熱泵是一種可以利用低溫熱源，以少量的電能轉(zhuǎn)換出多于電能本身數(shù)倍熱量的裝置。它是利用壓縮機驅(qū)動管道內(nèi)的制冷劑循環(huán)流動，不斷的蒸發(fā)冷凝，通過制冷劑溫差吸熱和壓縮機壓縮制熱后，把外界的熱量源源不斷地聚集起來。
2.什么是污水源熱泵？
污水源熱泵，是利用污水（城市原生污水，二級污水，江、河、湖水）資源作為熱泵的冷、熱源，通過熱泵技術(shù)將污水中的低品位熱能，轉(zhuǎn)換為高品位熱能的裝置。
3.哈爾濱工大金濤污水源熱泵系統(tǒng)工作原理？
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(shù)回收或提取污水中的低溫熱能，其中污水包括市政管網(wǎng)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(zhì)條件較差，利用過程中又是開式循環(huán)，懸浮物和雜質(zhì)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(tǒng)的運行效果、運行維護、投資、運行費的相關(guān)問題。
為應(yīng)對污水或地表水水質(zhì)條件，目前的系統(tǒng)多采用間接式系統(tǒng)。先將污水或地表水的熱量傳遞給清潔水，再由清潔水進入熱泵機組，清潔水在污水換熱器和熱泵機組之間形成封閉循環(huán)，起中介熱量傳遞作用，我們將其稱之為“中介循環(huán)”，而污水或地表水的自身循環(huán)稱之為“污水或地表水循環(huán)”，末端系統(tǒng)循環(huán)水在熱泵機組與末端散熱設(shè)備之間循環(huán)則稱之為“末端循環(huán)”。
為此，污水與地表水熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)宏觀上由三個子循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成，即污水循環(huán)、中介循環(huán)和末端循環(huán)，熱泵機組的內(nèi)部還有一個熱泵工質(zhì)（例如氟利昂）循環(huán)，即熱泵機組的工作過程，宏觀上不顯現(xiàn)。系統(tǒng)的主要設(shè)備包括污水泵、污水換熱器、中介泵、熱泵機組、末端泵。如圖2所示，系統(tǒng)的工作過程如下：
圖1 污水熱泵供熱空調(diào)工藝流程示意圖
（1）首先，11℃左右的污水或地表水經(jīng)過污水泵提升，在無堵塞高效換熱技術(shù)條件下進入污水換熱器進行換熱，將一定溫差范圍內(nèi)（5℃左右）的溫差熱量傳遞給清潔水，再以7℃左右排放至下游水源處，實現(xiàn)污水循環(huán)。
（2）然后，9℃左右的清潔水經(jīng)中介泵輸送，在配置合理有效狀態(tài)下進入熱泵機組進行釋熱，將從污水那里獲取的熱量傳遞給熱泵機組，再以4℃左右再次進入污水換熱器進行吸熱，形成封閉循環(huán)，即中介循環(huán)。
（3）最后，45℃左右的末端系統(tǒng)水經(jīng)末端泵輸送，同樣在配置合理有效狀態(tài)下進入熱泵機組進行換熱，將熱泵機組從低溫那里轉(zhuǎn)化來的高溫熱量吸收，再以50℃左右進入末端散熱設(shè)備將熱量釋放給建筑空間，實現(xiàn)末端循環(huán)。
其中的技術(shù)關(guān)鍵是污水或地表水的高效換熱循環(huán)，以及各子循環(huán)的有效匹配，實現(xiàn)系統(tǒng)的低能耗運行，達到真真節(jié)能環(huán)保的目的。
以原生污水熱泵供熱為例，如圖1所示，其運行模式為：冬季11℃左右的原生污水進入熱泵系統(tǒng)，變?yōu)?/span>6℃左右后返回，留下了5℃左右的低位溫差熱能，該熱能為系統(tǒng)供熱量的75%，熱泵工質(zhì)經(jīng)蒸發(fā)、壓縮與冷凝進行低、高位熱量轉(zhuǎn)換，同時消耗相當于供熱量的25%的能量，并將這100%的供熱量（50℃左右）傳遞給末端散熱介質(zhì)，末端散熱介質(zhì)再將這100%的供熱量釋放到房間，滿足室內(nèi)20℃以上的熱環(huán)境。制冷空調(diào)時為上述過程的逆過程，但工況不同。
4.污水源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是什么？
污水與地表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(huán)子系統(tǒng)內(nèi)，妥善地解決好污水循環(huán)是系統(tǒng)的關(guān)鍵換熱技術(shù)，而三個循環(huán)子系統(tǒng)的合理有效匹配是保證系統(tǒng)高效低能耗運行的另外一個關(guān)鍵配置技術(shù)。
（1）防堵塞。未處理原生污水中含有大尺度懸浮物，包括纖維狀的發(fā)絲類、紙屑類、藻狀類，普通的換熱設(shè)備是根本無法承受的。而實踐證明：已處理污水和地表水中的懸浮物含量相對較少，盡管與未處理原水不在同一數(shù)量級，但隨著運行時間增長，堵塞問題也立即突現(xiàn)，原水的堵塞時間為1~3d，而地表水則為7~10d。圖4是未處理原生污水的堵塞現(xiàn)象，圖5是已處理污水的堵塞狀況。
圖3 未處理原生污水的堵塞現(xiàn)象
圖4 已處理污水的堵塞狀況
（2）非清潔。污水（未處理原生水）中含有大量的小尺度懸浮固體、油類，以及溶解與非溶解化合物，很容易造成換熱面的“瞬時污染”（2~3d），換熱器內(nèi)換熱面上的軟垢增長速度快，成分復雜（油膜、生物膜、顆粒等粘泥），嚴重地增大熱阻，降低傳熱效果，并增大流動阻力，使流量減少，換熱工況嚴重惡化。
已處理污水與地表水（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(huán)，小時流量數(shù)百至上千立方米，污染成迅速的累積過程，易“短時污染”（7~10d），因此對熱泵系統(tǒng)或換熱過程也是“非清潔”的水源。圖6是某地表水源熱泵工程換熱器熱熱量衰減幅度圖。
圖6 某地表水源熱泵工程換熱器熱熱量衰減幅度圖
（3）小溫差。我國大部分地區(qū)的冬季時段，污水水溫15℃以下，地表水7℃以下，渤海與黃海近海域水溫3℃左右，提取水源的顯熱熱能溫差在2~6℃范圍內(nèi)。這使得換熱設(shè)備的傳熱溫差非常小，例如污水15℃降至10℃，中介介質(zhì)由6℃升至11℃，則平均傳熱溫差4℃左右；若海水由3℃降至0℃，中介介質(zhì)由-2℃升至1℃，則平均傳熱溫差2℃左右。
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(shè)備的數(shù)量，這不僅加大系統(tǒng)的建設(shè)投資，而且又增加了換熱器的維護工作量。
防堵塞是系統(tǒng)的基本功能要求，污水循環(huán)若不具備防堵的能力，則系統(tǒng)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(tǒng)的經(jīng)濟性和維護操作的難易程度與工作量。
目前的污水熱泵系統(tǒng)中的污水循環(huán)有兩類實施途徑，一類是功能型的，一類是高效型的，功能型是指僅達到了使用的目的，高效型則是從本質(zhì)上適應(yīng)污水。
第一，采取高效防堵技術(shù)，例如污水熱泵防堵機，再利用現(xiàn)有的換熱器技術(shù)加以適當改造后的換熱器，采取定期清洗污水換熱器作為防垢處理的措施，即防堵機加普通換熱器。這是功能型的，是因為換熱器不具備防堵能力，故此加設(shè)了防堵過濾設(shè)備，而現(xiàn)有的換熱技術(shù)都是針對清水的，適當?shù)母脑靵磉m應(yīng)污水也只是一種應(yīng)對措施。這勢必造成經(jīng)濟效益不明顯，包括初投資和運行費，例如哈爾濱望江賓館，哈爾濱太古商城。
第二，直接利用防堵型高效換熱裝置，不設(shè)置任何過濾措施，采用非常簡單的清洗維護方案，以降低系統(tǒng)投資，提高換熱效率，還使得系統(tǒng)的工藝流程簡單，設(shè)備占地減小，具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，完全達到了較傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省投資和運行費用30%以上的經(jīng)濟指標。例如哈工大南園餐廳，首都機場東污水處理廠。
5.哈爾濱工大金濤科技股份有限公司是如何解決污水源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題的？
哈爾濱工大金濤科技股份有限公司采用了自主研發(fā)的流道式污水源專用高效換熱器解決了污水源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題。
6.哈工大金濤污水專用換熱器工作原理，具體特點？
工作原理：污水與中介水在換熱器內(nèi)以純逆流的換熱方式換熱。
具體特點：根據(jù)污水的特點，特殊設(shè)計了換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，無需任何前置水處理，即可通過污水中任意大小的懸浮物或顆粒。該換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，抗污染，容易清洗維護的優(yōu)點，是污水源熱泵系統(tǒng)最合理、最有效的換熱方式之一。
1、專利流道設(shè)計：采用了獨特的單通流道，保證足夠大的流通面積，最大限度的減少了污雜物的堵塞概率，同時在流道內(nèi)保持合理的流速，使流體具有足夠的攜帶能力，避免污垢在換熱表面產(chǎn)生沉積，影響換熱能力。另外，由于單通流道設(shè)計，使換熱器的清洗工作相對得以簡化。
2、防腐涂層設(shè)計：根據(jù)原生污水的水質(zhì)特性，采用專用的涂層技術(shù)，對換熱器的基體進行保護，在防腐蝕的同時，保證換熱器的換熱性能。而且防護涂層還兼具陰極保護功能，可進一步對換熱器基體進行保護。
7.什么是熱泵能效比？
熱泵的制熱量與消耗功率的比值。
8.污水源熱泵系統(tǒng)能效比高低決定因素是什么？
1、取決于熱泵的性能。2、取決于運行工況。3、取決于污水換熱器的換熱效率。4、取決于系統(tǒng)中熱泵與水泵的合理選配。
9.利用污水源熱泵系統(tǒng)時應(yīng)注意哪些方面？
1、在采用污水源熱泵系統(tǒng)之前，必須根據(jù)水源的實際情況進行可行分析和研究。適用原則：水量充足，水溫適當，供水穩(wěn)定。
2、選擇理想的熱泵主機。因為主機是整個系統(tǒng)的核心，它的質(zhì)量的好壞直接影響這個系統(tǒng)的可靠性和使用效果。
3、各種輔助設(shè)備和材料要合理匹配。
10.污水源熱泵系統(tǒng)是如何進行設(shè)計的？
首先根據(jù)建筑物的功能和使用要求，計算出系統(tǒng)的冷熱負荷，并確定系統(tǒng)的冷、熱源及空調(diào)系統(tǒng)的運行方式。污水源熱泵系統(tǒng)常用的系統(tǒng)方式是：“一機一泵”，即一臺主機關(guān)聯(lián)一臺污水泵，一組換熱器，一臺中介水泵，一臺循環(huán)水泵以及電氣控制設(shè)計。在設(shè)計時，把整個系統(tǒng)中所有相關(guān)聯(lián)的設(shè)備作為一個系統(tǒng)工程來考慮，并對系統(tǒng)整體和流程進行優(yōu)化，對設(shè)備選型、功效、數(shù)量、質(zhì)量、價格進行優(yōu)化，對選購材料質(zhì)量、數(shù)量、價格進行優(yōu)化，對污水引退水系統(tǒng)進行優(yōu)化。
11.污水源熱泵系統(tǒng)的特點是什么？
1、污水處理最大，水源穩(wěn)定。主要來源為生活污水，集中排放。
2、污水冬暖夏涼。長期測量的數(shù)據(jù)表明，城市污水中具有較大的熱量。北京地區(qū)冬天污水溫度在13℃至17℃，高出日常氣溫20～30℃；夏天，污水水溫為22℃至25℃，又比日常氣溫低了10℃。
3、全年的水溫變化幅度較小。對北京地區(qū)而言，1月份和8月份的大氣溫差在40℃，河水的溫差均在25℃，而城市污水的溫差只有12℃，溫度變化幅度較小，因而可在全年獲得比較穩(wěn)定的水溫，可作為穩(wěn)定的冷熱源。
4、受氣候影響小。例如太陽能就不能在夜間不能加以利用，而且還受陰天下雨等氣候因素的影響，可以說是一種不穩(wěn)定的熱源。還有空氣源熱泵系統(tǒng)，因為室外氣溫在一天當中波動較大，所以也是一種不穩(wěn)定的熱源。城市污水受氣候影響非常小，在設(shè)備配置和系統(tǒng)運行上都非常安全可靠。
5、節(jié)能與環(huán)保潛力巨大，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(tǒng)能耗模式如圖3所示。使電能的利用率提高到4倍，若按火力發(fā)電0.33的效率計算，系統(tǒng)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(diào)系統(tǒng)的一次能源的節(jié)能幅度達45%以上。同時，CO2、NOx、SO2及粉塵的排放量也相應(yīng)減少45%以上。另外，就具體項目本身而言，由于一套系統(tǒng)冬夏兩用，全年供應(yīng)衛(wèi)生熱水，具有顯著的經(jīng)濟效益。較燃煤鍋爐加冷水機組、城市熱網(wǎng)加冷水機組、直燃機組等供熱空調(diào)方式相比，節(jié)省初投資及運行費用均在25%以上。
圖2污水熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)能耗模式示意圖
12.污水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢是什么？與普通水源熱泵的比較?
我國北方地區(qū)，冬季采暖主要是依靠煤、石油、天然氣等石化燃料的燃燒來獲得。采暖與環(huán)保成為一對難以解決的矛盾。城市污水是北方寒冷地區(qū)不可多得的熱泵冷熱源。它的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，這種溫度特性使得污水源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高，節(jié)能和節(jié)省運行費用效果顯著。
在供熱空調(diào)領(lǐng)域里，當前研究和應(yīng)用的可再生性清潔能源系統(tǒng)包括太陽能供熱及吸附或吸收式制冷系統(tǒng)、土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)以及工企業(yè)的余熱回收熱泵系統(tǒng)等等，這幾種低位能源的應(yīng)用目前還存在一些問題與局限性：
（1）空氣源熱泵在以供暖為主的寒冷地區(qū)受到室外溫度的限制，能源利用效率很低，在以制冷空調(diào)為主的熱帶或亞熱帶地區(qū)不可避免地給城市區(qū)域帶來熱島效應(yīng)。另外，空氣熱容量小，機組容量及項目規(guī)模受到限制。
（2）地下水源熱泵存在的主要問題是：我國水資源貧乏，地下水作為可再生性冷熱源受到水資源保護等問題的限制，井水回灌技術(shù)要求高，不合理的成規(guī)模應(yīng)用可能引發(fā)環(huán)境地質(zhì)問題，另外還有水井枯竭、老化等。
（3）土壤源熱泵系統(tǒng)傳熱效率低，埋管數(shù)量與占地空間很大，初投資高，在住宅密集度、容積率高的繁華城市區(qū)域內(nèi)受到地理條件限制，機組裝機容量要小，目前還難以實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
（4）太陽能與日照時間及晝夜變化有關(guān)，需要附輔熱源或蓄能系統(tǒng)，太陽能集熱器初投資很大，目前建筑用能還很難承當，僅限于太陽能熱水器的使用，另外太陽能制冷系統(tǒng)還處于研制開發(fā)階段。
（5）對于回收工企業(yè)余熱的熱泵系統(tǒng)，通常需要具體的定量設(shè)計，如何保證系統(tǒng)的真真節(jié)能，需要基于可靠的系統(tǒng)設(shè)計方法和先進的控制技術(shù)。
13.水源熱泵在利用污水換熱的歷史發(fā)展有哪幾個階段？各自的應(yīng)用情況？
第一階段：利用防阻機過濾原生污水，過濾后的污水進入一般的板換換熱。過濾效果差，易堵塞換熱器。
第二階段：原生污水直接進入專用污水換熱器換熱。無堵塞，連續(xù)使用效果好。
14.現(xiàn)代節(jié)能建筑的系統(tǒng)供水溫度是多少？（分別就地熱和風盤的采暖方式談）
地熱采暖的建筑系統(tǒng)供水溫度為35～40℃；風盤采暖的建筑系統(tǒng)供水溫度為：50～55 ℃。
15.北方地區(qū)污水源熱泵的基本運行工況是多少？（即冷凍水的進出水溫度是多少？）
冷凍水的進水溫度在6～9℃ ；出水溫度在3～6℃。
16.污水熱泵系統(tǒng)的換熱溫差指什么？
是指換熱器內(nèi)，中介水進出水溫度與污水的進出水溫度的對數(shù)平均溫差或算術(shù)平均溫差。
17.哈工大金濤污水專用換熱器維護周期是多久？
一個采暖季為一個維護周期。
18.污水源熱泵系統(tǒng)中水泵選擇需要注意什么？
中介水泵的選擇要考慮換熱器的阻力，揚程應(yīng)加安全系數(shù)；污水泵的選擇流量要大些，因為考慮到污水的粘滯性。
19.污水取水的基本方案是？
在干渠的取水處建方涵，然后在干渠上開孔與引水管連通至泵坑，此處的引水管應(yīng)不小于3‰的坡度。
20．應(yīng)用污水源熱泵的意義有哪些？
供熱空調(diào)的能源消耗占社會總能耗的比例大達30%，而環(huán)境污染的20%也是由供熱空調(diào)燃煤引起的。因此，采用熱泵技術(shù)，開發(fā)低位的、可再生的清潔能源用于建筑物的供熱空調(diào)意義重大，是建筑節(jié)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(yè)余熱及城市污水等等。其中污水在數(shù)量（水量）、質(zhì)量（水溫）及分布規(guī)律上（地理位置）具有明顯優(yōu)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(fā)50%的水量計算，可供熱空調(diào)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(shè)分散式的熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。而地表水源在南方水源豐富的地區(qū)以及沿海城市更具有廣闊的應(yīng)用前景。
21．污水源熱泵在我國各地應(yīng)用的分布情況？
黑龍江省：佳木斯、牡丹江。吉林?。核钠绞小⑼ɑ?。遼寧省：大連。北京市，天津市。河北?。菏仪f。內(nèi)蒙古：包頭市。山西省：臨汾。
COD5≤350mg/L BOD5≤200mg/L
SS ≤250mg/L NH4—N≤35 mg/L
TN ≤45mg/L TP ≤5.0mg/L
COD（化學需氧量，ChemicalOxygenDemand）區(qū)別：COD,化學需氧量是以化學方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質(zhì)的量。水樣在一定條件下，以氧化1升水樣中還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑的量為指標，折算成每升水樣全部被氧化后，需要的氧的毫克數(shù)，以mg/L表示。它反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度。該指標也作為有機物相對含量的綜合指標之一。
BOD（Biochemical Oxygen Demand的簡寫）：生化需氧量或生化耗氧量。BOD，生化需氧量（BOD）是一種環(huán)境監(jiān)測指標，主要用于監(jiān)測水體中有機物的污染狀況。一般有機物都可以被微生物所分解，但微生物分解水中的有機化合物時需要消耗氧，如果水中的溶解氧不足以供給微生物的需要，水體就處于污染狀態(tài)。BOD才是有關(guān)環(huán)保的指標！
SS：指懸浮在水中的固體物質(zhì)，包括不溶于水中的無機物、有機物及泥砂、黏土、微生物等。水中懸浮物含量是衡量水污染程度的指標之一。懸浮物是造成水渾濁的主要原因。水體中的有機懸浮物沉積后易厭氧發(fā)酵，使水質(zhì)惡化。中國污水綜合排放標準分3級，規(guī)定了污水和廢水中懸浮物的最高允許排放濃度，中國地下水質(zhì)量標準和生活飲用水衛(wèi)生標準對水中懸浮物以渾濁度為指標作了規(guī)定。
NH4—N：氨氮：動物性有機物的含氮量一般較植物性有機物為高。
TN:總氮指有機氮和無機氮的總和。無機氮包括氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。
TP：總磷，在天然水和廢水中，磷幾乎都以各種磷酸鹽的形式存在，它們分為正磷酸鹽，綜合磷酸鹽（焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽）和有機結(jié)合的磷酸鹽。水是磷的測定，通常按其存在的形式，而分別測定總磷、溶解性下磷酸鹽和總?cè)芙庑粤住?/span>
23．污水源熱泵在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀？
國外（挪威、瑞典、日本等）從上世紀70-80年代開始建設(shè)大型熱泵系統(tǒng)，包括污水源（已處理污水）、地表水源（河水、江水）、海水源熱泵等，實例很多，規(guī)模也很大，熱泵機組的裝機負荷達50MW以上。近幾年，我國開始大量推廣應(yīng)用熱泵技術(shù)，包括土壤源、地下水源、地表水源、污水源等，其中水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用開始向大規(guī)?；l(fā)展，尤其是污水廠污水源與地表水源，由于水量集中，水量大，熱泵集中區(qū)域供熱供冷的建筑面積由幾萬㎡到幾十萬㎡，甚至上百萬㎡。
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