空调系统节能技术.ppt

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1、第5章 空调系统节能技术,5.1 空调系统节能的途径,表 主要空调方式,5.1 空调系统节能的途径,空调节能当前研究方向：空调设备低能耗和高效率研究，包括能量回收设备，空气处理设备的节能以及综合利用。蓄冷系统研究。空调方式综合措施研究。空调系统运行的节能。,集中式空调节能途径,集中式空调是由集中冷热源、空气处理机组(又称组合式空调机组)、末端设备和输送管道所组成。空调设备节能措施：1.机组风量风压匹配，选择运行最佳经济点运行，要求生产厂生产风机噪声低、效率高。2.机组整机漏风要少，3.空气热回收设备的利用。4.尽量利用可再生热源如太阳能、地热、空气自身供冷能力等。,5.1 空调系统节能的途径,

2、空调系统和室内送风方式对于公共建筑，送风方式：高速喷口诱导送风方式，分层空调技术，下送风方式或座椅送风方式现代化办公和商业服务建筑群、宾馆等常用空调方式：新风机组加末端风机盘管机组：灵活性大，过渡季不能充分利用室外空气降温。变风量空调系统方式：价格高昂，维护保养技术复杂。低温送风空调方式：经空气处理机组送出较低的一次风经高诱导比的末端送风装置送入空调房间。降低初投资，充分利用冰蓄冷能提供低温冷冻水的特点，达到节能目的。特点：与冰蓄冷相结合，和常规全空气送风方式比，初投资少，运行费用低，节省空间，降低建筑成本。问题：结露问题，舒适感可能降低，风管密闭性要求，正确选择冷却盘管,低温送风空调方式,表

3、 低温送风与常规空调方式比较,表 几种低温送风方式方案比较,5.2建筑空调节能技术,一、空调设备系统的节能 空调系统的能耗区别与其他能耗的特点是：（1）空调系统所需能源品位低，且用能有季节性；（2）系统同时存在需要冷（热、湿）量和放出冷（热、湿）量的过程；（3）设计和运行方案的不合理会给系统带来多种无效 能耗。,主要从以下几个方面进行：,（一）空调系统节能方法（二）空调设计中采用部分负荷分析（三）建筑设备的自动化系统,能源,室内温湿度标准,室外空气量,空调方式,图 全年负荷的时间频率图,5.2 建筑空调节能技术,5.2.1 空调系统节能方法空调系统能源的有效利用，使用太阳能、地热能和热回收等方

4、式进行供热制冷。合理降低室内温湿度标准。室外空气量的控制：冬夏采用最小新风比，过渡季节采用全新风。根据室内人员的变化，增减室内新风量，采用全热换热器，减少新风冷热负荷，在预冷预热时停止取用新风。空调方式：空调系统合理分区，采用合适的高效空调系统；加大送风温差，变流量，变风量空调系统，降低风道风速，减少系统阻力，采用额定负荷和部分负荷效率高的冷、热源设备，热泵回收系统，蓄冷装置，计算机自动控制，降低运行费用。室内照明适当降低照度，充分利用日光照明，考虑顶棚照明的排热利用。维护管理。,5.2.2 变风量空调节能技术原理：由集中式空调器提供某一设定温度的送风(根据最不利条件确定)给所有空调空间，而各

5、自的送风量是按其负荷大小自动调节，来达到室温的平衡。优点：在避免任何冷热能量抵消的情况下，实现不同负荷变化特点的各空调空间的温度自动调节。过渡季节可利用全新风。设备容量小自动控制便于和楼宇自动化管理的计算机相连接，实现中央监控和调节缺点：初投资高，风机盘管加新风空调方式高2.5倍左右。如何保证新风量，需要加一套装置，使在调节减少送风量的同时按一定比例逐步开大新风阀，增大自控装置造价。风量稳定设施抵消风道静压变化所产生的干扰作用。,5.2.3 多分区空调节能技术 多分区空调方式属于空调设计合理化的一种节能措施。多分区空调器是一种定风量组合式空调器。与普通组合式空调器的主要区别是：压出式空调器，送

6、风机段位于表冷器和加湿段上游。送风机与冷热交换器之间设一旁通分路，参数由回风和新风混合而定。经过冷却或加热加湿后送风按分区的数量分为若干之路，各与不同比例与一部分旁通送风混合，分别送至各个空调分区。,5.2.3 多分区空调节能技术,主要优点：根据各分区负荷变化自动调节送风参数，没有冷热抵消现象。设备容量较小。自控系统偏于实现中央监控和调节。过渡季节充分利用新风冷却代替人工制冷。智能全自动控制装置可以实现非工作时间风机低速节电运行。冷冻水管和凝水管不必进入建筑吊顶，避免管道渗漏，表面结露问题。自控系统包括：送风阀调节，电动水阀调节，冬季加湿控制，新风量节能调节，投资比风机盘管加新风方式高40%左

7、右，与变风量空调方式比低很多。,5.2.4 分层空调的节能技术,概述高大空间建筑中，空气的密度随垂直方向的温度变化而呈自然分层现象，利用合理的气流组织，可做到仅对下部工作区进行空调，上部不空调或通风排热，称为分层空调。可节省冷负荷30%左右。冷负荷计算：空调区得热形成冷负荷，非空调区向空调区的热转移负荷。气流组织计算：设计要点包括气流流型，送风口安装高度，送风参数，对喷射流上边界搭界位置，射流温度衰减。系统的选择,5.3 空调蓄冷技术,基础知识,蓄冷技术：低于环境温度热量的贮存和应用技术，是制冷技术的补充和调节。内容：选择或配制合适的蓄冷材料；合理设计蓄冷装置；有效地实行冷量的贮存和释放。方法

8、：显热蓄冷和潜热蓄冷（相变蓄冷）。显热蓄冷：水蓄冷；潜热蓄冷：冰蓄冷、共晶盐蓄冷。,应用前景,目的：平衡冷量的供应，提高制冷设备效率，降低供冷成本。应用场合：用冷量波动、间歇供冷、制冷机与用冷量不匹配。商场、剧院、写字楼。,十三陵抽水蓄能电站，投资27亿元，填补高峰负荷时发电成本为1.3元/KWh，是常规电价的2.5倍。,至1998年，日本已有蓄冷空调系统5566个，其中水蓄冷系统2249个，冰蓄冷系统3317个。至2000年，我国转移11.2104MW峰负荷到低谷使用，其中35103MW要依靠蓄冷空调解决。,常规空调系统基本原理,负荷变化大，制冷主机需满足最大负荷，且留备用量。大多数时间不是

9、满负荷工作，效率低。用电高峰期，电价贵。,蓄冷空调系统基本原理,常规空调供冷循环蓄冷循环联合供冷循环（部分负荷蓄冷）单蓄冷供冷循环（全负荷蓄冷）,设计基本步骤,确定典型设计日的空调负荷选择蓄冷方式确定制冷主机和蓄冷装置的容量确定运行策略和设计系统循环流程选择配套设备：循环泵、换热器、阀门及膨胀水箱计算蓄冷期和供冷期的制冷负荷(蓄冷负荷)与供冷负荷逐时运行图经济分析,蓄冷剂选择原则,温度条件：蓄冷空调相变材料最佳的融点和凝固点在56（共晶盐）热物性条件经济性条件：来源广泛，廉价。环保条件：无毒、无腐蚀、无污染。,蓄冷设备,1冷吨3023大卡3.517KW,水的蓄冷温度为46,冰的蓄冷温度为0，制

10、冷机应提供37的温度,融解或凝固温度58融解潜热大，热导率大密度大无毒，无腐蚀,盘管式蓄冰装置,蓄冷过程,取冷过程：外融冰；内融冰。,外融冰：空调回水与冰直接接触，换热效果好，取冷快，供水温度可低达1；IPF不大于50，故蓄冰槽容积较大。；,内融冰换热热阻大，影响取冷速率。多采用细管、薄冰层蓄冷。,蛇形,圆形,U形,封装式蓄冰装置,片冰滑落式蓄冰装置,冰晶式蓄冷装置,原理：通过冰晶制冷机将低浓度的乙二醇水溶液冷却至低于0，然后，将此状态的过冷水溶液送入蓄冰水槽，溶液中即可分解出0的冰晶。,水蓄冷系统,优点：投资低，运行可靠，运行效率高，可兼用作消防蓄水池。缺点：只利用显热，需水量大，开启式蓄水

11、槽。主要技术问题：保持热回水与蓄存的冷水处于分离状态，避免热回水与冷水相混合。解决措施：分层技术，多池系统，隔膜或迷宫和折流板。,分层式,隔膜式,多池式,迷宫式,冰蓄冷系统基本系统,基本串联系统,外融冰系统,冰晶或冰浆系统,思考题,画图说明蓄冷空调系统的四种基本运行工况。请写出常用的蓄冷设备？解决蓄水槽中热回水与冷水相混合的措施有哪些？,5.4 热泵节能技术（Heat Pump）,一、概述,所谓热泵，就是靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。热泵可以把不能直接利用的低品位热能（如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等）转换为可利用的高品位能，从而达到节约部分高位能（煤、石油、天然气、

12、电能等）的目的。矿物能源短缺，热泵技术是一条极重要的节能途径。,热泵始于1852年，威廉.汤姆逊提出所谓“热量放大器”装置，即为最早的热泵装置。热泵技术经历了一段漫长而曲折的发展过程，目前已经得到突破，热泵技术在发达国家得到突飞猛进的发展，热泵装置已进入了家庭、公共建筑、厂房，得到了广泛的应用。目前热泵主要用来解决100以下低温用能。据估计，欧洲在100以下低温用能方面的耗能量约占总耗能量的50左右。因此，用热泵为暖通空调提供100以下的低温用能具有重大的现实意义。热泵在暖通空调中的应用不会对环境产生污染。,二、热泵的基本工作原理与评价,1.工作原理热泵的工作原理与制冷机相同，都是按热机的逆循

13、环工作的，所不同的是工作温度范围不同，使用的目的也不同。制冷机利用吸收热量而使对象变冷，达到制冷的目的；而热泵则是利用排放热量，向对象供热，达到制热的目的。,制冷机与热泵的基本能量转换关系,热泵装置：从环境中吸取热量，传递给高温物体，实现供热目的；制冷机：从低温物体吸取热量传递给环境中去，实现制冷目的；联合循环机：从低温物体吸热，实现制冷，同时又把热量传递给被加热的对象，实现供热目的。,压缩式制冷机工作原理图,在正常的大气压力下，水要达到100才能沸腾蒸发。而在低于大气压力（即真空）条件下，水可以在很低的温度沸腾。比如说在6mmHg的真空条件下，水的沸点只有4。溴化锂溶液就可以创造这种真空条件

14、，因为溴化锂(LiBr)是一种吸水性极强的盐类物质，可以连续不断地将周围的水蒸汽吸收过来，维持容器中的真空度。,热泵供热系统原理图,1-压缩机；2-冷凝器；3-节流机构；4-蒸发器；5-地板辐射供热；6-热网的循环水泵；7-热网；8-低温热源水的循环泵；9-河水,2.热泵经济性的评价,问题复杂，影响因素很多。包括：负荷特性、系统特性、地区气候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃料价格和电力价格等。“节能效果”与“经济效益”,节能效果制热性能系数COP,一般34左右,经济效益评价投资回收年限法,：投资回收期（年）；I：热泵系统所需的投资（年）；A：燃料价格（元/J）；QE：热泵系统与传

15、统系统相比，年节约能量（J/年）。,一般回收年限应在35年内,初始投资少一机多用。一座建筑物要实现冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活热水三项功能，如果采用传统方式，一般需要安装各自独立的供暖系统和制冷系统，有的还需再独立安装供热水系统。而如果采用热泵系统，安装一套就可以了。投资项目少。安装热泵系统，不必再建燃料储存场地和运输燃料的通道，不必配备特殊的消防装置，不必对配电系统做大规模的增容。综合上述因素，热泵系统具备了优异的性能价格比，使用户用较少的初始投资，得到较多的实惠。,动态费用年值分析,将参与比较方案的系统造价按资金的时间价值折算为每年的费用，并与年运行费用相加得出费用年值，从若干方案中选

16、取费用年值最小的作为最佳方案。,f费用年值，元/年；i利率或标准内部收益率，取0.08；m经济寿命，取15年；Csys造价（初投资），元；c年运行成本，元/年。,三、热泵分类 空气源热泵 水源热泵 水环热泵 地源热泵 地表水热泵 地下水热泵 土壤源热泵 污水源热泵,1.空气源热泵（Air-source）,以室外空气为热源；低温热源的温度随室外温度的变化而改变。其制热量随室外空气温度降低而减少，这与建筑热负荷需求趋势正好相反；在夏季高温天气，由于其制冷量随室外空气温度升高而降低，同样可能导致系统不能正常工作；当室外空气温度低于热泵工作的平衡点温度时，热泵就难以正常工作，减少了机组的换热能力，需要

17、用电或其他辅助热源对空气进行加热；,空气源热泵供热量等于建筑耗热量时的室外计算温度,先进科学的化霜技术是机组冬季运行的可靠保障。机组冬季运行时，换热盘管温度低于露点温度时，表面产生冷凝水，冷凝水低于0就会结霜，严重时就会堵塞盘管，明显降低机组效率，为此必须除霜，这也消耗大量的能量；在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍；空气源热泵不适用于寒冷地区，但在冬季气候较温和的地区，如我国长江中下游地区，己得到相当广泛的应用；机组多数安装在屋面，应考虑机组噪声对周边建筑环境的影响。,水环热泵系统是用水环路将小型水/空气热泵机组和能量采集装置并联在一起，为建筑物供热、制冷。系统由室内热

18、泵机组、水循环环路、其它设备（如浅层地能采集装置）等构成。一般用于全年都有制冷需要的建筑物中。主要设备：小型水/空气热泵、循环水泵、水循环环路、能量采集装置等。,2水环热泵,水环热泵系统夏季利用冷却塔或地能将系统内热负荷排放掉，冬季则将内区的热量转移到需要供热的外区，不足部分由辅助热源（电、燃气、燃煤、热水、蒸汽、太阳能）供给。该系统适用于大型建筑物，特别是内区冷负荷较大，而且冬季时内区仍然需要供冷，而外区需要供热的场合。工况和性能：水循环管路温度：1530C 供冷时COP可达3.54.3 供热时COP可达3.14.7,地源热泵的应用只有近二十年的历史。速度稳步增长：如美国，截止1985年全国

19、共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45,000台，到目前为止已安装了400,000台，而且以每年10%的速度增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统己占空调总量的19%，其中在新建筑中占30%。中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下埋管（埋深400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，在家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。,地源热泵,3.地下水源热泵（Ground water-source）,地下水地源热泵系统可分为开式系统和闭式系统。开式系统：将地下水直接供应到每台热泵

20、机组，经换热后将井水回灌到地下或直接定点排放。由于可能导致管路阻塞，更重要的是可能导致腐蚀的发生，通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。闭式系统就是通过一个板式换热器将地下水与建筑物内的水系统分隔开，避免了建筑内热泵系统设备的腐蚀。,地下水源热泵系统又可分为两种，一种为单井式系统，另一种为双井式系统。单井式系统在取水井内设置潜水泵，抽取地下水与地上系统换热后直接排走，由于其不断地大量抽取地下水而不能进行及时的补充，长期运行会导致地下水位下降，地面基础降等一系列地质问题，所以已经很少采用。双井式系统分别设置取水井和回灌井，能在取水的同时向地下含水层补水，运行稳定性和系统寿命大大提高。但由于含

21、水层较深，颗粒细，渗透性能差，回灌水较困难。,生活热水系统,由井口换热器将地下水和热泵系统循环水隔开。一定深度的地下水经潜水泵注入井口换热器放（吸）热后，再返回同一口井中，形成循环。地下水在返回地下时直接与土壤（砂石）进行换热，使地下水恢复至初始的温度；由循环泵驱动二次循环水通过热泵蒸发器（冬季）或冷凝器（夏季）与其内部工质进行热交换，外部输入电能对低位能量进行提升；由循环泵驱动末端循环水通过热泵冷凝器（冬季）或蒸发器（夏季）与其内部工质进行热交换，通过末端装置与室内环境进行热（冷）交换，满足建筑物冬季供暖或夏季制冷。,井深：100m一口井：3000m2左右,国家大剧院,金四季购物中心,金泰阁

22、,海淀外国语实验学校,项目特点：该校总占地240亩，共有9栋建筑。各建筑物相对分散，冷热源机房设计体现了机房按冷热负荷要求灵活布局的特点，采用分散冷热源形式，机房面积小，无需其他辅助建筑。机房附近设置冷热源井，外管线短,热损失小；各机房独立运行，调节灵活，运行费用低。运行实况：该系统于2001年9月投入运行，系统运行效果良好。北京市统计局对其进行了能耗测定分析，冬季供暖期为126天，建筑总耗电2072248度，其中供暖耗电量为2063283度，新风耗电量为4600度，生活热水耗电量为11693度。每平米建筑面积耗电量为31.73度。单位面积供暖费为14.29元/平米，生活热水加热费为5.23元

23、/吨。电费：峰 0.54，平 0.54，谷 0.2元/度,海淀区政府大楼,项目特点：该项目地上12层、地下3层，建筑容积率高，室内采用风机盘管加新风系统。运行实况：该项目应用集中式机房，设备利用率高，管理方便，运行费用低。该系统于2002年投入运行，系统运行效果良好。北京市统计局对其进行了能耗测定分析，冬季供暖期为126天，其中供暖耗电量为1819049度，新风耗电量为457320度，生活热水耗电量为10231度。单位面积供暖费为24.64元/平米（含新风），不含新风的供暖费用为17.29元/平米。生活热水加热费为6.5元/吨。电费价格：峰0.67；平0.67；谷0.23元/度,当然，应用这种

24、地下水热泵系统也受到许多限制。首先，这种系统需要有丰富和稳定的地下水资源作为先决条件。因此在决定采用地下水热泵系统之前，一定要做详细的水文地质调查，并先打勘测井，以获取地下温度、地下水深度、水质和出水量等数据。地下水热泵系统的经济性与地下水层的深度有很大的关系。如果地下水位较低，不仅钻井的费用增加，运行中水泵的耗电将大大降低系统的效率。,国外由于对环保和使用地下水的规定和立法越来越严格，地下水源热泵的应用己逐渐控制。对于我国地下水源并不丰富，且回灌技术不成熟，很容易造成水源流失及污染，而水资源是当前最紧缺、最宝贵的资源，任何对水资源的浪费或污染都是绝对不可允许的，因此，推广这项技术应当非常慎重

25、。,存在问题,1）初期投资偏高：打井费用、机组费用、管道及控制设备的费用等。水井的单位打井费用是随着井深的增加而增加的，因此对初投资影响很大。2）受地质条件的制约3）对水源水有较为严格的要求：水量充足、水温适度、水质适宜、供水稳定。,水源水的水量必须能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。水源的水温应适合机组运行工况要求。水源的水质，应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不至于产生严重的腐蚀损坏。另外水源系统供水具有长期可靠性，能保证水源热泵长期和稳定运行。该系统冬季取抽水井的热水取热后回灌到回灌井中；而夏季则抽取回灌井的低温水，回灌到抽水井中。,4）受当地能源政策的限制地下水作为国家战略储备物质，

26、其利用更是受到国家、当地政府的严格控制。虽然总体来说，地下水源热泵的运行效率较高、费用较低，但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同的地区不同需求的条件下，其投资经济性会有所不同。5）井的老化：砂堵、腐蚀、胶结、岩化等。6）回灌问题,回灌的目的就是储能，提供冷热源，亦即冬灌夏用，夏灌冬用。另外为保持含水层水头压力、防止地面沉降、保护地下水资源，也必须回灌。但是，由于成井质量、回灌技术等原因，很难保证达到100%回灌。通过对地下水源热泵的实例调查发现，回灌率最高的可达到80%，最低的仅有20%，在回灌率较差的地方已经出现较为严重的地面沉降。,4.地表水热泵,地表水地源热泵是利用江、河、湖、海的水作

27、为热源或热汇的热泵系统。这种热泵系统要求具有足够体积的地表水源可供使用而且地理位置便利。当然，这种地表水热泵系统也受到自然条件的限制。与空气源热泵相似，地表水源热泵的热源温度受气候的影响较大，当环境温度越低时热泵的供热量越小，而且热泵的性能系数也会降低。一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因素有关，需要根据具体情况进行计算。,这种热泵的换热对水体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑。根据热泵机组与地表水的连接式不同，地表水热泵系统可分为开路和闭路两种系统。在寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。总的来说，地表水热泵系统具有相对造价低廉、泵耗能低、维修率低以及运行

28、费用少等优点。,5.土壤源热泵（Ground-source）,土壤热源的特点,土壤热源和空气热源相比，具有如下特点：1）土壤的蓄热性能好。土壤的温度变化较空气温度的变化有滞后和衰减的特点。这使得土壤作为热泵的低位热源与空气源相比更能适应负荷的变化，能与负荷较好的匹配，这对热泵的运行是有利的。2）土壤的热容量大。土壤的温度较空气的温度变化要稳定，当热泵制热工况运行时，土壤热源的温度要比空气源的温度高。从而使得在同样的工况下，土壤源热泵的性能系数更高。,3）土壤的热流密度小。为2040W/m2，一般为25 W/m2。这就决定了当土壤作为热泵的单一低位热源时，其承担的负荷不宜太大，一般只用于负荷不大

29、于1MW的场合。另外，土壤源热泵有一定的面积要求。,土壤的热物性,土壤是一个非均质的，多相的，颗粒状的多孔系统。自然界中的三相也在土壤中存在：固相，由土壤颗粒组成；液相，即为土壤空隙中的水与土壤的溶解物形成的土壤溶液；气相，为土壤中的空气。每种成分所占的比例影响影响土壤的热物性。土壤的热物性参数主要有：土壤的比热、含水率、密度、孔隙率、导热系数和导温系数（热扩散系数）等。其中土壤的含水量和密度对其导热系数起着决定性的作用。,土壤温度,土壤热量来源于三个方面：太阳的辐射能、地球内部向外输送的热量和土壤微生物分解有机质所产生的热量。对一般土壤来说，太阳辐射能是其热量的主要来源，生物热与地热只是在某

30、些特定条件下才能发挥作用。土壤温度是土壤热量的表现形式。土壤热量的基本来源既然是太阳辐射能，那么土壤温度必然随着太阳辐射能的变化而有相应的变化。土壤表层日间增热和夜间散热，引起土壤温度有明显的日变化。由于土壤热量是从地面逐步向下输送，在不同的下层深处，由于受热散热的先后和程度不一，它们温度变化的情况也不相同。,一般规律是：1)表土的日最高温出现在下午2时前后，最低温出现在清晨6时，即日出之前；2)下层土壤最高温与最低温出现的时间落后于表土。下层土壤温度变化不如表土大，在2米深处，土壤温度的日变化消失；3)白天表层土温高于下层，晚间下层土温高于表层。,埋管材料,要求：较好的导热性能、较高的强度和

31、抗腐蚀性能、经济。50年代：金属管，抗腐蚀性差。70年代后：塑料管，寿命50年。聚乙烯：高密=0.46-0.52W/(m.K)聚丁烯（PB）：=0.23W/(m.K)聚氯乙烯：硬质=0.13-0.29W/(m.K)PVC：软质=0.13-0.17W/(m.K),各类地源热泵优缺点比较,污水源热泵,污水源热泵技术有机地将污水排放与城市能源结合起来，实现了“变废为宝”。污水源热泵技术在美国、北欧及日本等国家已经有了广泛的应用，2004 年初，中国内地首例利用污水作为能源供热制冷的项目在北京市密云污水处理厂开始试运行。,污水水质的优劣是污水源热泵供暖系统成功与否的关键,因此要了解和掌握污水水质以判断

32、其是否可作为低温热源。同时,也要针对污水水质的特点,设计和优化污水源热泵的污水/制冷剂换热器的构造,换热器应具有防堵塞、防腐蚀、防繁殖微生物等功能,通常采用水平管淋水式或浸没式换热器。,城市污水干渠(污水干管)通常是通过整个市区,如果直接利用城市污水干渠中的原水作为污水源热泵的低温热源,则可节省输送热量的能耗,从而提高其系统的经济性。但同时应注意:在取水设施中设置适当的水处理装置(见图),考虑利用原水余热对后续水处理工艺的影响,如原水水温降低过多将会影响市政曝气站的正常运行。,国外应用情况,目前,污水源热泵的技术是成熟的,国外工程实例很多。20 世纪80 年代初在瑞典、挪威等北欧国家建造的一些

33、以污水为低温热源的大型热泵站相继投入运行。目前,瑞典斯德哥尔摩有40%的建筑物采用热泵技术供热,其中10%是利用污水处理厂的出水。挪威奥斯陆1980 年开始建设利用城市污水干管的污水作为低温热源的热泵站,第一台热泵机组已在1983 年投入使用。,由于能源危机和环境问题的日益突出,美国、日本、德国等发达国家纷纷投入大量的财力和人力进行此项研究,并取得了一定的成果。采用热泵技术回收家庭生活污水(淋浴水、洗碟机和洗衣机排水等)余热的设施实例也很多。对于约10 人的住宅,采用热泵技术回收家庭生活污水余热可节能达50%,对于10 人以上的住宅可节能达60%。,国内应用前景,根据“十五”计划纲要要求,20

34、05 年城市污水集中处理率将达到45%,根据国务院2000 年36 号文件,2010 年城市排水管道普及率和城市污水处理率分别达到90%和60%,城市污水排放总量为464 亿 m3/a,城市污水二级处理将增加6.157 万 m3/d。在污水资源化过程中如何回收和利用污水余热是一项十分重要的任务。,城市污水是一种巨大的低温余热源。北京地区以高碑店污水处理厂为例,其二级出水温度在冬季为13.516.5,夏季为2225;黄河以及长江流域污水处理厂的二级出水温度为1728；哈尔滨某药厂污水温度也在20 左右,且在整个采暖期内水温波动不大,因此城市污水是水/水热泵或水/空气热泵优良的低温热源。,我国污水

35、的排放量巨大且主要集中在城市。例如,2000 年黑龙江省污水排放量为11.37 亿 m3(其中工业废水为5.26 亿 m3,生活污水为6.11 亿 m3),主要集中在哈尔滨、大庆、牡丹江等10 个城市中,可见回收与利用污水余热关键在于回收城市污水余热用于城市供暖,因二者地点吻合而易于实现。工业净化后污水数量十分可观。哈尔滨某厂污水处理站流量达1.5 万 m3/d(625 m3/h),冬季污水温度在20 左右。若采用热泵技术将净化后的污水降低1 就可获得约1 t/h 蒸汽的热量,可供建筑面积约为1 万 m2 的采暖。因此,建立供工业企业用的热泵站回收污水余热是工业企业节能的主要途径。我国城市污水

36、源热泵技术的推广应用刚刚起步,处于试验和研究阶段。,北京市排水集团在高碑店污水处理厂开发了污水源热泵试验工程,利用热泵装置向300 m2 的车间和600 m2 的机房冬季供暖、夏季制冷,经三年的运转效果良好。继高碑店污水源热泵试验工程后,北京市排水集团又在北京北小河污水处理厂安装了一套规模更大的污水源热泵,为该厂6000 m2 的办公楼和厂房供热与制冷。,污水源热泵的优越性,城市污水排放量巨大,污水源十分丰富,如北京高碑店污水处理厂排放量为100 万 m3/d,可解决500 万 m2 建筑物的供热供冷问题。与地下水源热泵相比,既可省掉打井费用,又不需要抽水与回灌所需的动力,也可避免出现由于回灌

37、不当而引发的地下水资源的破坏问题。显示出较好的经济效益。北小河污水处理厂原采用燃煤锅炉供暖,运行费用约为20 万元/a,按北京市环保的要求应进行改造,如改用燃油锅炉供暖的运行费用为45 万元/a,用天然气锅炉供暖费用为37 万元/a,而改为污水源热泵供暖的运行费用为22 万元/a,与燃煤锅炉供暖基本相同。,将城市污水处理的水量和热量同时回收与利用是一种面向21 世纪的理想的城市污水综合利用方法,是城市污水资源化的有效途径。,工程实例,背景介绍北京某钢厂在生产过程中需用自来水对钢材进行淬火处理，产生大量35的工业污水，水量3200吨/天。因工艺要求，需用冷却塔将污水降温后循环使用，造成大量能量浪

38、费。该污水水质较好，可直接用于热泵系统的热源，不需任何过滤装置和中间换热设备。鉴于此，采用污水源热泵系统回收污水中的热量，用于周围住宅建筑的采暖和生活热水供应。,方案设计本系统利用生产污水中的热量，采用污水源热泵系统进行采暖和生活热水供应。本系统的生产污水是很好的中品位热源，且流量大，有着非常大的热能利用潜力。因采暖系统和生活热水系统功能的差异及对水质要求不同，本方案把采暖系统和生活热水系统分开，采用两套污水源热泵机组。95（3040吨/天）的生产污水用于采暖，5（160吨/天）的生产污水用于生活热水，生产污水的出水温度控制在20（满足循环使用要求）。生活热水系统可采用富尔达LSBLGRG（I

39、）110型热泵机组1台，供水温度为65，自来水温度10。为稳定水压和调节供水量，特设置贮热水罐。另外，通过循环水泵保证20的循环水量，以维持管中一定的热水温度。用水泵进行补水或给水，补水箱可和采暖系统共用。采暖系统可采用富尔达LSBLGRG1100M型热泵机组2台，供水温度65，回水温度50。用补水泵进行补水，补水需经过软化和除氧处理后方可进入系统。,污水源热泵采暖、生活热水系统图,改造前,冷却塔燃油锅炉房,改造后,污水源热泵,省电、省油、无污染！,技术参数和指标,系统每天产生约40吨生活热水，每天每户生活热水用量以80公斤计算，该系统可供应500个用户的生活热水。,经济性分析,不同热源采暖系统初投资与运行费用比较,不同热源生活热水系统初投资与运行费用比较,污水源热泵采暖系统的回收期,污水源热泵生活热水系统的回收期,动态费用年值,思考题,画图说明热泵的工作原理。热泵的分类有哪些？地下水源热泵的存在问题是什么？试比较地源热泵的优缺点。,