污水源熱泵系統工程應用技術

哈爾濱工業大學   孫德興

1、經濟效益

    1.1初投資

    污水源熱泵系統系一機三用：夏季空調，冬季供暖，全年供熱水。其投資額度與傳統的集中空調系統持平或略高，但可省下普通系統冬季必備的熱網入網或鍋爐房費用，以及大量的占地空間。還可省下普通空調系統所需的冷卻塔。總體估算節約初投資30%左右。

    1.2運行費用

    夏季空調時由于污水對機組的冷卻效果要好于冷卻塔，故機組的COP值高于傳統系統，夏季約可節電10%。

    假如可享用民用電價，則冬季采暖的運行費用將比熱網或鍋爐房燃煤系統低20-40%。

2、技術關鍵

    與制冷技術同生共存，熱泵主機早已是成熟的設備。這種既節能又環保的設備一百多年來并沒有在供熱中占據主流位置，其原因并不在機組本身。簡要地說，原因在于“熱泵好，源難找”。空氣源在北方嚴寒地區已無可能，而水源的使用則必須解決在取、排熱過程中較差甚至惡劣水質對換熱設備的堵塞與污染問題。

    城市污水渠中的原生污水很顯然是“污水”，其固體污雜物含量為0.2-0.4%上下，主要成分為爛菜葉、泥沙、糞便、以及少量的塑料片、紗布條、頭發絲等。假設為某一萬平方米的建筑提供冷、熱源，約需水量100立方米/小時。則任何水的預處理設備都必須承擔約300kg/小時的污雜物負荷。這個污雜物數量足以在幾分鐘內把任何傳統的過濾面堵死。

    江河湖海等天然水的水質雖然比城市污水好很多，但對換熱設備而言，它們也只能被看作是“污水”（山區非常清澈的河水除外）。一般空調機組中的載熱介質均是閉式水，即已被精密處理成優良水質固定量的水在系統中作閉式循環。但作為冷、熱源的環境水不同，它們在系統中是呈開式循環，水體來自環境，回歸環境，在機組中不斷被更換。當水量較大時機組往往要承擔每天幾噸的污雜物負荷，同樣會引起堵塞問題。

    當水質較差或很差時，對換熱表面的污染也是不可避免的。污染帶來的直接影響是換熱熱阻增大，換熱效果降低。即使未發生堵塞，上述天然水體對換熱面污染造成的機組效率下降也是必須解決的。 

    為解決惡劣水質對換熱設備及管路的堵塞與污染問題而進行傳統意義上的水處理是不可行的，因為即使采用最簡單的水處理工藝，其處理成本也要大大地高于熱泵從水中取熱與取冷的價值，況且在城區水處理工藝的占地也成問題。 

    本公司正是針對水源水引起換熱面的堵塞與污染問題取得了大量成果。

3、提取冷水凝固潛熱技術

    發明專利：利用低位熱源供水顯熱進行除霜的凝固潛熱型熱泵

    專利號：ZL 200610009617.5

    發明人：孫德興，張承虎，吳榮華。專利權人：哈爾濱工業大學 

    發明專利：基于壁面彈性變形剝冰提取凝固潛熱制取流體冰的方法

    專利號：ZL 200610009618.X

    發明人：孫德興 張承虎。專利權人：哈爾濱工業大學 

    發明專利：冷水凝固熱的采集裝置

    申請號：200610009616.0

    發明人：孫德興，張承虎，吳榮華。專利權人：哈爾濱工業大學 

    我國華北或以北地區冬季的地面水是要封凍的，冰面以下的水已接近0℃。顯然它已經不能被通常的水源熱泵所使用。另外，當使用污水作熱源時，每萬平方米建筑約需污水量100噸/小時以上；一般而言，7-10棟建筑排放生活污水中所含可開采熱能始夠一棟建筑采暖用；因此，很多想采用污水源熱泵系統的建筑者因附近找不到足量的污水水源而抱憾放棄。

經常遇到的水源溫度過低，或者水量不足這兩個問題引發了提取冷水凝固熱的需求。一公斤水結冰時釋放的凝固熱為80千卡，而一公斤水降溫一度人們才獲取1千卡熱量。  

    上述專利已使我國廣大地區包括東北、西北嚴寒地區在嚴寒的冬季有了取之不盡，用之不竭的水源熱源，所有天然水體封凍表面以下的江、河、湖水全都可以成為水源熱泵的熱源。在采用城市污水作熱源時，也將不再存在建筑物附近水量不足的問題。用提取凝固熱的方法，本棟樓排放生活污水中所含的熱能將可綽綽有余地供應本棟樓采暖。  

專家介紹：

    原西德博士。哈爾濱工業大學教學名師、教授、博士生導師。哈工大學位委員會委員，暖通專業科學帶頭人。曾長期擔任全國高等院校建筑環境與設備專業指導委員會副主任及該專業評估委員會副主任。已培養出博士十二名，碩士四十余名，主持或參加完成多項國家自然科學基金、黑龍江省科學計劃項目以及大量社會科技服務項目，發表科學論文百余篇，出版了獨著的高等傳熱學研究生教材。2003年主持技術建成世界首個原生污水源熱泵工程，研究的“城市污水熱能資源化”項目獲得“世界首創，國際領先”的鑒定評語。 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)