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摘要: 城市原生污水是暖通空調(diào)非常重要不可多得的新能源。城市污水水量巨大，溫度適宜，與現(xiàn)有水源熱泵機組蒸發(fā)與冷凝的工作溫度有良好的匹配。根據(jù)城市原污水的特點研發(fā)的原生污水源熱泵關(guān)鍵技術(shù)已成功應用到多個工程中。本文研究分析了哈爾濱望江賓館、太古商城和大慶恒茂商城城市原生污水源熱泵空調(diào)工程三個成規(guī)模試點工程的運行工況，表明了本文所開發(fā)的城市原生污水源熱泵系統(tǒng)不僅有重要的社會意義，同時也說明污水源熱泵系統(tǒng)初投資與運行費均較低，系統(tǒng)一次能源利用率較高，應用潛力巨大。
污水源熱泵的特點與優(yōu)勢
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。
原生污水熱泵空調(diào)系統(tǒng)是哈工大自主創(chuàng)新的專利技術(shù)，包括多項發(fā)明專利與多項專有技術(shù)及產(chǎn)品，被中國工程院院士及國家設計大師平為世界首創(chuàng)、國際一流。
原生污水源熱泵機組以原生污水為熱源，冬季采集來自污水的低品位熱能，借助熱泵系統(tǒng)，通過消耗部分電能，將所取得的能量供給室內(nèi)取暖；在夏季把室內(nèi)的熱量取出，釋放到水中，以達到夏季空調(diào)的目的。它有以下特點：
1.環(huán)保效益顯著
原生污水源熱泵是利用了城市廢熱作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)，污水經(jīng)過換熱設備后留下冷量或熱量返回污水干渠，污水與其他設備或系統(tǒng)不接觸，污水密閉循環(huán)，不污染環(huán)境與其他設備或水系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，環(huán)境效益顯著。我國年污水排放量達464億m3，可節(jié)省用煤量0.33億噸，以全國年總能耗30億噸標煤計算，達到了1.1%，若按暖通空調(diào)的一次能源消耗量10億噸標煤計算，達3.3%。同時每年可減少排放量達72萬噸。污水源熱泵系統(tǒng)的具體環(huán)保效益見下表。
表1 污水源熱泵系統(tǒng)制冷污染物削減量
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各類污染物削減量（污水量100m3計）
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（g）
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（g）
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（㎏）
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粉塵（g）
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燃煤+冷水機組
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2.89
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0.153
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0.41
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0.187
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熱網(wǎng)+冷水機組
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2.89
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0.153
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0.41
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0.187
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直燃機組
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1.36
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0.072
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0.193
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0.09
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表2 污水源熱泵系統(tǒng)供暖污染物削減量
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各類污染物削減量（以某城市每日污水量200萬m3計）
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（㎏）
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（㎏）
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（t）
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粉塵（㎏）
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燃煤+冷水機組
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217.6
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11.5
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30.9
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14.1
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熱網(wǎng)+冷水機組
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217.6
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11.5
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30.9
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14.1
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直燃機組
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105.6
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5.6
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15.0
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6.8
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表3 污水源熱泵系統(tǒng)制冷污染物削減量
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各類污染物削減量（以某城市每日污水量200萬m3計）
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（㎏）
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（㎏）
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（t）
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粉塵（㎏）
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燃煤+冷水機組
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57.8
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3.06
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8.2
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3.74
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熱網(wǎng)+冷水機組
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57.8
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3.06
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8.2
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3.74
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直燃機組
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27.2
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1.44
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3.86
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1.8
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2.高效節(jié)能
冬季，污水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率提高。
具有可用冷熱量的單位污水量，污水源熱泵系統(tǒng)為建筑物供暖需消耗1.33 的一次能源，相對燃煤系統(tǒng)可節(jié)省0.64 的一次能源。若以污水源熱泵系統(tǒng)作為用能指標，則各系統(tǒng)的用能情況如表4與圖1所示。
設單位污水量以100m3計，所能利用的顯熱溫差為5℃，則可利用冷熱量為 =2.1×106kJ。供暖時：可節(jié)省一次能源（燃煤）1.34×106kJ，相當于71.3㎏（22.8元）燃煤?？晒?jié)省一次能源（燃氣）0.651×106kJ，相當于40.7m3（48.8元）燃氣。制冷時，可節(jié)省一次能源（燃煤）0.357×106kJ，相當于19㎏（6.1元）燃煤?？晒?jié)省一次能源（燃氣）0.168×106kJ，相當于10.5m3（12.6元）燃氣。
3.運行穩(wěn)定可靠
水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
4.一機多用，應用范圍廣
此熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。城市污水熱泵空調(diào)系統(tǒng)利用城市污水，冬季取熱供暖，夏季排熱制冷，全年取熱供應生活熱水，夏季空調(diào)季節(jié)可實施部分免費生活熱水供應。一套系統(tǒng)冬夏兩用，實現(xiàn)三聯(lián)供。
5.初投資、運行費低
城市污水源熱泵系統(tǒng)具有初投資低，運行費低的巨大經(jīng)濟優(yōu)勢。實際工程（北京悅都大酒店、北京弘麗苑大廈、山西省產(chǎn)權(quán)交易市場、哈爾濱望江賓館、哈爾濱太古商城）運行效果良好，經(jīng)濟效益顯著。污水熱泵系統(tǒng)的機房面積僅為其他系統(tǒng)的50%。系統(tǒng)根據(jù)室外溫度及室內(nèi)溫度要求自動調(diào)節(jié)，可做到無人看管，同時也可做到聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。污水熱泵系統(tǒng)原理簡單，設備的可靠性強，維護量小，平時無設備的維護問題。
以哈爾濱地區(qū)為例，每萬㎡建筑物供暖熱指標650 kW，供冷冷指標1200 kW，原生污水源熱泵系統(tǒng)與其他各系統(tǒng)運行費用估算比較如圖2所示（燃煤等系統(tǒng)未計排污費）。圖2所示的對比結(jié)果表明污水源熱泵系統(tǒng)（USSHP）較燃煤系統(tǒng)節(jié)省運行費10%左右，這是在末端耗熱量相同條件下，通過比較所花燃料成本計算得到的。而實際污水源熱泵系統(tǒng)在此基礎上還可節(jié)省30%左右的運行費，是系統(tǒng)實施自動控制后，在節(jié)能與運行維護方面獲得的效益。這就是通常熱泵廠家在計算熱泵系統(tǒng)的運行費時，在考慮平均熱負荷系數(shù)之后，又提出其機組的負載率為70%，因此運行費用進一步減少了30%。我們給出了污水源熱泵系統(tǒng)的運行費由47元/m2降至33元/m2（USSHP ），正是出于這種考慮。
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