日本污水源热泵空调污水取水换热技术进展分析

 日本是利用城市污水热能较早的国家, 1987年东京大区污水管理局启动了污水热能开发利用计划[ 12] , 系统总供热量为8 .94 MW , 供冷量为11 .64 MW 。在此项计划中, 日本的污水源热泵技术在国际上取得了突破性进展, 提出了有别于北欧国家、专门针对城市污水水质特点的城市污水取水换热技术。

 

  首先, 日本开发了污水自动清污过滤器。该设备主要由筒状旋转滤筛、刮刷、驱动电动机和排污阀等部件组成。筒状滤筛用于过滤污水中的杂质, 电动机带动滤筛旋转, 挂在滤筛上的污杂物被刮刷清除, 然后被反冲排回污水干渠, 实现污水取水除污过程的连续稳定运行。其次, 日本开发了专门用于污水换热的污水换热器和自动清洗系统[ 5] , 如图4 所示。污水换热器的换热图4 污水换热器及其自动清洗系统管不同于普通壳管式换热器的换热管, 其内置有滑动毛刷, 两端设有毛刷容纳管, 毛刷在水流换向时沿管内壁往复滑动, 达到清除换热管内壁污物的作用。为改变污水的流向, 日本发明了四通换向阀。

 

  需要说明的是, 日本发明的四通换向反冲洗除污技术比北欧国家早15 年以上。结合上述技术, 日本提出了污水热能直接提取式污水源热泵系统, 并于1987 年首次在东京Ochiai 污水处理厂的污水源热泵系统中使用, 运行效果良好。该系统制冷COP达到4 .65 , 供热COP 为3 .59 。另外, 污水热能间接提取技术在日本也有应用, 1995 年投入运行的东京Koraku 1-chome 污水源热泵区域供热供冷系统即采用了该技术方式[ 2] 。该系统采用开式自动旋筛过滤器过滤原生污水中的污杂物.自动旋筛过滤器由旋转筛滤筒、刮刀、反冲洗喷嘴、电动机、污水入口、污水出口、排污口和壳体构成。该设备可以实现连续稳定过滤污水和滤面清洗再生, 保证了后端热泵机组运行的稳定性。

 

  Koraku 1-chome 污水源热泵系统制冷COP 为4 .3 , 制热COP 为3 .9 , 性能远好于空气源和普通水源热泵系统。

 

  与北欧相比, 日本污水源热泵技术突出的特点在于针对城市原生污水在堵塞和换热过程中的特殊性, 开发了闭式污水自动清污过滤器和开式自动旋筛过滤器, 开发了内置滑动毛刷的、能够实现换热管内污水流向自动换向功能的自动清洗污水换热器, 解决了因污水中的污杂物在换热管内沉积而带来换热器换热效率降低的问题, 提高了污水换热器的换热效率。

 

  北欧和日本污水源热泵技术的发展和应用给人们提供了极具参考价值和启发性的污水取水换热过程理论研究和相关技术开发的新思路、新方向和有效途径, 表明了污水换热器换热管除污和强化换热是污水源热泵技术需要进一步研究和解决的关键问题。