按火力發電0.33的效率計算，系統的一次能源利用率高達1.33，再高效的鍋爐效率也在0.9以下，考慮輔助能耗及熱損耗，污水熱泵空調系統的一次能源的節能幅度達45%以上。. 另外，就具

6、體項目本身而言，由于一套系統冬夏兩用，全年供應衛生熱水，具有顯著的經濟效益。較燃煤鍋爐加冷水機組、城市熱網加冷水機組、直燃機組等供熱空調方式相比，節省初投資及運行費用均在25%以上。 圖2 污水熱泵供熱空調系統能耗模式示意圖經濟環保 系統70%以上的能量是來自于大自然或廢棄物，無須“付費”，30%以下的能量來自耗電，不污染環境，不消耗任何水源，不向空氣中排放任何有害氣體。同時，CO2、NOx 、SO2及粉塵的排放量也相應減少45%以上。效果穩定 全年污水的溫度相對穩定，受環境溫度的影響很小，因此其制冷制熱效果穩定安全可靠 可靠的保護系統、監護系統，沒有任何安全隱患一機三用 供暖、供冷、供生活熱

7、水，一套系統可以代替原來的鍋爐+空調兩套裝置初投資低 較地下水源、土壤源以及其他常規系統，初投資要低2.3 污水源熱泵特點污水作為低位熱源或冷源有三個明顯的特點，即“防堵塞”、“非清潔”與“小溫差”換熱，這三個特點都集中在污水循環子系統內，妥善地解決好污水循環是系統的關鍵換熱技術，而三個循環子系統的合理有效匹配是保證系統高效低能耗運行的另外一個關鍵配置技術。懸浮物含量相對較少，盡管與未處理原水不在同一數量級，但隨著運行時間增長，堵塞問題也立即突現，原水的堵塞時間為13d，而地表水則為710d。圖3是未處理原生污水的堵塞現象，圖4是已處理污水的堵塞狀況。 圖3 未處理原生污水的堵塞現象 已處理污

8、水與地表水（江河湖海水）屬同類，與未處理原水相比，相對清潔，但水源的利用為開式循環，小時流量數百至上千立方米，污染成迅速的累積過程，易“短時污染”（710d），因此對熱泵系統或換熱過程也是“非清潔”的水源。 圖5 某污水源熱泵工程換熱器熱熱量衰減幅度圖如此小的取熱溫差，要求的水源水量則很大，對“非清潔”引起的污染問題就更不利。而更小的傳熱溫差，則需要增大換熱面積或換熱設備的數量，這不僅加大系統的建設投資，而且又增加了換熱器的維護工作量。防堵塞是系統的基本功能要求，污水循環若不具備防堵的能力，則系統根本不能運行，而非清潔則需要防污垢，防污垢與小溫差換熱直接影響到系統的經濟性和維護操作的難易程度與

9、工作量。 3 污水源熱泵發展歷程2003年我國第一套間接式污水源熱泵系統在哈爾濱望江賓館成功應用，至此間接式污水源熱泵系統步入了人們的視野。現在市場上絕大部分的污水源系統都為間接式的。隨著污水源技術的發展，2009年世界上第一套直接式污水源熱泵系統在北京悅都酒店成功投入使用。 3.1 間接式污水源熱泵系統即污水通過中間換熱裝置，將熱量傳遞給清水（中介水），再將清水（中介水）輸送到熱泵機組中進行換熱的系統。間接式污水源熱泵系統分為兩種，第一種為防阻機+殼管換熱器（或寬-寬板式換熱器）+熱泵機組，第二種為智能自清防堵塞熱能采集器+熱泵機組 第一種系統配置：一級污水泵+防阻機+二級污水泵+污水專用殼

10、管式換熱器+中介水泵+熱泵機組優點：污水不直接進入熱泵機組，從而避免了熱泵機組的堵塞 缺點：1、由于設備配置比較多，系統設計和安裝都相對復雜； 2、初投資高，機房占地面積大；3、由于有了中間換熱裝置，致使熱泵機組的能效比降低；4、由于存在了3臺水泵，使整個系統的耗功增加，系統能效比降低。 第二種系統配置：一級污水泵+防阻機+二級污水泵+寬-寬流道式污水專用板式換熱器+中介水泵+熱泵機組優點：1、污水不直接進入熱泵機組，從而避免了熱泵機組的堵塞；2、由于板式換熱器的換熱系數高，其占地面積相對于殼管換熱器小。 缺點：1、由于設備配置比較多，系統設計和安裝都相對復雜；2、初投資高，機房占地面積大；3

11、、由于有了中間換熱裝置，致使熱泵機組的能效比降低；4、由于存在了3臺水泵，使整個系統的耗功增加，系統能效比降低。 推薦期：技術研發初期推薦 系統配置：污水提升泵+原生污水智能自清式熱能采集器+中介水泵+熱泵機組 優點：1、污水不直接進入熱泵機組，從而避免了熱泵機組的堵塞；2、由于減少了防阻機和二級污水泵，其占地面積相對于防阻機式間接式污水源系統小。3、減少了二級污水泵，其系統能效比相對于防阻機式間接式污水源系統高。 缺點：1、由于設備配置比較多，系統設計和安裝都相對復雜； 2、初投資高，機房占地面積大；3、由于有了中間換熱裝置，致使熱泵機組的能效比降低； 推薦期：技術研發中期推薦 3.2直接式

12、污水源熱泵系統即污水不通過中間換熱裝置，直接進入專用的污水源熱泵機組進行換熱的系統。 系統配置：一級污水泵+防阻機+二級污水泵+原生污水專用熱泵機組原生污水由一級污水泵提升，經過智能污水防阻機過濾后，進入原生污水專用熱泵機組；在機組提溫（或降溫）后，流經污水防阻機并攜帶污雜物回到污水干渠。優點：1、設備配置少，系統配置簡單；2、節省了換熱器的投入，減小設備占地面積，并降低機房初次投資費用和運行費用；3、避免了二次換熱時熱量損失，提高了系統能效比；4、機組冷熱工況的轉換是通過冷媒切換完成，省去了管線切換的安裝費用，并解決了使用端與污水系統污染的問題。推薦期：技術成熟期重點推薦 4 污水源專利產品

13、介紹 4.1 防阻機第一代防阻機是從哈爾濱望江賓館的污水采集發展而來，其原理是過濾面連續再生。 圖6 望江賓館干渠取水點 圖7 過濾面連續再生原理圖 圖8 第一代防阻機 圖9 第一代防阻機原理圖隨著污水源技術的不斷發展，北京瑞寶利熱能有限公司已經將污水防阻機發展到第七代智能防阻機。第3代：混水、混溫第5代：消除了混水、混溫，智能自控；但是體積大，耗功大，過濾精度不高 第6代：體積小、無混水、智能自控、過濾精度高，但是耗功大(與第7代相比） 第7代：耗功小、體積小、無混水、智能自控、過濾精度高 第七代智能污水防阻機主要解決原生污水直接進行換熱存在污水中的污雜物堵塞換熱管這一技術難題。第七代智能污

14、水防阻機的特點主要為內部采用活塞式擠出式的原理，圖10所示為其外觀圖。其原理為原生污水進入設備內部后，水與雜物進行分離，分為相對獨立的兩個通路，并利用污水回水將容污區內將污雜物沖回干渠中，保證污水正常進行換熱。 圖10 活塞式擠出型污水防阻機應用原理：原生污水從污水進水口（17）進入內筒過濾區（18），經過濾網（3）過濾后由過濾水出口（4）進入換熱設備進行換熱，換熱后的過濾水由過濾水進口（9）進入沖洗區（11），沖洗容污區（14）內污雜物，并攜同污雜物由污水出水口（15）排出。減速電機（1）帶動螺旋推桿（6）旋轉，可將內筒過濾區（18）過濾后遺留的污雜物推向容污區（14），由內筒活塞（16）、

15、容污區（14）、沖洗區活塞（13）、活塞拉桿（12）組成活塞運動構件，由電動推桿（19）帶動往復運行，內筒活塞（16）與螺旋推桿密封（7）緊密接觸，時時進行密封，防止原生污水進入螺旋推桿內區（23），沖洗區活塞（13）與活塞密封（8）緊密接觸，時時進行密封，防止原生污水進入沖洗區（11）。活塞運動構件往復進行運動，受上限位開關（21）和下限位開關（22）控制，容污區（14）運動至內筒過濾區（18）時，螺旋推桿（6）將過濾后遺留的污雜物推進容污區（14）內，此時連桿觸動上限位開關（21），活塞運動構件轉變方向，反向運動。容污區（14）進入沖洗區（11）后，換熱后的過濾水由過濾水進口（9）進入沖洗

16、區（11），沖洗容污區（14）內污雜物，并攜同污雜物由污水出水口（15）排出。 圖11 第七代智能污水防阻機剖面圖圖11所示，1-減速電機；2-軸承座；3-過濾網；4-過濾水出口；5-外筒過濾區；6-螺旋推桿；7-螺旋推桿密封；8-活塞密封；9-過濾水進口；10-外密封裝置；11-沖洗區；12-活塞拉桿；13-沖洗區活塞；14-容污區；15-污水出水口；16-內筒活塞；17-污水進水口；18-內筒過濾區；19-電動推桿；20-主體；21-上限位開關；22-下限位開關；23-螺旋推桿內區；24-連桿。1、過濾網采用不銹鋼無縫鋼管（壁厚10mm ，加工完成后為56mm）人工鉆2mm 直徑的圓孔，通

17、過實踐工程，結出污雜物影響機組正常運行的主要原因在于絨泥通過過濾裝置多少及其大小，先期過濾網為梯形孔，長×寬=10mm×2mm ，截面積是現有的2mm 圓孔的6.37倍，所以對機組運行有一定的影響。實踐也證明，新一代的防阻機也確實解決了這一問題。2、從原理上，徹底解決了原生污水連續過濾、無堵塞換熱的世界性技術難題，并從節構上最優化設計，增加了加工難度，解決內部混水、混溫的現象，并采用智能化控制系統，溫度監控系統、報警保護系統，外型美觀等優點。3、螺旋推桿（6）螺旋側壁鑲有螺旋切刀，螺旋切刀的主要作用將過濾網壁粘連的污物進行連續切割，使過濾網網孔連續再生，達到充分過濾污物的目的。螺旋切刀的材質選用彈簧鋼，保證螺旋切刀的耐磨性。4、第七代智能污水防阻機內部密封均采用間隙密封。4.2 直接式污水源熱泵機組污水源熱泵直接式系統較間接式系統有以下兩個明顯優勢：無中間水循環系統，系統簡潔，機房面積小，節省設備初投資、設備安裝費用及機房土建成本；由于無中介水循環，避免了二次傳熱所產生的熱品位損失，冬季時提高了機組蒸發溫度，夏季降低了機組冷凝溫度，因而熱泵機組運行效率高較間接式COP 高5%；無中介水循環泵，系統綜合效率較間接式高10%以上，亦即系統運行費用較間接式低10%以上；針對污水這一特