近日(ri)，為加(jia)快(kuai)推進(jin)可再生能源(yuan)(yuan)高(gao)質量發展，相關部門發布了《北京(jing)市可再生能源(yuan)(yuan)替代行動(dong)方案（2023—2025年）》。方案明確指出：

“要充分利用再生水資源，合理利用污水資源，距離再生水廠5公里范圍內的建筑優先利用再生水/污水源熱泵供暖......到2025年，全市新增再生水源熱泵供熱面積200萬平方米。”

無獨有偶，除了北京，多地發改委（相關部門）也相繼發文：大力推廣污水源等熱泵技術。如在《上海市促進地熱能開發利用的實施意見》、《廣東省全面推行清潔生產實施方案（2023-2025年）》、《陜西省關于進一步推進地熱能供熱技術應用的通知（第97號）》等文件中，均有相關表述。

可見，從政策的推動，到技術的發展，再到行業的響應，污水源熱泵這一環保節能技術正在得到越來越多的關注和應用。

那么，污水源熱泵(beng)到(dao)底(di)是什(shen)么？

一、什么是污水源熱泵？

顧名思義，污水(shui)源熱(re)泵就是以污水(shui)為(wei)“源體”的熱(re)泵。那么，熱(re)泵又(you)是什么呢？

熱泵是(shi)一種節能(neng)裝(zhuang)置(zhi)，可以把達(da)不到(dao)可以直接利用(yong)的能(neng)量轉換為可以直接利用(yong)的高位熱能(neng)，進而(er)達(da)到(dao)節約電、天燃氣、石油的目的。

其實，可以把污水源熱泵系統看作一個空調系統。從污水中提取和儲存能量的冷、熱源，借助熱泵機組，消耗少量電能，在夏季把室內熱量“提取”出來釋放到污水中，為室內制冷；在冬季把污水中的低位熱能“提取”出來，為建筑物供熱。

1、污水源熱泵的分類

一般來說，根據是(shi)否直接從污水中提取熱量(liang)，可以(yi)把污水源熱泵(beng)分為(wei)直(zhi)接式(shi)和間接式(shi)，兩者主要(yao)區別在于(yu)是(shi)否有中(zhong)介換熱循環。 

1）直(zhi)接(jie)式污(wu)水(shui)(shui)源(yuan)熱(re)(re)泵系(xi)統沒有中介換熱(re)(re)循環(huan)，污(wu)水(shui)(shui)經過簡(jian)單(dan)處(chu)理后直(zhi)接(jie)進入熱(re)(re)泵機組進行換熱(re)(re)，減少(shao)了熱(re)(re)損失，但污(wu)水(shui)(shui)與熱(re)(re)泵機組直(zhi)接(jie)接(jie)觸極易造成嚴重的污(wu)堵、腐蝕(shi)等(deng)問題(ti)，使(shi)系(xi)統的性能系(xi)數下降。

2）間接式污(wu)水(shui)(shui)源熱(re)(re)泵(beng)(beng)(beng)系統增加了中(zhong)介換熱(re)(re)循(xun)環(huan)，污(wu)水(shui)(shui)先與清(qing)水(shui)(shui)進(jin)(jin)行熱(re)(re)交換，清(qing)水(shui)(shui)再進(jin)(jin)入熱(re)(re)泵(beng)(beng)(beng)機(ji)組進(jin)(jin)行換熱(re)(re)。中(zhong)介水(shui)(shui)循(xun)環(huan)緩解了熱(re)(re)泵(beng)(beng)(beng)機(ji)組受損的風險，但過(guo)程中(zhong)的熱(re)(re)損失增大，從污(wu)水(shui)(shui)中(zhong)有效提取的熱(re)(re)能減少(shao)。

對于城市污(wu)水(shui)處理廠，直接(jie)式污(wu)水(shui)源(yuan)熱泵適用于水(shui)質(zhi)較(jiao)好的二級(ji)出水(shui)，間(jian)接(jie)式污(wu)水(shui)源(yuan)熱泵適用于水(shui)質(zhi)較(jiao)差的原(yuan)生污(wu)水(shui)。

2、污水源(yuan)熱泵的原理(li)

污水源熱泵系統的核心(xin)設(she)備主(zhu)要(yao)包括壓(ya)縮機(ji)、 蒸發(fa)器、冷凝器，以及一些(xie)閥門(men)（膨(peng)脹(zhang)閥、四(si)通換(huan)向閥等） 和泵送(song)設(she)備等。

下面，老吳就以直接式污水源熱泵系統為例，對污水源熱泵的運行原理進行簡單的介紹。

在夏季，污水廠二級(ji)(ji)出水的平均溫(wen)度為20～24℃，低(di)于環境空氣溫(wen)度，因此可將(jiang)二級(ji)(ji)出水作為冷源。 

污水源(yuan)熱(re)泵系統相當于一個(ge)制冷裝置(zhi)。通(tong)過轉動四(si)通(tong)換(huan)向閥，改變制冷劑工(gong)質的流動方向，液態工(gong)質在用戶側的換(huan)熱(re)器(qi)(qi)中進行等壓(ya)蒸(zheng)發，將用戶側的熱(re)量(liang)帶(dai)走，從而實現制冷的效果。工(gong)質吸收的熱(re)量(liang)則在污水側的換(huan)熱(re)器(qi)(qi)中釋放至污水處理廠(chang)二級出水中。

在(zai)冬季，污(wu)水(shui)廠二級(ji)出(chu)水(shui)的平均(jun)溫度(du)為10～15℃，高于環境空氣溫度(du)，因此可將(jiang)二級(ji)出(chu)水(shui)作為熱(re)源。

二級(ji)處(chu)理出水被泵送(song)(song)入蒸發(fa)器中(zhong)，將(jiang)蒸發(fa)器中(zhong)的(de)(de)液態(tai)(tai)(tai)制冷(leng)劑工(gong)質(zhi)等壓(ya)蒸發(fa)成(cheng)低壓(ya)氣(qi)態(tai)(tai)(tai)工(gong)質(zhi)。在壓(ya)縮機的(de)(de)作用下，通過消耗電(dian)能將(jiang)低壓(ya)氣(qi)態(tai)(tai)(tai)工(gong)質(zhi)等熵壓(ya)縮成(cheng)高(gao)壓(ya)氣(qi)態(tai)(tai)(tai)工(gong)質(zhi)，再將(jiang)其輸送(song)(song)到(dao)冷(leng)凝器中(zhong)。高(gao)壓(ya)氣(qi)態(tai)(tai)(tai)工(gong)質(zhi)在冷(leng)凝器中(zhong)等壓(ya)冷(leng)凝所(suo)放出的(de)(de)熱量用于向用戶側(ce)供暖。冷(leng)凝得到(dao)的(de)(de)高(gao)壓(ya)液態(tai)(tai)(tai)工(gong)質(zhi)通過膨脹閥形(xing)成(cheng)低壓(ya)氣(qi)液混(hun)合物，再次進入到(dao)蒸發(fa)器中(zhong)循環(huan)使用。

3、污水(shui)源熱泵的(de)優勢

1）初投資、運行費用低(di)

城市污水源熱(re)泵初(chu)投(tou)資和運行費用較(jiao)(jiao)低(di)，相(xiang)較(jiao)(jiao)其他系(xi)統，污水源熱(re)泵系(xi)統機房(fang)的占(zhan)地面積(ji)僅有50%。

系統會結合環境氣溫實現調節的(de)自動化，這樣只需要通過網(wang)絡技(ji)術便能夠實時監控，節省一(yi)部分人力(li)資源方面的(de)投(tou)入。

此(ci)外，污水源熱泵工作原(yuan)理較為簡(jian)單(dan)，相關設備具有較強(qiang)的(de)可靠性，在維(wei)護方面無(wu)須投(tou)入過多資金(jin)。

2）運行狀(zhuang)態平(ping)穩

污水的溫(wen)度與環(huan)境氣(qi)溫(wen)相比，一(yi)年四(si)季(ji)中更容易保持穩定狀態，水溫(wen)只在(zai)小范圍中變化，因此，應用(yong)污水源熱泵(beng)期(qi)間，運行狀態具有穩定性(xing)特征，能夠確保污水源熱泵(beng)的經濟(ji)性(xing)。

其他熱(re)泵系(xi)統在運行(xing)期(qi)間容易出現(xian)各(ge)種各(ge)樣問(wen)題，如空氣源熱(re)泵系(xi)統會產生除(chu)霜問(wen)題，開式水(shui)源熱(re)泵系(xi)統存在水(shui)源溫度、流量等(deng)參數不(bu)穩定(ding)問(wen)題，而污水(shui)源熱(re)泵運行(xing)穩定(ding)，通常不(bu)會出現(xian)問(wen)題。

3）環保效(xiao)果(guo)優良(liang)

污(wu)水(shui)源熱泵系(xi)統(tong)運行時，系(xi)統(tong)一直保持封閉(bi)，不(bu)會(hui)與其他系(xi)統(tong)產(chan)生直接(jie)接(jie)觸，這樣污(wu)水(shui)只是(shi)在封閉(bi)的(de)容(rong)器中實現循環利用(yong)，避免(mian)污(wu)水(shui)污(wu)染其他設備以及城市水(shui)源。

污水源(yuan)熱泵系統在發揮(hui)降溫功能期(qi)間(jian)，無需使用冷卻水塔(ta)，這樣就會(hui)防(fang)止污水源(yuan)熱泵使用期(qi)間(jian)冷卻水塔(ta)產(chan)生(sheng)的噪(zao)聲污染(ran)、水污染(ran)等問題。

除此之外，該技術(shu)釋放熱量期間，無須使用燃(ran)料能源(yuan)以及(ji)鍋爐房等傳統供熱設(she)備(bei)，這樣能夠防止由(you)于(yu)燃(ran)燒能源(yuan)而(er)產生的空氣污染問題。

4）高效節能

在寒冷的冬季，污水的溫度要高于室內氣溫，因此，熱泵循環(huan)的蒸發(fa)溫度和能效比都(dou)有所(suo)上升。

夏季污水(shui)的溫度要低于室內(nei)氣(qi)溫，冷凝溫度會因此下(xia)降(jiang)，其(qi)冷卻效果(guo)明顯優于冷卻塔式制(zhi)冷。

供(gong)暖(nuan)供(gong)冷過程中所獲得的熱(re)能(neng)或冷能(neng)大概是投入電能(neng)的5倍，具有高效(xiao)節能(neng)的優勢。

二(er)、應用污(wu)水源熱泵(beng)，污(wu)水廠要注意什么(me)？

從上(shang)文(wen)不難看(kan)出，污水源熱泵(beng)在污水處理廠應用有著(zhu)諸多優勢，但其(qi)使用還需注意以下(xia)問題:

1、清污防腐技術

盡管(guan)二級(ji)出水經過(guo)多級(ji)過(guo)濾以及生化處理，但是還會(hui)含有少量固(gu)體(ti)懸浮物和各(ge)種雜質，故清(qing)潔技術是該系統正(zheng)常(chang)運行的關鍵技術，需要注意堵塞、腐蝕、結垢等方面的問題(ti)。

2、與末端系(xi)統的匹(pi)配(pei)

直接(jie)式污水(shui)源熱(re)(re)泵系(xi)統一般在冬季(ji)提(ti)供熱(re)(re)水(shui)溫(wen)度(du)為40～45℃，能(neng)滿足(zu)風機(ji)盤管用(yong)戶(hu)或者地(di)熱(re)(re)用(yong)戶(hu)的要求；而散熱(re)(re)器用(yong)戶(hu)進水(shui)溫(wen)度(du)一般在70℃以上，熱(re)(re)泵的出水(shui)溫(wen)度(du)不能(neng)滿足(zu)其要求。

3、運行調節與監測調控(kong)

污(wu)水(shui)處(chu)理廠大規模地應用污(wu)水(shui)源熱泵系統，需(xu)多臺(tai)機組同(tong)時并聯運(yun)行，注意(yi)在末端不同(tong)負荷(he)條件(jian)下(xia)機組與各循環水(shui)泵的負載負荷(he)及開啟臺(tai)數問題。

同(tong)時，由(you)于很(hen)難實現對(dui)系(xi)(xi)統的(de)完全自(zi)動(dong)控制，需對(dui)系(xi)(xi)統采取自(zi)動(dong)監測與(yu)人(ren)工(gong)操作(zuo)相結合的(de)方式(shi)。

4、可靠性問題

如果污水(shui)源熱(re)泵系統(tong)應用于大(da)面積區域的(de)供(gong)暖或(huo)供(gong)冷，應考慮是否需要設置蓄(xu)熱(re)、蓄(xu)冷池，或(huo)者在冬季(ji)設置備用鍋爐的(de)問題。 

三(san)、國內(nei)外污水(shui)源熱泵應(ying)用(yong)發(fa)展情況(kuang)

污水(shui)源(yuan)熱(re)泵技術起源(yuan)于北歐國家，主要利(li)用(yong)城(cheng)市污水(shui)滿足居(ju)民的供熱(re)需求，隨后瑞(rui)典、挪威等(deng)國家開始(shi)陸(lu)續應用(yong)污水(shui)源(yuan)熱(re)泵系統(tong)。

1981年，世界上(shang)首個取用污水(shui)廠二級出(chu)水(shui)的直接式污水(shui)源熱(re)泵系統在(zai)瑞典Sala鎮投產(chan)，裝機容量(liang)為(wei)3.3MW，年產熱能25.6GWh，COP均值為(wei)2.6。值得一(yi)提的是(shi)，瑞典已(yi)成為(wei)目前(qian)應用(yong)污水源熱泵技術的代表國家。

日(ri)本(ben)也是(shi)開展污水源熱泵技術研(yan)究和應用較早的國家之一。日(ri)本(ben)首套污水熱能回收系統于1987年在東京落(luo)合污水處理(li)廠啟用，至(zhi)今東京大都會區已有11座(zuo)污水處理(li)廠建有污水源熱泵系統。

與北歐國(guo)家相比，日本污水源熱(re)泵技術的特點和優(you)勢是開發(fa)了一(yi)系列過濾裝(zhuang)置、流體(ti)換向裝(zhuang)置、自動(dong)清洗裝(zhuang)置等(deng)，使污(wu)水(shui)換熱(re)器(qi)在連(lian)續穩(wen)定運(yun)行中(zhong)實現自動清(qing)洗，減少(shao)了(le)換熱(re)管污(wu)水(shui)側結垢和(he)堵(du)塞(sai)的(de)(de)發生，極大地提高了(le)污(wu)水(shui)源(yuan)熱(re)泵(beng)的(de)(de)換熱(re)效率和(he)整(zheng)體(ti)性能。

當然，污(wu)水源熱泵技術(shu)在其他國家(jia)也得到了不(bu)同程度的應(ying)用(yong)。比(bi)如，

瑞士(shi)首都伯爾尼(ni)的(de)(de)污(wu)水處理(li)廠(chang)安(an)裝有1.4MW的(de)(de)污(wu)水源(yuan)熱泵，每年可為鄰近地區供熱約3GWh；美國芝加哥的(de)James C Kirie污水處(chu)理(li)廠(chang)建設(she)的(de)污水源熱(re)泵系統，使該廠(chang)減少40％的(de)供熱(re)供冷能耗；2021年，英國泰晤士水務公司啟動Hogsmill污水處(chu)理廠污水源熱(re)泵系統的建(jian)設項(xiang)目，預計每(mei)年為部(bu)分地區提(ti)供(gong)7WGh的低(di)碳熱(re)能。

相對來(lai)看，我(wo)國污水源(yuan)熱(re)泵技術研究(jiu)起步(bu)晚，2000年(nian)在北京高碑(bei)店污水處理廠(chang)才成功投產我(wo)國首個污水源(yuan)熱(re)泵項目。

近20年來，我國污(wu)水(shui)源(yuan)熱泵技術的應用主要集(ji)中在北方地(di)區，在南方地(di)區的應用相對較少。這主要是因(yin)為我國北方地區冬季寒冷，采暖季時間長，供熱市(shi)場需求大(da)。

從取用(yong)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)的(de)處理(li)狀態看，國內現有的(de)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)(yuan)熱(re)(re)泵(beng)系統多以(yi)(yi)城市污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)廠二(er)級出水(shui)(shui)(shui)作為熱(re)(re)源(yuan)(yuan)。哈爾濱、承德、南昌的(de)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)(yuan)熱(re)(re)泵(beng)工程以(yi)(yi)原生污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)為熱(re)(re)源(yuan)(yuan)；無錫(xi)太湖新城污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)廠以(yi)(yi)一級出水(shui)(shui)(shui)為熱(re)(re)泵(beng)熱(re)(re)源(yuan)(yuan)；青島、沈陽、 天津(jin)、秦皇島等地污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)廠以(yi)(yi)二(er)級出水(shui)(shui)(shui)為熱(re)(re)泵(beng)熱(re)(re)源(yuan)(yuan)。

需要特別指出的(de)是，國污(wu)(wu)水源(yuan)熱泵技(ji)術(shu)的(de)使用率仍處于(yu)較低水平。為了(le)提(ti)(ti)升(sheng)關技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究工(gong)作速(su)度(du)，我(wo)國還先后出臺了(le)《城(cheng)市污(wu)(wu)水回(hui)用設計規范》、《城(cheng)市污(wu)(wu)水再生(sheng)利用標準》等規定，為污(wu)(wu)水源(yuan)熱泵技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究與發(fa)展提(ti)(ti)供了(le)政策支持。

結 語

近年來，我國(guo)污(wu)水(shui)處理廠的排放標準不斷提高(gao)，而達成高(gao)排放標準往往是(shi)以高(gao)能耗投入(ru)為代(dai)價，這(zhe)使(shi)污(wu)水(shui)處理廠的碳排放量不容忽(hu)視。

面向碳達峰、碳中和目標，利用熱泵技術對污水中所蘊含的熱能進行回收利用，可有效降低燃料、電力等能源的消耗，在節省運行成本的同時大幅減少溫室氣體排放，是污水處理廠實現減污降碳協同增效的重要手段之一。

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