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阅读 4413 次 污水源热泵系统工程应用技术

摘要:采暖与空调是能耗大湖,而且大部分是在消耗煤、油、气等化石能源。在能源高度紧张的今天,为暖通空调寻找非化石的替代能源,节能减排,势在必行。...

污水源热泵系统工程应用技术

哈尔滨工业大学   孙德兴

1、经济效益

    1.1初投资

    污水源热泵系统系一机三用:夏季空调,冬季供暖,全年供热水。其投资额度与传统的集中空调系统持平或略高,但可省下普通系统冬季必备的热网入网或锅炉房费用,以及大量的占地空间。还可省下普通空调系统所需的冷却塔。总体估算节约初投资30%左右。

    1.2运行费用

    夏季空调时由于污水对机组的冷却效果要好于冷却塔,故机组的COP值高于传统系统,夏季约可节电10%

    假如可享用民用电价,则冬季采暖的运行费用将比热网或锅炉房燃煤系统低20-40%

2、技术关键

    与制冷技术同生共存,热泵主机早已是成熟的设备。这种既节能又环保的设备一百多年来并没有在供热中占据主流位置,其原因并不在机组本身。简要地说,原因在于热泵好,源难找。空气源在北方严寒地区已无可能,而水源的使用则必须解决在取、排热过程中较差甚至恶劣水质对换热设备的堵塞与污染问题。

    城市污水渠中的原生污水很显然是污水,其固体污杂物含量为0.2-0.4%上下,主要成分为烂菜叶、泥沙、粪便、以及少量的塑料片、纱布条、头发丝等。假设为某一万平方米的建筑提供冷、热源,约需水量100立方米/小时。则任何水的预处理设备都必须承担约300kg/小时的污杂物负荷。这个污杂物数量足以在几分钟内把任何传统的过滤面堵死。

    江河湖海等天然水的水质虽然比城市污水好很多,但对换热设备而言,它们也只能被看作是污水(山区非常清澈的河水除外)。一般空调机组中的载热介质均是闭式水,即已被精密处理成优良水质固定量的水在系统中作闭式循环。但作为冷、热源的环境水不同,它们在系统中是呈开式循环,水体来自环境,回归环境,在机组中不断被更换。当水量较大时机组往往要承担每天几吨的污杂物负荷,同样会引起堵塞问题。

    当水质较差或很差时,对换热表面的污染也是不可避免的。污染带来的直接影响是换热热阻增大,换热效果降低。即使未发生堵塞,上述天然水体对换热面污染造成的机组效率下降也是必须解决的。 

    为解决恶劣水质对换热设备及管路的堵塞与污染问题而进行传统意义上的水处理是不可行的,因为即使采用最简单的水处理工艺,其处理成本也要大大地高于热泵从水中取热与取冷的价值,况且在城区水处理工艺的占地也成问题。 

    本公司正是针对水源水引起换热面的堵塞与污染问题取得了大量成果。

3、提取冷水凝固潜热技术

    发明专利:利用低位热源供水显热进行除霜的凝固潜热型热泵

    专利号:ZL 200610009617.5

    发明人:孙德兴,张承虎,吴荣华。专利权人:哈尔滨工业大学 

    发明专利:基于壁面弹性变形剥冰提取凝固潜热制取流体冰的方法

    专利号:ZL 200610009618.X

    发明人:孙德兴 张承虎。专利权人:哈尔滨工业大学 

    发明专利:冷水凝固热的采集装置

    申请号:200610009616.0

    发明人:孙德兴,张承虎,吴荣华。专利权人:哈尔滨工业大学 

    我国华北或以北地区冬季的地面水是要封冻的,冰面以下的水已接近0℃。显然它已经不能被通常的水源热泵所使用。另外,当使用污水作热源时,每万平方米建筑约需污水量100/小时以上;一般而言,7-10栋建筑排放生活污水中所含可开采热能始够一栋建筑采暖用;因此,很多想采用污水源热泵系统的建筑者因附近找不到足量的污水水源而抱憾放弃。

经常遇到的水源温度过低,或者水量不足这两个问题引发了提取冷水凝固热的需求。一公斤水结冰时释放的凝固热为80千卡,而一公斤水降温一度人们才获取1千卡热量。  

    上述专利已使我国广大地区包括东北、西北严寒地区在严寒的冬季有了取之不尽,用之不竭的水源热源,所有天然水体封冻表面以下的江、河、湖水全都可以成为水源热泵的热源。在采用城市污水作热源时,也将不再存在建筑物附近水量不足的问题。用提取凝固热的方法,本栋楼排放生活污水中所含的热能将可绰绰有余地供应本栋楼采暖。  

专家介绍:

    原西德博士。哈尔滨工业大学教学名师、教授、博士生导师。哈工大学位委员会委员,暖通专业科学带头人。曾长期担任全国高等院校建筑环境与设备专业指导委员会副主任及该专业评估委员会副主任。已培养出博士十二名,硕士四十余名,主持或参加完成多项国家自然科学基金、黑龙江省科学计划项目以及大量社会科技服务项目,发表科学论文百余篇,出版了独著的高等传热学研究生教材。2003年主持技术建成世界首个原生污水源热泵工程,研究的城市污水热能资源化项目获得世界首创,国际领先的鉴定评语。 

(本文来源:陕西省土木建筑学会  文径网络:文径 尹维维 编辑  刘真 审核)

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