热泵空调系统技术方案的探讨
1 项目背景及意义
该项目依据国家“十二五”期间节能减排工作关于“进一步深入推进建筑节能，加快发展绿色建筑，促进城乡建设模式转型升级”的部署；响应河南省《关于加强建筑节能工作的通知》中“将在全省建筑中全面推广应用太阳能、地源热泵等可再生能源技术”的号召。
能源与环境是可持续发展的两大主题，目前以燃烧石化原料为主的建筑物供暖空调不仅能耗量大，而且对环境造成极大污染。建筑能耗约占社会总能耗的33%，建筑能耗包括采暖、通风、空调、照明、生活热水、炊事、各类家用电器等，其中采暖、通风、空调的能耗占整个建筑能耗的50～60%。
污水源热泵系统是我国当前各类热泵技术中发展和应用前景最被看好的一种，20世纪80年代初在瑞典、挪威等北欧国家就已经开始对污水源热泵技术的应用，而现在我国污水源热泵也得到一定程度的应用。数据统计显示，应用污水源热泵系统比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比传统的燃煤锅炉节省l/2以上的煤炭资源。由于污水源热泵的热源温度全年较为稳定，其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40%左右，其运行费用仅为普通空调的50-60%。在清洁供热方式对比方面，污水源热泵的经济效益十分显著：设备投资、年运行费用、年运行成本3个方面分别为地下水热源系统的84.1%、85.0%、72.5%，为燃气空冷空调系统的77.1%、35.0%、46.2%。
2 设计方案 2.1 项目概况
本工程为河南建筑职业技术学院餐厅空调项目，建筑面积为15700㎡，空调面积6700㎡，三层结构，其中第三层只有一半是餐厅，一半是屋顶。拟采用风机盘管作为空调系统的末端装置，采用污水源热泵作为空调系统的冷热源。用以满足该餐厅夏季制冷、冬季采暖和全年热水需求，而且夏季是使用空調废热制备热水，节能环保效益显著。
2.2 项目资源状况
本项目位于郑州马寨镇工业园区，康师傅水厂以及周边其它工厂的污水管道距项目所在地50m左右，管道埋深地下6m，经过测算，污水量基本能满足需求，但一天中呈现高地峰现象，故需设污水储水池，以备最不利工况条件下能满足需求。，
3 技术参数
根据实际测试数据，污水数据为冬季水温： 10-16℃ ；夏季水温： 22-24℃ ；污水水质：PH≈7；设计污水热交换温差冬季3℃、夏季5℃。
根据民用建筑供暖通风与空气调节设计规范，室内空气设计参数冬季采用18℃，夏季采用28℃。冷负荷计算方面，因项目所在地属于学校餐厅，在夏季最热时候和冬季最冷时候都处于放假阶段，餐厅不工作，所以总的设计冷负荷为500kw，总的热负荷为320kw。
4 工艺流程
采用闭式污水源热泵系统，污水先将热量或冷量传递给清洁水（起中介导热作用，又称中介水），中介水再进入热泵机组进行冷热量转换。
5 技术关键与难点
污水源热泵系统既节能环保，又经济。与其他热源相比，污水源热泵的技术关键和难点在于防堵塞、防污染与防腐蚀。
（1）防堵塞技术
污水源热泵系统中，堵塞问题是首当其冲的。因为一旦发生此问题，换热设备将完全失去功能。堵塞最严重的当属城市的原生污水，为防堵塞，先行过滤是最容易想到的物理方法。就其机理而言，过滤永远是容易的，可以采用多级过滤将污水处理到任意的洁净程度。过滤工艺的难点永远都是在如何清理滤面，以保证过滤过程能够连续地进行这个问题上。最好的方法是对滤面进行连续的水力反冲洗，其原理如图2所示：
该装置又称滤面的水力连续自清装置，滤面自身旋转，在任意时刻都有部分滤面位于过滤的工作区，另一部分滤面位于水力反冲区。在滤面旋转一周的几秒到十几秒时间内，每个滤孔都有部分时间在过滤的工作区行使过滤功能，另一部分时间在反冲区被反洗，以恢复过滤功能，这里称之为滤面过滤功能的再生。污水经由过滤后去换热设备无堵塞换热，换热后的污水回到污水热能处理机的反冲
区对滤面实施反冲，并将反冲掉的污杂物全部带走至排放处。该装置不惧怕任何污杂物含量的污水，工作可靠，价格低廉，无需人工清理污杂物。
（2）关于对换热面的污染与腐蚀问题
首先，关于腐蚀问题，城市的生活污水虽然水质极差，但其PH值却近似为7。地面水的酸碱度也近似为中性。
就暖通空调所用水源热泵而言，不良水质对换热设备腐蚀与污染问题的严重性在一些专业人士的心目中往往被夸大了。实际上地面的自然水和城市污水对换热设备的腐蚀与污染问题在实际工程中都不很显著，大可不必过分地应对。换热设备采用通常的碳钢材质即可。完全不腐蚀是不可能的。轻度的腐蚀仅会些许降低换热系数，假定运行一个相当长的周期后换热器腐蚀到了即将泄漏的程度，换一台换热器也比当初采用特种钢材经济。
6 前景展望
城市污水源热泵系统真正实现了城市污水热能资源化，其正在也必将为我国可再生能源的持续利用与发展做出更大的贡献。2010年我国污水排放量达720亿吨/天，水温全年在10～25℃之间，按开发30%的水量计算，可满足至少3亿m2建筑的空调需求。每年节约煤炭600万吨，减少CO2排放1275万吨，减少SO2排放105万吨。同时，可直接为用户节省运行费用48亿元以上。预计未来随着污水源热泵技术的进步，应用前景将更加广阔。
参考文献
[1] 全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调动力.中国计划出版社，2009 [2] GB 50366-2009 地源热泵系统工程技术规范，中国建筑工业出版社，2005
