我国典型再生水源热泵工程调查分析

　　前言
　　城市污水中所赋存的热能是一种公认的尚未有效开发和利用的清洁能源，利用热泵技术可以回收城市污水中不能直接利用的低品位能量。城市污水源热泵具有节能、环保、节水和减少温室气体排放等诸多优点，属高效利用可再生能源技术的产品，可以大大降低一次能源的消耗。
　　1978年，原苏联的扬图夫斯基等人首次对河水、污水、海水的热能利用进行了研究探讨，提出利用莫斯科河水作为热泵热源进行区域供热的方案，并从宏观角度分析了水源热泵系统(包括污水源热泵)的应用价值和前景[1]。20世纪80年代开始，日本、瑞典、挪威等供热发达国家对再生水源热泵开始了相关的应用研究及实践，并建立了一批大型热泵站。
　　我国的污水源热泵技术推广应用起步较晚，但是势头很好。目前在北京、沈阳、河北、山东、大连等地均建立了再生水源热泵项目。但是与国外的大型热泵站相比，我国已投入使用的再生水源热泵系统大多比较小，而且一些项目采用了国外的核心技术。此外，国内对再生水源热泵系统的可行性、经济性、环保性的研究比较多，对实际工程应用研究很少，对于再生水源热泵的系统设计及运行经验也相当缺乏。本文将对我国20个典型的再生水源热泵工程进行调查分析和总结，讨论工程中出现的问题，并给出建议，从而为实际工程设计、运行管理提供有益的参考。
　 　再生水源 热泵 工程 分析
　　基本情况分析
　　表1为调查的20个工程的基本情况。由表1可以看出，再生水源热泵在北京、辽宁、河北等地使用较多。最早的再生水源热泵项目是2000年北京高碑店污水处理厂的实验项目，此后随时间的推移，工程项目有逐年增加的趋势，特别是近几年投入使用的项目较多。但是系统相对国外而言偏小，目前国内最大的是奥运村再生水源热泵项目，其建筑面积51.7万m2。从应用场合来看，特别是在我国应用再生水源热泵系统的最初几年，再生水源热泵系统多应用于污水处理厂自身的空调采暖，在近两年，才出现了将再生水源热泵系统应用于住宅和商业建筑的工程，扩大了再生水源热泵系统在我国应用范围。

　　各样本水温、水质、水量分析
　　再生水源热泵系统是水源热泵的一种，水源状况是水源热泵系统成功应用的关键，水源系统的水温、水质、水量和供水稳定性决定了水源热泵系统的运行效果。水源热泵系统运行时对水源的要求是：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。由于再生水源的特殊性，再生水源的水温、水量和水质对再生水源热泵系统的运行更是起着非常重要的作用。
　　水源热泵中央空调系统在制热运行工况时，水源水温应为12℃～22℃;在制冷运行工况时，水温应为18℃～30℃。样本各工程项目再生水水温冬季大约在12℃～15℃左右，夏季大约在20℃～25℃左右，总体上可很好地满足水源热泵系统水源侧的温度要求。再生水源热泵工程所采用的水源为城市污水处理厂二级出水，都基本满足或好于国家城市污水二级排放标准。处理后污水中的悬浮物、油脂类、硫化氢等均要比原生污水小十倍乃至几十倍，由于再生水水质比原生水要好的多，再生水作为热泵热源要优于原生污水做热源，热泵的制热性能系数和制冷性能系数都较大[5]，所以在能够使用再生水为热源/汇时，尽量使用再生水。由于目前工程项目一般较小，项目需水量只占污水厂出水量很少的部分，污水厂出水量的变化不会影响到工程水源用水。
　　设备分析
　　样本工程选用热泵机组并没有统一标准，但从中还是可以发现一些规律：各种形式的压缩机均有使用，负荷小的项目采用螺杆式稍多，负荷大的项目多采用离心式;工质采用R134a居多，国外品牌占大多数。各工程的防堵、防腐蚀和结垢设备由于水质不同，而不尽相同。再生水在进入换热器前一般经过两到三次过滤，在吸入口处设置格栅或过滤网，除去较大的悬浮物，为了能够连续运行，在进入换热器前一般会采用精度更高的自动清洗过滤器，但也有为了费用问题而设置备用过滤和管路，不采用自动清洗过滤器的。由于水质不同，有些工程还设置了除砂器和电子水处理仪，电子水处理仪能够起到一定的防垢、除垢、杀菌灭藻和缓蚀的作用。换热器的腐蚀和结垢是不可避免的，这就需要对换热器定期清洗，在已知样本中一般采用反冲和定期拆卸清洗的方式，也有项目采用了胶球自动清洁装置。胶球清洗技术是20世纪80年代在国外发展起来，起初在热电行业凝汽器系统中使用。其除垢机理是：密度与水相近的海绵胶球通过管内微受压缩，胶球受流体的推动力在管内流动，并借助海绵体的弹力对管壁施加压力达到除垢的目的[6]。
　　系统形式分析
　　再生水利用方式

　　在20个样本中，采用直接利用方式的，即再生水直接进入热泵机组进行换热有5个;采用间接利用方式的有9个;未知的有5个;另有1个样本同时采用了这两种方式(供热水的机组采用间接方式，采暖制冷的机组采用直接方式)。也就是说在已知利用方式的样本中，单独采用直接利用方式的占3