熱泵是一種可以利用低溫熱源，以少量的電能轉換出多于電能本身數倍熱量的裝置。它是利用壓縮機驅動管道內的制冷劑循環(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，通過熱泵技術將污水中的低品位熱能，轉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，利用熱泵技術回收或提取污水中的低溫熱能，其中污水包括市政管網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條件較差，利用過程中又是開式循環(huán)，懸浮物和雜質成迅速的累積過程，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、運行費的相關問題。
為應對污水或地表水水質條件，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系統(tǒng)宏觀上由三個子循環(huán)系統(tǒng)構成，即污水循環(huán)、中介循環(huán)和末端循環(huán)，熱泵機組的內部還有一個熱泵工質（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 污水熱泵供熱空調工藝流程示意圖
（1）首先，11℃左右的污水或地表水經過污水泵提升，在無堵塞高效換熱技術條件下進入污水換熱器進行換熱，將一定溫差范圍內（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化來的高溫熱量吸收，再以50℃左右進入末端散熱設備將熱量釋放給建筑空間，實現(xiàn)末端循環(huán)。
其中的技術關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%，熱泵工質經蒸發(fā)、壓縮與冷凝進行低、高位熱量轉換，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，末端散熱介質再將這100%的供熱量釋放到房間，滿足室內20℃以上的熱環(huán)境。制冷空調時為上述過程的逆過程，但工況不同。
4.污水源熱泵系統(tǒng)的關鍵技術是什么？
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，妥善地解決好污水循環(huán)是系統(tǒng)的關鍵換熱技術，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鍵配置技術。
（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。這使得換熱設備的傳熱溫差非常小，例如污水15℃降至10℃，中介介質由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備的數量，這不僅加大系統(tǒng)的建設投資，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，高效型則是從本質上適應污水。
第一，采取高效防堵技術，例如污水熱泵防堵機，再利用現(xiàn)有的換熱器技術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，故此加設了防堵過濾設備，而現(xiàn)有的換熱技術都是針對清水的，適當的改造來適應污水也只是一種應對措施。這勢必造成經濟效益不明顯，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，設備占地減小，具有明顯的經濟優(yōu)勢，完全達到了較傳統(tǒng)中央空調系統(tǒng)節(jié)省投資和運行費用30%以上的經濟指標。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)的關鍵技術問題的？
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)的關鍵技術問題。
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以純逆流的換熱方式換熱。
具體特點：根據污水的特點，特殊設計了換熱器的內部結構，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。該換熱器具有結構緊湊，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生沉積，影響換熱能力。另外，由于單通流道設計，使換熱器的清洗工作相對得以簡化。
2、防腐涂層設計：根據原生污水的水質特性，采用專用的涂層技術，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)時應注意哪些方面？
1、在采用污水源熱泵系統(tǒng)之前，必須根據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、各種輔助設備和材料要合理匹配。
10.污水源熱泵系統(tǒng)是如何進行設計的？
首先根據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計。在設計時，把整個系統(tǒng)中所有相關聯(lián)的設備作為一個系統(tǒng)工程來考慮，并對系統(tǒng)整體和流程進行優(yōu)化，對設備選型、功效、數量、質量、價格進行優(yōu)化，對選購材料質量、數量、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。長期測量的數據表明，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，全年供應衛(wèi)生熱水，具有顯著的經濟效益。較燃煤鍋爐加冷水機組、城市熱網加冷水機組、直燃機組等供熱空調方式相比，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。
在供熱空調領域里，當前研究和應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)、土壤源熱泵空調系統(tǒng)、地下水源熱泵空調系統(tǒng)、空氣源熱泵空調系統(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。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，井水回灌技術要求高，不合理的成規(guī)模應用可能引發(fā)環(huán)境地質問題，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)模應用。
（4）太陽能與日照時間及晝夜變化有關，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)設計方法和先進的控制技術。
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，中介水進出水溫度與污水的進出水溫度的對數平均溫差或算術平均溫差。
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，揚程應加安全系數；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，此處的引水管應不小于3‰的坡度。
20．應用污水源熱泵的意義有哪些？
供熱空調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%也是由供熱空調燃煤引起的。因此，采用熱泵技術，開發(fā)低位的、可再生的清潔能源用于建筑物的供熱空調意義重大，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。其中污水在數量（水量）、質量（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分散式的熱泵供熱空調系統(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用前景。
21．污水源熱泵在我國各地應用的分布情況？
黑龍江?。杭涯舅?、牡丹江。吉林?。核钠绞?、通化市。遼寧省：大連。北京市，天津市。河北?。菏仪f。內蒙古：包頭市。山西?。号R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的量。水樣在一定條件下，以氧化1升水樣中還原性物質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，以mg/L表示。它反映了水中受還原性物質污染的程度。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才是有關環(huán)保的指標！
SS：指懸浮在水中的固體物質，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溶解性磷。
23．污水源熱泵在國內外的發(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用熱泵技術，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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