污水源热泵技术及其性能仿真

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1、污水源热泵技术及其性能仿真摘要：本文简要介绍污水源热泵的特点、工作原理及分类。本文将污水源热泵系统与地下水水源热泵系统、燃气锅炉供热+普通空冷空调供冷相结合的供能方式进行了比较，结论如下：在投资有效期内(按20年考虑)，综合比较3种方案的费用，污水水源热泵系统的总运行费用最少。此外，根据建立的稳态水—水热泵机组模型，模拟了机组在污水量和温度不同的情况下，机组各项性能指标的变化，结果表明，对任一机组，污水流量存在一个最佳值，当超过该值时机组，性能不再随其而变化。关键词：污水源热泵仿真机组性能COP1、前言在当今，可

2、持续发展已经成为热门话题，环境因素作为可持续发展三要素之一，已引起各个方面的关注。可持续发展意味着维护、合理使用并且提高自然资源基础，意味着在发展计划和政策中纳入对环境的关注和考虑。用热泵系统回收城市污水中的热能，既开发了一种清洁能源，同时又降低了城市废热的排放，保护了环境。开展城市污水热能利用技术的研究，是一项具有节能和环保意义的应用技术研究。污水源热泵是利用污水处理厂出水量大，水质稳定，常年温度在13至25摄氏度等特点，以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调装置。污水源热泵具有热量输出稳定、COP值高、换

3、热效果好、机组结构紧凑等优点，是实现污水资源化的有效途径。污水源热泵比燃煤锅炉环保，污染物的排放比空气源热泵减少40%以上，比电供热减少70%以上。它节省能源，比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃煤锅炉节省1/2以上的燃料。由于污水源热泵的热源温度全年较为稳定，其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40%左右，其运行费用仅为普通中央空调的50%~60%。因此，污水源热泵有着广阔的应用前景，但其使用还需解决以下问题：清洁技术的选择、系统形式的选择、污水源水温、流量的问题以及其保证性和经济性问题。2、污水源热泵工作

4、原理及分类污水源热泵的技术状况和经济性与热源/热汇的特点密切相关。对热泵系统来说，理想的热源/热汇应具有以下特点：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/热汇的性质是决定其使用的关键[1]。污水源热泵采用污水作为水源热泵的热源/热汇，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

5、与热泵一起使用为区域供热供冷提供一种理想的热源/热汇。污水源热泵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/热汇的污水源热泵系统和以二级出水或中水作为热源/热汇的污水源热泵系统；根据污水与热泵的热交换

6、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[2]；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。3、与其他热泵系统的简单比较将污水热能利用系统与地下水水源热泵系统和燃气锅炉供热+普通空冷空调供冷相结合的供能方式进行了比较，其结论见表1。表1三种供能方式的经济比较(元/kw)项目污水热泵系统地下水热泵系统燃气＋空冷空调设备投资计增容费1298.851544.241684.97不计增容费1065.43

7、1310.82469.98年运行费用计增容费168.59253.59480.43不计增容费188.95233.23374.48年运行成本94.40130.30204.37从设备投资上看:在计增容费的情况下，污水热能利用系统最少，为地下水热泵系统的84.10%，为燃气+空冷空调系统的77.08%；在不计增容费的情况下，污水热能利用系统的设备投资为地下水水源热泵系统的81.32%，为燃气+空冷空调系统的227.08%。从年运行费用上看：燃气+空冷空调系统的运行费用最高，地下水水源热泵系统次之，污水水源热泵系统为最低。

8、3种供能方式的年运行成本以污水热能系统最低，仅为燃气+空冷空调系统的46.19%，为地下水热泵系统的72.50%。在投资有效期内(按20年考虑)，综合比较3种方案的费用，污水水源热泵系统的总运行费用大约是地下水水源热泵系统的70%左右，是燃气+空冷空调系统运行费用的45%左右。由此可见，污水水源热泵系统比其它两方案更具经济性。总的来说，污水热能利用系统的经济性是十分显著的