一、前言

  随着可持续发展的基本国策的贯彻实施，人们环境保护的意识越来越强，我国人口密度大，消耗总能源量逐年递增。城市污水源的开发和利用既是保护环境，又是新能源的利用，是一举两得的优秀工程，其性能也越来越得到认可，值得大力推广和应用。

  二、城市污水源热泵性能优点

  城市污水作为热泵冷热源具有以下优点：

  1、城市污水冬暖夏凉，受气候影响小，水温变化幅度小。与河水水温和空气温度相比，城市污水水温冬季较高，夏季较低。北方地区大气温度的年温差可能达到40℃，而城市污水的年温差温差只有20℃左右，是比较理想的热泵热源和空调冷源。由于人们生活条件的变化，这一优点还将更加突出。

  2、污水水量充足，可利用区域广阔。我国2006年城市污水排放总量达到了537x108t，如果将其全部用作低温热源，可以解决30x108m2建筑物的冬季采暖问题。很多大中型城市污水量巨大，均可建立污水热能回收与利用系统。

  3、运行稳定可靠。城市污水温度受时间和季节的影响较小，水温恒定，热泵机组运行稳定可靠，使用寿命长。不存在空气源热泵的冬季除霜问题。

  4、经济效益明显。污水源热泵系统不需要设置锅炉房和冷却塔等设备，节省设备和占地面积，从而降低设备投资、区域管网费用和系统的运行费用，还避免因冷却塔产生的噪音。日本实际应用的城市污水热能回收与利用系统的测算结果表明，与以往其它热供给系统相比较，大约可降低运行费用30%左右。

  5、环境效益显着。污水属可再生能源，符合国家可持续发展策略。污水源热泵技术使用的制冷剂一般是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质，不会破坏臭氧。而且，系统运行过程中没有燃烧，没有废弃物，不用远距离输送热量，只提取污水中的热量，不改变其化学、物理性质。不存在地下水的回灌和地表水的污染问题，不污染环境。污水源热泵系统可以将大量建筑内部的废热排放到污水中，而不是通过冷却塔或空调室外机组排放到室外环境，使城市热岛效应得到缓解。

  综上，污水源热泵系统节能减排效果显着，开发利用城市污水资源，对我国建设资源节约、环境友好型社会具有重要意义，极具推广与应用吸引力。

  三、污水源热泵机组特点

  污水源热泵机组主要是利用地表的污水源作为热源和冷源，因此它具有以下几个特点：

  1、能源可再生利用。污水源热泵系统进行能量转换时，利用的是地表水体中蕴含的太阳能。因此，污水源热泵机组利用的是可再生的清洁能源。

  2、高效节能。污水源热泵机组的水源冬季温度高于大气环境，夏季温度低于大气环境。由此可知，冬季热泵循环时的蒸发温度升高，制热能效高，而夏季循环的冷凝温度降低，制冷效果好。因此，采用合适的污水源热泵要比传统的空调系统节约成本费用。

  3、可相对稳定可靠地运行。热泵污水源的温度较为稳定，远小于空气的波动范围，因此是很好的热源和冷源。水的比热容较大，温度变化范围较小，可使热泵机组更稳定地运行，也保障了系统运行时的高效性。

  4、一机多用，可用范围广。热泵机组通过切换既可制热又可制冷，可以代替传统的锅炉设备和制冷空调。尤其是对同时有制冷和制热要求的建筑，热泵机组有显着的优势。不但节能，也减少了设备的投资成本。

  5、环保效果显着。污水源热菜使用的能源是清洁能源——电能，而传统的锅炉供暖设备在消耗燃料能源时会伴随有废弃产物以及产生温室效应的气体的排放。运行良好的水源热泵与电驱动的供暖设备相比，约减少了70%的耗电量。机组运行时消耗电能，因此没有污染，对地址条件要求不高，无需建立在远离人烟的工业区，无需远距离输送能量。因没有燃料消耗，无需排烟，所需建筑面积较小。

  6、自动化程度高。污水源热泵机组运行时工况比较稳定，系统的设计简单，可自动化控制，减少人力劳动，使用寿命可达15年。Nam与Ooka开发了双源混合热菜系统使用的热源为地下水和空气。在春秋两季，由于地下水和大气环境的温差并不是很大，因此地下水源热菜（GWHP）系统与空气源热泵（ASHP）相比，效率相差不大。他们的实验显示，先进的混合热泵系统，相比水冷系统提高了7%，而与空气源热泵相比有了18%的提高。Nam等人还研究了地下水源热泵的性能。地下水源热泵系统取决于温度和水的深度，它的效率远远高于空气源热泵。

  四、污水源热泵的发展优势

  我国城市污水源热泵技术推广应用虽然起步较晚，但在这几年一些工程的实际应用中，也不难看出其良好的发展势头。我国污水源热泵发展有如下的优势：

  1、城市污水排放量巨大、污水源十分丰富

  2010年我国城市污水年排放总量将达到464亿m3，城市污水二级处理也将增加6157万m3/d，为我国污水源热泵的发展应用提供了必要条件。

  2、具有推广与应用的吸引力

  污水源热泵只提取污水的热量，不改变其化学、物理性质。所以它运用过程不污染环境与井水源热泵相比，既可省掉打井费用，又不需要抽水与回灌所需的动力，也避免出现由于回灌不当而引发的地下水资源的破坏问题。因此污水源热泵在水源热泵中更具有推广与应用的吸引力。

  3、具有明显的经济效益

  根据日本某公司对不同供冷（供热）方式的经济分析结果，污水源热泵系统与传统的制冷加锅炉系统相比，可节约40%的运行费用，比空气源热泵系统节约30%。

  4、优化我国能源结构，缓解能源缺乏的问题

  污水被公认为是尚待开发利用的清洁能源，属于可再生能源范畴、应用与发展污水源热泵是改变城市以煤为主的能源消费结构及缓解能源缺乏现状的有效途径。

  5、是城市污水资源化的有效途径

  将城市污水处理同其水量和热量同时回收与利用结合起来，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。污水源热泵系统将是我国建筑节能中的高效节能技术，将为全国建设小康社会提供部分新的再生能源，实现能源结构的优化转变。同时，近年来，我国电力建设发展迅速。2005年总装机容量5.08亿千瓦，发电量达到二万多亿度。2010年全国发电装机容量预计将接近8亿千瓦，这为电动热泵的发展和应用创造了必要的条件。因此，污水源热泵在我国的应用与推广将会有广阔的前景。

  五、污水源新技术开发展望

  1、变废为宝的水体开发利用理念

  面对全球水资源的缺乏问题，将节水策略应与水环境系统设计有机结合起来。

  室外的铺装注意水体的循环、蒸发、吸收利用，减少热岛效应；考虑水的分类使用、循环使用与节水设计，加强水体处理应用于景观、灌溉用水，降低城市耗水量，从而降低城市污水处理的能耗，减少污水排放对水源的污染，达到节能减排的目的。

  利用非传统水源，将污水“变废为宝”。在天津公馆项目上成功应用“污水源热泵空调系统”，实现冷暖及生活热水的三联供，且该系统不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，环保效益显着。正如中国工程院院士江亿所言，“在具备污水的条件下，污水源热泵空调系统是目前最经济的热泵应用方式。”

  2、建筑成为环境调节器

  如果人工的建筑物在降低能耗、利用可再生能源的同时可以同步改善现有的自然环境，那将是一件两全其美的事情。日本的“零排放住宅”，外墙表面的超亲水涂料可以起到墙体自净、净化空气的作用。涂料中的“光解酶”成分，经过太阳照射后释放出的活性氧可以分解大气中的氮氧化物。这种像自然界的生物一样可以“呼吸”的建筑，让我们看到了在低碳设计的道路上，理念与技术的相得益彰。

  3、低碳设计理念的推广与建立完善的后评价机制

  通过政策法规的制定、专业机构的实施推进、经济杠杆的运用、设计师有目的的引导等手段进行低碳项目的推广，是行之有效的手段。一个理性的建筑设计过程加上一个具有延续性的环境性能评价过程，才能形成一个完整的循环。由评价提供的反馈信息最终可以转化为设计的优化策略。比如在新材料新技术的推广应用上，不能单纯的从感觉上判断节能的效果，而是通过一个有效的评价机制，获得科学的严谨的数据，从而从经济、环保等方面综合判断其应用价值。如太阳能光电转化装置，成本较高、回收期较长，在大量的居住性建筑中推广就较为困难。

  六、结束语

  通过污水源热泵系统来对城市污水进行再处理，可以改善我国环境污染以及水资源短缺的现状，也是国际学术方面的前沿性话题。加强对污水源热泵系统的研究，可以明显的增加经济效益，也可以优化我国资源结构，是一举多得的优秀科技项目。