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污水源热泵系统供热系统

污水源热泵系统,是利用城市原生污水资源作为热泵的冷、热源,通过热泵技术将污水中的低位热能,转换为高位热能进行供暖空调的系统。

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  •       哈工大金涛原生污水源热泵系统,是利用城市原生污水资源作为热泵的冷、热源,通过热泵技术将污水中的低位热能,转换为高位热能进行供暖空调的系统。

          污水在数量(水量)、质量(水温)及分布规律上(地理位置)具有明显优势,预计2011年我国污水排放量达800亿t/a,水温全年在10-25℃之间,按开发50%的水量计算,可供热空调的面积至少在5.5亿m2以上。另外,原生污水均匀的分布在城市地下空间,为因地制宜的有效利用及建设分散式的热泵供热空调系统创造了有利条件。

          由于污水的水质条件较差,利用过程中又是开式循环,悬浮物和杂质量迅速的积累过程,因此提取热量时需要解决防堵、防垢及低能耗运行等一系列问题,而这些问题会直接影响到系统效果、运行维护、投资和运行费用。

          系统工作原理

          从目前的技术发展水平看,基于污水的水质条件,采用间接式系统无论在初投资、运行维护成本和风险性与直接式系统都有相当明显的优势,正是鉴于这种优势,我公司基于间接式系统进行的开发与设计。系统工作时先将污水的热量通过污水专用换热器传递给清洁水,再由清洁水进入热泵机组,清洁水在污水换热器和热泵机组之间形成封闭循环,起中介热量传递作用,我们将其称之为“中介循环”,而污水自身循环称之为“污水循环”,末端系统循环水在热泵机组与末端散热设备之间循环则称之为“末端循环”。

          为此,污水热泵供热空调系统宏观上由三个子循环系统构成,即污水循环、中介循环和末端循环,热泵机组的内部还有一个热泵工质(例如氟利昂)循环,即热泵机组的工作过程,宏观上不显现。系统的主要设备包括污水泵、污水换热器、中介泵、热泵机组、末端泵。如图2所示,系统的工作过程如下:

          (1)首先,11℃左右的污水或地表水经过污水泵提升,在无堵塞高效换热技术条件下进入污水换热器进行换热,将一定温差范围内(5℃左右)的温差热量传递给清洁水,再以6℃左右排放至下游,实现污水循环。

          (2)然后,9℃左右的清洁水经中介泵输送,在配置合理有效状态下进入热泵机组进行释热,将从污水那里获取的热量传递给热泵机组,再以4℃左右再次进入污水换热器进行吸热,形成封闭循环,即中介循环。

          (3)最后,45℃左右的末端系统水经末端泵输送,同样在配置合理有效状态下进入热泵机组进行换热,将热泵机组从低温那里转化来的高温热量吸收,再以50℃左右进入末端散热设备将热量释放给建筑空间,实现末端循环。

          其中的技术关键是污水的高效换热循环,以及各子循环的有效匹配,实现系统的低能耗运行,达到真正节能环保的目的。

          以原生污水热泵供热为例,如图1所示,其运行模式为:冬季11℃左右的原生污水进入热泵系统,变为6℃左右后返回,留下了5℃左右的低位温差热能,该热能为系统供热量的80%,热泵工质经蒸发、压缩与冷凝进行低、高位热量转换,同时消耗相当于供热量的20%的能量,并将这100%的供热量(50℃左右)传递给末端散热介质,末端散热介质再将这100%的供热量释放到房间,满足室内20℃以上的热环境。制冷空调时为上述过程的逆过程,但工况不同。

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