| 混水源热泵的普及对全球气候变暖的影响 |
| 作者：陈相荣 发布于：2020/1/7 11:49:28 点击量： |
摘要：有专家预测到2030年全球地表气温平均温度将上升1.5℃，地球表面的雪山和冰川大量融化消失，海平面上升，河流干枯，洪水泛滥、飙风等恶劣气候直接影响人类生存，为了应对全球气候变暖，解决全球环境污染问题，我国政府采取了众多措施，制定战略规划，成立国家级环保督查，全国性限煤禁煤，取缔燃煤、燃油、生物质锅炉；采用燃气清洁能源和可再生能源；鼓励使用太阳能风能、电能，降低污染物和总热的排放。禁煤后，冬季采暖和热水导致燃气资源紧张、电力资源紧张，全国性气荒电荒，相对燃煤，并未减少地球表面排放总热，并未改变全球气候变暖的趋势。由卡西尔环保科技创新研发的混水源热泵系统以传统水源热泵理论为基础，采用地表浅层地热能和污水能，将传统水源热泵水源水质水温，水温提升温差和提热温差范围扩大，是治理空气、水、土壤等环境污染和降低地球表面温度，缓解全球气候变暖趋势的又一切可实行的应对措施。 关键词：地表浅层地热能； 混水源热泵； 污水提热
在“铁腕治霾，保卫蓝天”的环保大背景下，各地都在进行环保大检查，拆除燃煤锅炉，禁止燃烧生物质燃料，改用天然气、电、深层地热能等清洁能源，治理效果不差，而雾霾依旧存在，其原因是煤改电、煤改气后，燃气产生的烟尘减少了，形成雾霾的烟气减量不大，电锅炉和电暖气无污染无排放，将污染排放转移到火力发电厂，排放总热不断增加，地表温度升高，加快地表有机物快速分解，同时增加地表温度和污染速度。也就是说煤改电和煤改气，只是对燃煤的烟尘的治理，而不能解决气候变暖的趋势。全球气候变暖，气温升高，不仅是雪山和冰川的消融、河流的干枯，洪水泛滥，地震海啸等灾害天气的频发，地表温度的增加同样加速地表动植物和微生物的疯狂繁殖生长，污染排放产生的速度，达到极限，人类无法治理。要解决全球气候变暖问题，我们唯一能做的就是，减少石化能源的消耗，减少污染排放，大面积采用0污染和0排放新能源。混水源热泵技术就是其可行措施之一。
1混水源热泵技术
热泵是利用逆卡诺循环原理，将低品位热能提升到高品位热能的热量运输装置设备。它是由蒸发器、膨胀阀、冷凝器、压缩机及其附属控制系统组成；（见系统原理图）运行过程中低温流体进入蒸发器，热量被蒸发器吸收后变成更低温的流体排出；而低温热能经过压缩机压缩转化成高温热能，在冷凝器释放出高温的热能；高温流体进入冷凝器吸收热能后，变成更高温度流体排出，实现低温热能到高温热能的运输过程。在整个过程中没有新的热能产生，用电仅起运输热能的作用。因此热泵技术是0污染0排放，排放总热为0的环保节能可持续采暖技术。
目前采用常用的热泵按照热源的流体通常分为：以空气为热源的空气源热泵，以水为热源的水源热泵。冬天气温低，空气源热泵运行时能效比低，同一台压缩机压缩量小，提热能力低，不适宜在极寒地区的采暖；而以水为热源的水源热泵，因水温高于冰点，远高于冬季气温，提热运行时能效比高，提热能力大，凸显优势，受到各地企业和政府的重视，2017年12月29日，国家六部委联合发文鼓励支持使用水源热泵系统提取浅层地热能冬季采暖和提供热水。目的在于减少污染物排放和热能损失，缓解环境压力和控制地区气温升高趋势。
混水源热泵是卡西尔环保科技的研发团队，在交大专家教授学者的关心指导下，以水源热泵技术为基础，结合我们多年的经验实践研发的一种创新采暖设备，可缓解气候变暖、地表变暖趋势的采暖热水设备技术。与水源热泵比水源的水质由单一清水改为清水、污水、废水公用的多水质水源，水源的水温由8℃～18℃扩改为-9℃～85℃，水源的提热温差由0～8℃扩大到0～85℃，热泵提热能力和能效比，远高于传统水源热泵系统，因此混水源热泵机组系统又称超低温超宽温混水源高效提热热泵系统。是目前能直接采用各种污水废水清水为数不多热泵机组。
2 混水源热泵的水源范围
混水源热泵是以水源热泵理论为基础，创新研发出来的高效水源热泵系统，水源热泵适用的水热源均可用于混水源热泵系统。同时范围又扩大到更广的领域。
1) 清水源：温度跨度更大的高温冷却循环水、地热温泉水、工业排放废热水；低温的河
水、湖水、海水、江水、水源热泵不可使用的浅层地表水。
2) 污水源：除污水处理厂的中水外，可直接使用固体含量在一定范围内的污水，包括煤
矿、金矿、铜矿的矿涌污水、城市生活污水、工业生产污水废水；包括海水、苦咸水、地下含硫、含氟的腐蚀性强的水。
3) 人造污水源：可以与污染治理协调使用，感应电化学是低温污水水处理技术，在低温
的水中污染物快速分解降解无害化处理后，产生大量的低品位热能，与混水源热泵配合使用一举两得，既减少污水处理的热量排放、又充分利用污水处理过程的热能供采暖和热水应用。因此混水源热泵添加一定的成熟技术未来将大量可乳化溶解污染物，经过溶解处理作为热源，包括臭水河沟和污水处理厂的淤泥；餐饮食品行业的垃圾，可溶性工业垃圾等。我们期盼这一天的到来。
3 混水源热泵在采暖市场的未来趋势
从环保节能缓解全球气候变暖的趋势和解决地方气源紧张、电力资源紧张的角度分析，混水源热泵是逐步替代现有现有采暖模式升级技术产品。
冬季采暖热源主要采用燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、生物燃料锅炉，电锅炉、空气源热泵、水源热泵、深层地热水及混水源热泵。
燃煤锅炉，烟尘污染、硝化物污染、能源利用效率低，除了大型热力公司以外，全国各全部强制拆除。
燃气锅炉，因煤改气原因，导致气源紧张，气价上涨，许多企业行业用不起，不能正常使用。在今年河北天津的市场的调研结果，使用燃气锅炉，冬天出现供气，温度没保障，同时出现严重亏损。
燃油锅炉，大量的挥发性有机物硝化物的排放和超过的运行费用，用户和环保部门均不支持。
生物燃料，在空气燃烧排放烟气，污染高于燃气接近燃煤，多地区环保部门开始禁止采用生物燃料，包括生物质颗粒燃料、粉末木屑燃料。
以上几种热源均是以燃烧产生热能，供我们采暖和使用的。在燃烧过程产生大量排放物，消耗均为不可再生能源，污染环境，总热排放增加，加快气候变暖，影响人类的生存空间。
电锅炉，采暖过程中无污染排放，清洁环保，大量使用电锅炉采暖，需要增加火力发电厂来补充，将污染排放和总热排放转移到电厂。
空气源热泵，是从空气中提取热能的采暖设备，与电锅炉比能耗低，而用户的经济承受能力一般很难接受。
水源热泵，是一个既节能又环保热源浅表层地热能，深受广大用户的喜爱，因水源的水质温度，和设备提热温差，提温能力的限制，直接影响他的普及与推广。
深层地热能，是直接利用地下高品位热能采暖，造价高，平均每平方造价超过300元，运行维护费用没有优势。地热资源一般是有限的资源，用完了需要重新再勘探。
相比较而言，以上8种采暖方式种，燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、生物燃料锅炉通过燃烧获取热能，烟气排放量大，产生的热能释放到大气中增加了周围空气的温度，污染环境；电锅炉、空气源热泵、水源热泵、深层地热水是符合环保要求的热源，从节能和经济的角度、全球气候变暖的角度来考虑，将逐步被可以利用浅层地热能、垃圾污水处理分解热能混水源热泵所替代。
4 混水源热泵的推广对环境和全球气候变暖的影响
目前环境污染的来源主要是化石能源的运用排放和总热排放，而混水源热泵系统的运行新产生热能为0，只是热能的提取和转移，消耗的电能仅是提取运输转移热能的作用。
冬季采暖82%采用的燃煤和天然气，从开始试炉开始，空气污染指数就急剧下降，天灰灰，地茫茫，难见天日，一直到采暖结束。2014年北京欧佩克蓝天证明，冬天的蓝天，需要我们减少冬天采暖煤炭、天然气等化石燃料资源的消耗，而混水源热泵在真个采暖防冻过程中没有污染排放。
对于一个地方来讲，采暖没有硝化物、挥发性有机物、烟尘排放，没有燃料燃烧的热能排放，他们的热能只是从自然界的地表某处提取送到室内，房内、棚内，减轻了空气的污染。同时也减少治理空气污染资源和人力的投入。室外空气温度下降，抑制大气温度升高。
对于种植业和养殖业，与种植费料和养殖污水无害化处理相结合，解决了植物残体和动物养殖污水的处理问题，同时解决冬天植物和养殖恒温防冻问题。
混水源热泵目前的单台提热能力从2KW到15.6MW，可以替代农村城市冬季有排放的燃料采暖，可替代农业大棚室内恒温热源，海水养殖燃煤热源，替代居民冬季燃煤燃气采暖。一方面实现大气0污染，另一方面解决其他水污染和土壤污染，更重要的是将污染物处理产生的热能充分利用。实现采暖防冻总热量的控制，排放总热为0；大气温度在下降，地表温度在下降，全球地表温度趋势得到控制。
5 混水源热泵的对电力资源的影响
混水源热泵的高效提热能力远高于水源热泵、空气源热泵、各种电锅炉；与电锅炉、空气源热泵、水源热泵比同样水源采暖热能参数，耗能负载至少节省30-80%，也就是说，一个地区又25MW电力负荷，用电和空气源热泵采暖需要100MW的供电负荷，电力缺口75MW，需要建造80MW以上的发电厂；而选用混水源热泵仅需15-20MW的电力负荷，富余5-10MW，节省80MW电力配套设施的建设和投入。因此局部区域选择混水源热泵可以
因此，选用混水源热泵采暖，解决环保问题的同时，也解决了地方电力资源紧张，需要大幅增容的巨额投入和高额的采暖费用。
6 结论
混水源热泵技术，是将污水治理处理与采暖提热整合起来的一项颠覆性的创新技术和思路。一方面，提取浅层地表水中低温热能的同时，处理水中的有机污染物并将处理热能回收；另一方面，在缺水地区，直接将污水处理有机物处理与混水源热泵结合起来，实现治污热能的综合利用。混水源热泵单台能力范围强大3kw—15.6MW范围可以自行设计。
混水源热泵在室内海水养殖业，冬天水源热源选择排放污水和低温海水，排放污水经过处理产生的热能和污水本身的热能经过混水源热泵提取转移到新鲜海水中，养殖池中水温不够和空间恒温，选择低温海水为水源热源。改变传统的燃煤热源，解决了燃煤排放的污染，排放的热能；污水排放的污染，及污染产生热能；因此就海水养殖加热恒温而言，加热过程无污染无排放，加热的热能来源于海水和排放污水，整个区域大气热能总量不变，污染排放为零。
混水源热泵在动物养殖业，冬季水源可以使用浅层地表水和排泄污水，首先考虑排泄污水
处理产生的热能，在热能不够时再选择浅表层热源，与海水养殖行业一样，整个冬季室内恒温防冻，不消耗生物化石燃料资源，无排放，整个区域行业大气热能总量增加为0，污染排放为0。
混水源热泵在酒店宾馆洗浴行业，洗浴排放污水废水作为生活热水的热源，冬季采暖选择生活污水及处理热能+浅层地热能的热源组合，导致整个行业采暖与热水不消耗生物化石燃料资源，无排放，整个区域行业大气热能总量增加为0，污染排放为0。
目前冬季环境污染的罪魁是燃煤燃气的大型热力公司和分散的燃气生物质甲醇等燃烧型采暖设备。混水源热泵可以根据各地实际情况，利用自己和周边的工业冷却排热资源、污水资源、河水湖水海水及底层污泥资源、企业自己的生产污水废水清水资源、地表水资源等，区域定制混水源热泵集中供热系统，逐步替代燃煤、燃气等燃烧排放型供热采暖措施。实现城市农村和工业商业热水采暖去燃料，过程0排放，污水消失，采暖热水产生总热增量为0，实现室外空气、大气、地表温度下降，而室内温度升高。
卡西尔混水源热泵机组系统，是目前替代冬季采暖、生活热水和工业生产热水的可行环保节能技术，与其他燃烧方式采暖热水比，投资运行性价比优于其他现有的燃烧采暖热水技术，过程无污染排放，同时可配套污染处理提热，采暖排放总热量为0，降低采暖热水地区的大气土壤温度，是各行各业，各级政府，解决大气、水、土壤等环境污染问题，冬季气荒、电荒、采暖告急问题、运行能耗超高等问题有效举措。在推广普及后，将解决我们的环境污染问题，能源紧张问题，为缓和和解决全球气候变暖问题做贡献。
[参考文献]
[2] 热泵技术[M].科技出版社，2012
[3] 西安卡西尔环保科技有限公司,西安能源研究会.混水源热泵机组系统标准（企业） [4] 柳下再会.以碳之名，低碳骗局幕后的全球博弈[M].中国发展出版社，2010
责任编辑：张仲民
作者简介：陈相荣 ：1967年10月，男、能源管理师，主要从事制冷、水处理、新能源节能环保技术研究。
收稿日期：2019年5月22日 |