利用地源热泵、太阳能处理工业废热的方法
【专利摘要】本发明涉及工业废水再利用方法，具体涉及利用地源热泵处理工业废热的方法，属能源再利用领域。本发明利用生活废水和工业废温水借助制冷循环系统，通过消耗少量的电能，在冬天将水资源中的低品质能量“汲取”出来，经管网供给室内空调或采暖系统；夏季将室内的热量带走，并释放到水中，一达到夏天制冷的效果。本发明以废水为热源体，吸收或向其释放热量，从而达到制冷和供暖的目的，既不消耗水资源也不会对其造成污染。没有燃烧的过程，避免了排烟污染，供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音与霉菌污染，使环境更加洁净优美。每投入1KW电能可得到6KW左右的能量，能源利用率为电采暖的6倍以上。当断电时，太阳能可以作为有效补充，可以持续供暖。
【专利说明】利用地源热泵、太阳能处理工业废热的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业废水再利用方法，具体涉及利用地源热泵处理工业废热的方法， 属能源再利用领域。
【背景技术】
[0002] 工业废热主要来源于工业废水或废气的直接排放或间接排放，据统计，各行业的 余热总资源约占其燃料消耗总量的17%?67%，其中有60%可回收利用。我国工业余热资 源回收率仅33. 5%，即2/3的余热资源是尚未被利用。随着节能减排被列为考核经济发展 的"硬性指标"，余热利用以其可观的经济效益与社会效益不断被提上国家战略层面。目前 对工业废热的再利用主要是发电或取暖。利用工业废热发电技术较为成熟，但利用工业废 热民用取暖技术相对较为薄弱，工业废热再利用目的不仅在于将化工企业、热电厂、钢铁厂 的所浪费的余热转化成可观的经济资源，同时还在于把这种资源转换成供热制冷服务，改 善百姓生活质量，提供再生能源，对全国的节能减排、循环经济将产生重大深远的影响。目 前未见能成熟推广的方法，尤其是利用地源热泵、太阳能处理工业废热的方法。而太阳能是 一种洁净能源，其开发和利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的 替代能源，是能源开发的发展方向。
【发明内容】
[0003] 本发明目的在于提供一种利用地源热泵、太阳能处理工业废热的方法，达到环保、 节能目的。
[0004] 地源热泵（Ground. Source. Heat-Pump)通常是利用地球所储存的太阳能资源作 为冷热源，进行能置转换的供暖制冷的空调系统，它利用地下常温土壤和水温度相对稳定 的特性；冬季：当机组在供热模式时，就从土壤/水中吸收热量，通过电驱动的压缩机和热 交换器把大地的热量集中，并以较高的温度释放出到室内。夏季：当机组在制冷模式时，就 从土壤/水中提取冷量，通过机组的运行将冷量集中，送入室内，同时把室内的热量排放到 土壤/水中，达到空调的目的。
[0005] 为实现本发明目的，本发明利用生活废水和工业废温水借助制冷循环系统，通过 消耗少量的电能，在冬天将水资源中的的低品质能量"汲取"出来，经管网供给室内空调或 采暖系统；夏季将室内的热量带走，并释放到水中，一达到夏天制冷的效果。
[0006] 具体技术方案如下：
[0007] 利用两套能量转换系统，即太阳能溴化锂吸收式机组和水源热泵机组对生活废水 和工业废水进行余热利用。在冬季，通过闭式循环系统，利用盘管对生活废水及工业废水进 行热交换，提取其中热量后循环水通过板式换热器与水源热泵模块机组中蒸发器进行热交 换，利用水源热泵模块机组中的制冷系统提取废水中的热量，当生活废水与工业废水流量 或余热量降低时，太阳能集热器及吸收式溴化锂机组相互配合，辅助废水系统进行热交换， 对水源热泵模块机组提供热量。再通过水源热泵机组将废水中的热量、太阳能集热器收集 的热量以及吸收式制冷机产生的热量集中供给到室内用户中，从而达到制热的效果。常规 太阳能溴化锂吸收式机组由于受地域及司机光照影响无法提供连续恒温需求，而加入水源 热泵机组联动，在光照不稳定时期，可作为替补能量系统，提升系统整体制热效果的同时降 低系统运行能耗。在夏季，生活废水及工业废水作为冷源，用户室内的热量通过水源热泵模 块机组输送至生活废水及工业废水中，同时，利用吸收式溴化锂机组对与生活废水及工业 废水进行热交换的闭式循环系统再次进行降温，降低水源热泵模块机组冷凝器进水温度， 进一步制冷之后供给到室内用户，同时将室内热量运输至生活废水和工业废水中去。普通 水源热泵机组在夏季制冷量有限，加入吸收式制冷机组之后能够大大提高整个系统的制冷 量，提升夏季制冷效果的同时降低运行能耗。
[0008] 水源热泵机组中蓄水池采用包覆式蓄水池：将部分主要换热管道以埋管的形式敷 设在蓄水池四周池壁及池底，并配合蓄水池内部封闭环路盘管换热系统对蓄水池中的生活 污水、工业废水等提取热量/冷量的综合高效蓄水设施。
[0009] 包覆式蓄水池在普通蓄水池的基础上充分利用蓄水池池壁及池底空间进行换热 利用，同时隔断了普通蓄水池池水中的热量/冷量通过池壁及池底散失到大气或者土壤中 去，使得系统对蓄水池中的热量/冷量利用更为充分，同时，因为包覆式蓄水池的换热管道 埋设在蓄水池池壁及池底，不受池水污物阻塞，不需要定期清理，能够保证包覆式蓄水池换 热系统常年不间断换热，实现高效、稳定运转。
[0010] 本发明具有如下技术效果：
[0011] (一）、供热时可代替锅炉房系统，没有燃烧的过程，避免了排烟污染，供冷时省去 了冷却塔，避免了冷却塔噪音与霉菌污染，使环境更加洁净优美。
[0012] (二）、每投入1KW电能可得到6KW左右的能量，能源利用率为电采暖的6倍以上。
[0013] (三）、省去锅炉房以及与之配套的煤场和渣场，及热水器等节约了土地资源。
[0014] (四）、以废水为热源体，吸收或向其释放热量，从而达到制冷和供暖的目的，既不 消耗水资源也不会对其造成污染。
[0015] (五）、通过该方法及系统实现制冷和供暖，一次性投资只有传统制冷制热投资的 1/2?2/3 ;运行费用只有传统费用的1/2?2/3。
[0016] (六）当断电时，太阳能可以作为有效补充，可以持续供暖。
[0017] 适用范围广：机组运用水源温度范围宽：7?50°C ;既可提供7°C或50°C空调冷热 水，也可提供生活洗浴用水，也可作为城市区域供热的热源使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明工艺流程图。
【具体实施方式】
[0019] 为对本发明进行更好的说明举实施例如下：
[0020] 河南省商丘市某工程，建筑面积约5000m2,空调室内设计温度：夏季：tn = 26±1°C，冬季：tn = 20±1°C。夏季空调室外计算湿球温度26. 4°C ;干球温度37. 5°C。冬 季空调室外计算相对湿度（最冷月平均相对湿度）Φ =45% ;干球温度-7°C。大气压力： 夏季：px = 99. 86Kpa，冬季：pd = 102. 04Kpa。该项目工程具体建筑室内空调要求为舒适性 空调要求。
[0021] 根据舒适性空调相关数据计算得出该项目工程设立一个机房，机房配置220kw水 源热泵模块机组2台，115kw吸收式溴化锂机组1台，HDR-28TT21 0 58-33太阳能集热器50 组，80m3/h循环水泵4台（2备2用），50m3/h冷冻水泵4台（2备2用），60m 3/h污水泵3台 (2备1用），不等型号板式换热器3套，8m3/h软化水系统1套，5m 3/h热水系统1套。管材 管件、阀门及末端系统在此不详细列举。
[0022] 冬季工况下，通过闭式循环系统，利用盘管对生活废水及工业废水进行热交换，提 取其中热量后循环水通过板式换热器与水源热泵模块机组中蒸发器进行热交换，利用水源 热泵模块机组中的制冷系统提取废水中的热量，当生活废水与工业废水流量或余热量降低 时，太阳能集热器及吸收式溴化锂机组相互配合，辅助废水系统进行热交换，对水源热泵模 块机组提供热量。
[0023] 夏季工况下，生活废水及工业废水作为冷源，用户室内的热量通过水源热泵模块 机组输送至生活废水及工业废水中，同时，利用吸收式溴化锂机组对与生活废水及工业废 水进行热交换的闭式循环系统再次进行降温，降低水源热泵模块机组冷凝器进水温度，从 而提高模块机组降温效果，降低蒸发器出水温度，达到提高室内降温效果的同时，降低系统 运行能耗。
[0024] 用户可根据需要设定机组冷却水（供暖）和冷冻水（供冷）回水温度；控制器根 据机组回水温度自动控制压缩机的启停数量，调节冷量或热量输出，满足不同负荷要求，保 证机组的合理效率，节能省电，具有良好的经济效益。机组部分负荷工作时仍可利用蒸发器 的最大表面积进行换热，因而部分机组工作时效率有所提高，耗电量降低。
[0025] 从节能减排环保角度，本发明采用地源热泵处理废热，取代了传统的燃煤和锅炉 供热制冷。不仅能帮助当地政府完成上级下达的节能减排任务，还会大大改善当地的空气 质量，为环境保护做出贡献。
[0026] 以10000m2燃煤锅炉供暖为例，每天供暖20小时，燃烧10吨煤，每一吨煤燃烧后 向大气排放16kg粉尘，22kg二氧化硫，7kg碳化物。也就是说每天烧10吨煤要向大气排放 160kg粉尘，220kg二氧化硫，70kg碳化物。每年使用220天，需要向大气排放35200kg粉 尘，48400kg二氧化硫，15400kg碳化物。而采用本发明技术方案为零排放。
[0027] 本发明地源热泵、太阳能处理工业废热的方法与传统中央空调运行费用对比，见 表1 :可以看出，本发明工艺节能、环保，符合国家政策，有很好的推广应用价值。
[0028] 表 1
[0029]
【权利要求】
1.利用地源热泵、太阳能处理工业废热的方法，其特征在于，利用两套能量转换系统， 即太阳能溴化锂吸收式机组和水源热泵机组对生活废水和工业废水进行余热利用；在冬 季，通过闭式循环系统，利用盘管对生活废水及工业废水进行热交换，提取其中热量后循环 水通过板式换热器与水源热泵模块机组中蒸发器进行热交换，利用水源热泵模块机组中的 制冷系统提取废水中的热量，当生活废水与工业废水流量或余热量降低时，太阳能集热器 及吸收式溴化锂机组相互配合，辅助废水系统进行热交换，对水源热泵模块机组提供热量； 再通过水源热泵机组将废水中的热量、太阳能集热器收集的热量以及吸收式制冷机产生的 热量集中供给到室内用户中，从而达到制热的效果；在夏季，生活废水及工业废水作为冷 源，用户室内的热量通过水源热泵模块机组输送至生活废水及工业废水中，同时，利用吸收 式溴化锂机组对与生活废水及工业废水进行热交换的闭式循环系统再次进行降温，降低水 源热泵模块机组冷凝器进水温度，进一步制冷之后供给到室内用户，同时将室内热量运输 至生活废水和工业废水中去； 水源热泵机组中蓄水池采用包覆式蓄水池：将部分主要换热管道以埋管的形式敷设 在蓄水池四周池壁及池底，并配合蓄水池内部封闭环路盘管换热系统对蓄水池中的生活污 水、工业废水提取热量/冷量。
【文档编号】F25B27/00GK104251571SQ201310261365
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】朱瑞敏, 张跃进, 董广鑫, 赵志选, 白岩 申请人:朱瑞敏