中央空调技术--城市污水源热泵系统

三、技术特点与优势
（一）技术特点
城市污水源热泵中央空调技术的技术状况和经济性与热源的特点密切相关。对热泵系统来说，理想的热源应具有以下特点：在供热季有较高且稳定的温度，可大量获得，不具有腐蚀性或污染性，有理想的热力学特性，投资和运行费用较低。在大多数情况下，热源的性质是决定其使用的关键。
污水源热泵空调技术采用污水作为水源热泵的热源，它具有以下特点：产生量大，几乎全年保持恒定的流量；夏季温度低于室外温度，冬季高于室外温度，而且在整个供暖季和供冷季，水温波动不大；含有大量的热能，据估计，城市社区产生的废热40%含在污水中。因此，污水与热泵一起使用为区域供热供冷提供一种理想的热源。
污水源热泵空调系统其供暖系统原理和普通水源热泵相同，主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流机构构成一个最简单的蒸汽压缩式热泵装置作为供热系统的热源。它通过蒸发器从污水中吸取热量Qe，在冷凝器中放出热量Qc（Qc=Qe+W）供给供热系统。这种供热系统只要消耗少量的电能W,便可得到满足房间供热所需要的热量Qc。
污水源热泵空调系统按照其使用的污水的处理状态可分为以未处理过的污水作为热源的污水源热泵系统和以二级出水或中水作为热源的污水源热泵系统；根据污水与热泵的热交换部分是否直接进行热交换，可分为间接利用系统和直接利用系统；从工况转换方式上看，大体可分为两种：一种是通过四通换向阀的换向来实现制热工况和制冷工况的转换；另一种是水切换式，即通过阀门改变水流方向来实现工况转换。
（二）节能减排优势
污水源热泵中央空调技术的节能效果，首先表现在一次能源利用效率上。由于城市污水温度比室外空气温度、地下/表水温度、土壤温度、海水温度等更有利于减小热泵制冷热力循环温区，从而使得污水源热泵空调技术的制热和制冷性能都高于其它热泵系统，其节能效果和运行费用也较其它冷热源具有更大的优势。其次体现在节约空调冷却水方面。在夏季空调运行时，由于污水源热泵空调技术不需要常规空调冷却塔，而采用城市污水直接或间接带走热泵机组在实现建筑空调降温时所产生的大量冷凝热，从而节省了大量的冷却水资源，具有显著的节约水资源的效果。
污水源热泵空调技术的减排效果主要体现在以下两个方面。首先，减少了CO2、SO2、NOx、粉尘等污染物的排放量，具有显著的减少大气污染、减少温室气体排放的环境效益。其次，污水源热泵空调技术在夏季具有较大的建筑物废热减排效果。夏季，大量的建筑内部废热通过不同的形式排向建筑室外环境，加剧了城市热岛效应。研究表明，城市内部环境温度比城市周围环境温度高1-5oC甚至10oC以上，城市热岛效应加剧了城市高温出现的频率和高温灾害，不仅恶化了城市环境，而且又反过来增大了建筑空调负荷和空调耗电，造成民众生活、城市建筑和城市环境的恶性循环。污水源热泵空调技术在夏季可以将大量的建筑内部废热直接排放到城市污水中、而不是通过冷却塔或空调室外机组排放到建筑室外环境中，具有显著地降低城市“热岛效应”的废热减排效果。

四、问题分析
污水取水和换热是污水源热泵空调技术中的关键问题。在污水取水技术上，我国已形成具有自主知识产权的多种污水取水技术，成功地解决了城市原生污水和污水厂二级处理污水取水问题。在污水换热技术上，我国则刚刚起步，许多问题亟待解决。 ehvacr.com
首先，从污水换热器结构设计的角度，由于城市污水的非牛顿特性和复杂性，其黏度特性的测定非常困难，污泥污垢导热性能也难以测试，因此增加了污水换热器的设计难度，在设计污水换热器时目前只能进行估算，黏度取清水的10倍以上。
其次，从污泥污垢对换热性能的影响看，由于污水中小尺度污杂物浓度高，极易在换热管内外表面沉积形成粘性污泥层，一台新的污水换热器在实际运行1周后，污泥层热阻将达到最大值，此时人们在换热管及强化换热技术方面所做的任何努力都毫无意义；另外，根据对已运行多年的具有中介水系统的污水源热泵系统的现场测试发现，夏季运行时污水和中介水之间的换热温差高达15℃以上，这也说明了换热器污水侧污泥污垢淤积严重，这也导致夏季热泵机组冷却水(即中介水)平均温度过高，有的高达45℃，远远高于当地湿球温度，这样夏季污水源热泵实际运行能耗将高于冷却塔冷却的制冷系统。
再次，从国内外现有强化换热技术看，污水侧换热管内置毛刷和弹簧的清污方法尽管提高了污水换热效率，但也增加了内置物被污泥粘住、发生换热管路堵塞的问题;循环流化床除污和强化换热技术也存在长期运行后清污小球是否被污泥粘住、不能继续工作的问题。而对于城市污水在管外强化换热的问题，目前国内外基本处于空白状态。
另外，从污水源热泵技术发展过程中人们的工作重点看，人们普遍重视该技术工程应用类问题的研究和开发，而对污水取水换热过程中污水流动特性、污泥污垢生长和去除、污水换热和强化换热等关键基础性问题的研究仅处于刚刚起步阶段，而该类问题的研究和解决必将是解决上述工程应用问题的前提和基础。 因此，污水换热器污水侧除污与强化换热是目前污水源热泵技术在解决稳定取水问题后，又一个迫切需要解决的关键问题，它直接关系到污水源热泵空调技术在全年运行能耗的高低，关系到该项技术的实际节能效果，关系到污水换热设备结构大小和设备投资，关系到污水源热泵空调技术进一步的推广应用。

五、结语
城市污水源热泵中央空调技术因其各方面的优势显著，是当前各类热泵技术发展和应用前景最被看好的一种。开发利用城市污水低位热能资源，降低建筑冬季采暖、夏季空调和生活热水供应对燃料能源资源的消耗，对促进我国建设节约型社会、节约能源、保护环境具有重要的社会发展意义，对促进人与建筑、人与城市环境、建筑与环境的和谐并存和可持续发展具有重要的建筑科学学术发展意义。