污水源熱泵系統(tǒng)工程應(yīng)用技術(shù)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)   孫德興

1、經(jīng)濟(jì)效益

    1.1初投資

    污水源熱泵系統(tǒng)系一機(jī)三用：夏季空調(diào)，冬季供暖，全年供熱水。其投資額度與傳統(tǒng)的集中空調(diào)系統(tǒng)持平或略高，但可省下普通系統(tǒng)冬季必備的熱網(wǎng)入網(wǎng)或鍋爐房費(fèi)用，以及大量的占地空間。還可省下普通空調(diào)系統(tǒng)所需的冷卻塔。總體估算節(jié)約初投資30%左右。

    1.2運(yùn)行費(fèi)用

    夏季空調(diào)時(shí)由于污水對(duì)機(jī)組的冷卻效果要好于冷卻塔，故機(jī)組的COP值高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，夏季約可節(jié)電10%。

    假如可享用民用電價(jià)，則冬季采暖的運(yùn)行費(fèi)用將比熱網(wǎng)或鍋爐房燃煤系統(tǒng)低20-40%。

2、技術(shù)關(guān)鍵

    與制冷技術(shù)同生共存，熱泵主機(jī)早已是成熟的設(shè)備。這種既節(jié)能又環(huán)保的設(shè)備一百多年來并沒有在供熱中占據(jù)主流位置，其原因并不在機(jī)組本身。簡(jiǎn)要地說，原因在于“熱泵好，源難找”。空氣源在北方嚴(yán)寒地區(qū)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(zhì)對(duì)換熱設(shè)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(fā)絲等。假設(shè)為某一萬(wàn)平方米的建筑提供冷、熱源，約需水量100立方米/小時(shí)。則任何水的預(yù)處理設(shè)備都必須承擔(dān)約300kg/小時(shí)的污雜物負(fù)荷。這個(gè)污雜物數(shù)量足以在幾分鐘內(nèi)把任何傳統(tǒng)的過濾面堵死。

    江河湖海等天然水的水質(zhì)雖然比城市污水好很多，但對(duì)換熱設(shè)備而言，它們也只能被看作是“污水”（山區(qū)非常清澈的河水除外）。一般空調(diào)機(jī)組中的載熱介質(zhì)均是閉式水，即已被精密處理成優(yōu)良水質(zhì)固定量的水在系統(tǒng)中作閉式循環(huán)。但作為冷、熱源的環(huán)境水不同，它們?cè)谙到y(tǒng)中是呈開式循環(huán)，水體來自環(huán)境，回歸環(huán)境，在機(jī)組中不斷被更換。當(dāng)水量較大時(shí)機(jī)組往往要承擔(dān)每天幾噸的污雜物負(fù)荷，同樣會(huì)引起堵塞問題。

    當(dāng)水質(zhì)較差或很差時(shí)，對(duì)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(fā)生堵塞，上述天然水體對(duì)換熱面污染造成的機(jī)組效率下降也是必須解決的。 

    為解決惡劣水質(zhì)對(duì)換熱設(shè)備及管路的堵塞與污染問題而進(jìn)行傳統(tǒng)意義上的水處理是不可行的，因?yàn)榧词共捎米詈?jiǎn)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(jià)值，況且在城區(qū)水處理工藝的占地也成問題。 

    本公司正是針對(duì)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(shù)

    發(fā)明專利：利用低位熱源供水顯熱進(jìn)行除霜的凝固潛熱型熱泵

    專利號(hào)：ZL 200610009617.5

    發(fā)明人：孫德興，張承虎，吳榮華。專利權(quán)人：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 

    發(fā)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(hào)：ZL 200610009618.X

    發(fā)明人：孫德興 張承虎。專利權(quán)人：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 

    發(fā)明專利：冷水凝固熱的采集裝置

    申請(qǐng)?zhí)枺?/span>200610009616.0

    發(fā)明人：孫德興，張承虎，吳榮華。專利權(quán)人：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 

    我國(guó)華北或以北地區(qū)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(jīng)不能被通常的水源熱泵所使用。另外，當(dāng)使用污水作熱源時(shí)，每萬(wàn)平方米建筑約需污水量100噸/小時(shí)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?jí)蛞粭澖ㄖ�采暖用；因此，很多想采用污水源熱泵系統(tǒng)的建筑者因附近找不到足量的污水水源而抱憾放棄。

經(jīng)常遇到的水源溫度過低，或者水量不足這兩個(gè)問題引發(fā)了提取冷水凝固熱的需求。一公斤水結(jié)冰時(shí)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(guó)廣大地區(qū)包括東北、西北嚴(yán)寒地區(qū)在嚴(yán)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(shí)，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(yīng)本棟樓采暖。  

專家介紹：

    原西德博士。哈爾濱工業(yè)大學(xué)教學(xué)名師、教授、博士生導(dǎo)師。哈工大學(xué)位委員會(huì)委員，暖通專業(yè)科學(xué)帶頭人。曾長(zhǎng)期擔(dān)任全國(guó)高等院校建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)副主任及該專業(yè)評(píng)估委員會(huì)副主任。已培養(yǎng)出博士十二名，碩士四十余名，主持或參加完成多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、黑龍江省科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目以及大量社會(huì)科技服務(wù)項(xiàng)目，發(fā)表科學(xué)論文百余篇，出版了獨(dú)著的高等傳熱學(xué)研究生教材。2003年主持技術(shù)建成世界首個(gè)原生污水源熱泵工程，研究的“城市污水熱能資源化”項(xiàng)目獲得“世界首創(chuàng)，國(guó)際領(lǐng)先”的鑒定評(píng)語(yǔ)。 

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)