21世纪以来，我国社会经济发展迅速，而高速发展所带来的不仅是各种诱人的效益，还有常规型能源的消耗。随着时代的进步和文化的发展，人民的节能意识越来越强，能源的可再生利用逐渐进入了人们的实现，该产业具有很强的发展潜力。城市的污水回收一般借助一级或者二级系统处理，实现再利用，但污水里含有的低品位热能没有得到有效利用。而污水泵热源系统可以在寒冬时分将污水中的低品位热源提取出来，经过一系列复杂转变后应用于供热。而在炎热气候，污水源热泵可以借助污水源消耗热量，代替空调系统，用处多样且优点颇多。本篇文章通过实例，分析污水源热泵系统的应用，为这种系统的广泛应用奠定基础。
1项目方案概述
1.1项目基本情况
项目名称：饶阳县污水源热泵系统供热项目
项目建设性质：新建项目
功能：为15万㎡小区供热
设计供、回水温度：37-45℃。
1.2主要建设内容和规模
此余热回收系统选用6台型号为JTHR-WLT-200的污水换热器、3台2000KW热泵机组，项目建成供热量为6000kW。
1.3项目建设周期
项目建设期为3个月。
1.4项目投资概算
污水源热泵机房内机电设备及安装投资概算约945.7万元。冬季采暖运行平均费用约12.3元/㎡。
2污水换热设备比选
2.1污水水质分析
污水作为可利用的废弃资源，具有很多优点，可以为热泵提供大量的低位热能，但如果利用不当也会给系统带来很多安全隐患，因为污水本身的水质很差，含有大量污杂物，对一般的流通设备（传统换热器、热泵）会产生堵塞、挂垢等问题，致使供热系统无法正常运行，甚至会造成热泵的报废。下面就污水的优缺点加以陈述。
2.2污水利用的优势
（1）温度：城市污水水温相对较高且随季节变化幅度较小，通常在10℃以内，具有冬暖夏凉的冷热特点，温度全年在10～25℃之间，适合暖通空调冬夏两用；
（2）水量：预计2020年我国生活污水排放量达718亿吨，按开发50%的水量计算，可供热空调的面积至少在5亿平米以上；
（3）分布：城市污水干渠分布于各大中城市地下空间，与人口及城市工业化程度成正比，城市污水作为一种新能源，在适当优化能源结构的同时，缓解了能源缺乏及分布的不均匀性问题。为因地制宜地有效利用及建设分散式或小的集中式的热泵供热空调系统创造了有利条件。
2.3污水利用的难点
在《污水排入城市下水道水质标准（CJ343-2010）》中规定了排入城镇下水道的污水各项指标的最高允许值。将污杂物含量较少的等级A的指标摘录如表1所示。
表1污水排入城市下水管道水质A等级标准
主要指标的影响因素分析如下：
（1）易沉固体及SS（悬浮物）。由于水源热泵系统基本都是“小温差、大流量”换热，所以热源水用量巨大，假设建筑面积1万平米；热负荷共计500KW；污水提取4℃温差；则需要的污水量为86m³/h。
对项目城市污水中易沉固体及SS（悬浮物）进行测定，得到数据如表2所示。
表2易沉固体及SS（悬浮物）浓度
按照易沉固体为10ML/(L.15min)、SS为400mg/L计算，污杂物的含量是非常巨大的，如不能合理利用，势必造成堵塞。
（2）氨氮。污水中铵离子极容易和铜发生化学反应，能形成铜铵离子络合物，对铜管或铜合金管造成穿孔腐蚀，所以国家相关标准规定氨氮浓度超过1mg/L时，不应采用铜质换热设备。因此，污水对热泵主机蒸发器铜管存在严重的腐蚀问题，必然造成铜管穿孔的后果。
（3）COD与BOD5。COD与BOD5值表示水中的有机物的含量多少，其值大，则表示污水中有机物含量高，反之则低。而有机物含量越高其形成污垢的量就越大。一般来说，当BOD5小于1mg/L时表示水体清洁；当BOD5大于4mg/L时，表示水体受到有机物的污染。温度在15～30℃时，水体易产生生物粘膜。原生污水中的COD为500mg/L，BOD5为350mg/L，远远高于1mg/L的清洁水标准，因此极容易生成生物粘膜类污垢。
2.4污水专用换热器
研究人员经过长期对污水利用的研究，从设法过滤污水、研究各种防阻机，到转变思路突破过滤污水的瓶颈，发明了让污水更好的通过的换热设备即流道式污水换热器，污水的利用可以说是一个从失败走向成功的艰难过程。污水换热器是污水热泵系统的关键设备，为解决污水换热，需要解决防堵、防垢和高效换热。流道式污水换热器具有的特点如下：
（1）流道式换热器污水侧通道呈宽大的矩形结构，流道式换热器污水侧通道表面平整，无任何凸起物或支撑点，原生污水工况下无需前置防堵、过滤设备，污水中常见的污杂物能顺畅地通过，不会造成钩挂与缠绕。
（2）污水侧设置了密封门，便于开启，开启后不会对设备本体造成损坏。流道式换热器密封门开启后所有污水通道全部可视，便于清洗维护；关闭后运行时污水与门板会发生反复撞击，对污水造成强烈的扰动，达到紊流状态，强化换热的同时加强了污水对污垢的冲刷与携带能力，有效的提高了传热效率、延长了维护周期。
（3）经质量技术监督部门实地检测，污水换热器设备原生污水工况下连续运行6个月不低于1000W/㎡℃。
（4）经广大用户使用证明，该设备运行稳定可靠，供暖、空调效果良好；性能优异，节能环保效果明显。
3污水源热泵系统工作原理
污水源热泵供热系统宏观上由三个子循环系统构成，即污水循环、中介循环和末端循环，系统的主要设备包括污水泵、污水换热器、中介泵、热泵机组、末端泵。
首先，12℃左右的污水（或地表水）经过污水泵提升，进入无堵塞高效换热的污水换热器进行放热，将一定温差范围内（6℃左右）的热量传递给清洁水，再以6℃左右排放至下游水源处，实现污水（或地表水）循环。
然后，9.7℃左右的清洁水经中介泵输送，进入热泵机组的蒸发器进行释热，将从污水那里获取的热量传递给热泵机组，以3.7℃左右的温度再次进入污水换热器进行吸热，形成封闭循环，即中介循环。
37℃左右的末端系统水经末端泵输送，进入热泵机组冷凝器进行提热，将热泵机组从低温那里转化来的高温热量吸收，再以45℃左右的温度进入末端散热设备将热量释放给建筑空间，实现末端循环。
4项目设计方案
4.1供热系统及供热区域确定
根据调查，饶阳县污水处理厂污水约700m³/h，污水温度约12℃，计划将污水处理厂内污水全部利用。
4.2污水源热泵系统主要设备选型
污水提热系统选配3台热泵，单台热泵制热量为2000kW，每台热泵匹配4台JTHR-WLT-150污水换热，共匹配12台，污水总用量约700m³/h。
4.3污水源热泵系统设计
4.3.1系统机房内主要设备
本项目的污水源热泵系统机房以3台污水源热泵及12台污水换热器为主，配套中介水泵、定压补水装置，水箱及循环泵设备等。
4.3.2系统主要用电设备功率
本项目选用配套设备按照适应性、经济性、先进性、安全可靠性、系统化的原则进行配置。在满足作业要求的前提下，以较简单的设备、较少的投资，实现预定的功能，设备用电负荷约1700kW。
5投资概算及经济分析
5.1投资概算
本方案机房内机电设备及安装投资概算约945.7万元，具体分项如下表3：
表3工程项目总投资概算
5.2运行费用分析
污水源热泵系统优先运行污水提热系统，运行天数120天，按室外温度分为极寒30天、初末寒期90天。
按居民电价0.525元/度测算运行费用，估算冬季运行电费约192.4万元，单位供热成本费用12.83元/㎡，具体情况如下表4-5：
表4系统运行费用估算表
采暖期系统供热量约4.18万GJ，测算时间与测算运行费用的时间一致。
表5系统供热量估算表
5.3社会效益分析
将热泵系统的制热量和系统耗电均折算为标煤，制热量折算标煤量与耗电折算标煤量之差即是余热利用系统节省的净标煤量。
（1）制热量折算标煤量
采暖期系统制热量4.18万GJ，如全部采用燃煤锅炉制取，则锅炉主体直接消耗的标煤量为：
燃煤供热的年耗煤量计算公式：
M锅炉—燃煤供热的年耗标煤量t；
R—年供热量；
η—燃煤锅炉效率及供热效率综合总和0.7；
k—管网输送能耗0.95
C—标煤热值，7000kCal。
MA锅炉=2127(吨)
（2）耗电折算标煤量（以火力发电这算）
热泵系统运行耗电量为366.5万kWh，若由火力发电方式获得，则耗煤量计算结果如下：
系统消耗电量折合为耗标煤量计算公式：
M系统=R/(ζ*k*C)
R——系统—年耗电量
ζ—火力发电效率及电力输送效率总和=0.35
k—管网输送能耗0.95
C—标煤热值，7000Kcal
M系统=1353（吨)
（3）节煤量及减排量
由以上分析及计算可知：系统制热量折算标煤量约2127吨；热泵系统耗电折算标煤量约1353.3吨。每年可减少标煤耗量约774吨。相应的污染物排放量如下：
减少CO2排放量=774×2.62=2026.57（吨/年）
减少SO2排放量=774×0.0085=6.57（吨/年）
减少氮氧化物排放量=774×0.0074=5.72（吨/年）
减少CO排放量=774×0.023=17.79（吨/年）
（注：每吨标煤减排：二氧化碳2.62吨、二氧化硫8.5kg、氮氧化物7.4kg、一氧化碳23kg。）
5.4环境效益分析
对于污水源热泵系统来说，其只需要消耗电能，即可实现四季不停地运转，无论何时都可以投入使用，属于新兴节能环保形式。在本篇文章所借鉴的实际案例的该系统建设过程中，使用该系统能够实现减小大气污染，提升资源利用率的目的。是一种绿色环保的能源再利用工程。
人类文明在不断发展到达新高度的同时，对环境所造成的损害也越来越大。例如空调的使用，会加重温室效应，破坏自然环境，而空调对环境造成的影响分为两方面，一方面是直接影响，一方面是间接影响；前者包括制冷液泄露污染空气和水源等，后者包括资源消耗过程中产生的排放物所带来的环境负面影响等。空调对环境的影响越来越大，甚至已经波及到了远在地球两级的南极与北极，造成了冰山融化、全球海平面上升等负面环境影响。制冷剂的泄露破坏了臭氧层，资源消耗产生的二氧化碳导致全球变暖，还有一些有害气体和粉尘的产生，导致酸雨频发。对整个地球的生态环境造成了极大的负面影响。
和现如今供暖所使用的锅炉房相比较，污水源热泵具有更强的节能作用，同时可以使二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物的数量减少。因此污水源热泵既不会造成温室效应，也能够降低酸雨出现的概率，从而降低对环境的伤害。不难看出，随着现阶段世界各国发电技术的持续创新和发展，发电效率已经有了大幅度的提升。而我国作为能源消耗大国，推广污水源热泵系统的应用能够起到节约能源和保护环境的双重作用。
6结语
本文结合饶阳皇都豪庭住宅小区采用污水源热泵供暖的实际工程，对该系统的应用、投资资金、运行维护投入、经济效益及环保效益等方面内容进行了多维度研究。得出下述两条结论：
（1）简略估算所需设备及机房等条件，得出该项目的初始投资在900万-1000万之间，大概每平方米需要投入13元。虽然该系统与传统意义上的能源系统相比，早期投资金额较大，但后续投资金额呈平稳态势，并未有大幅增加，因此有利于该系统的后续推广和广泛应用。
（2）污水源热泵系统是一种新兴的节能环保热源系统，在本篇文章所结合的应用实例中，在冬季供暖时期可以节约煤炭约1400吨，相当于减少了超2000吨二氧化碳、近7吨二氧化硫、近6吨氮氧化合物、近18吨一氧化碳的排放。这仅仅是一个小区应用该系统后的能源节约和排放减少数据，可想而知，如果该系统得到大范围应用，将在极大程度上降低供热对环节的损害。不仅可以缓解温室效应、降低酸雨发生的概率，还能节约有限的煤炭资源，从而创造更大的社会效益、经济效益和环境效益。
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