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（1.清华大学建筑节能研究中心， 北京 100084；2.北京清华同衡规划设计研究院有限公司， 北京 100085；3.太原市热力集团有限责任公司， 山西 太原 030002）
城市污水再生利用已成为保障用水安全、改善水环境质量和建设生态文明的国家重大需求［1］。虽然污水再生利用可以有效解决城市水资源短缺问题，但是在城市中大规模敷设再生水管网存在基建成本高、难度大、耗时长的问题。高品质再生水（简称再生水）制取通常依托污水处理厂，而再生水用户往往分散在不同地方，若新建专用再生水输送管道，无疑将增加建设投资，从而使再生水利用的经济效益降低。另一方面，老城区地下管线错综复杂，新建再生水管网几乎不可能。因此，输送问题成为制约再生水利用的重要因素。
我国很多北方城市已全面敷设集中供热管网，非供暖期处于闲置状态。若能使用供热管网输配再生水，不仅可以大幅缓解城市水资源短缺问题，还可大幅节省再生水管网敷设的基建费用，具有显著的环境、经济和社会效益。
非供暖期供热管网可直接输送再生水。在供暖期，热网回水温度（20~50 ℃）与再生水出水温度（15 ℃左右）存在较大温差，为避免增加热源损失，采用热泵方式进行热回收利用，以实现热网系统的高效经济热平衡。利用城市热网输送再生水的技术构思：经注水管及水泵将再生水从注水点注入城市热网回水管道，热网回水支管连接热泵蒸发器，再生水放热降温后供给再生水用户使用，不返回热网，热泵制热量放热至热网，以维持取出的再生水水温与注入时相同［2］。
本文对利用热网输送再生水方式进行分析，为解决城市热网输送再生水过程中的热量浪费问题，针对不同规模再生水用户，提出热回收利用方案。
利用热网输送再生水方式见图1。按再生水用量，再生水用户可分为热力站规模用户、集中热网回水降温站规模用户。
对于分散工商业用水用户，利用热泵回收一级管网回水热量，将制热量用于二级管网供热，对二级管网的供热量可通过调峰装置或吸收式换热机组调节。
① 对于用户4-1-1，热泵制热量用于二级管网供热，热泵出口可增加调峰装置，进一步加热后再供给二级管网。
② 对于用户4-1-2，热泵机组与吸收式换热机组并联。对于热力站采用板式换热机组的常规供热系统，一级热网回水温度受到二级网回水温度和换热机组端差限制，通常回水温度在45~55 ℃。当采用吸收式换热机组时，在不改变二级管网供回水温度的前提下，可使一级管网回水温度降至25 ℃或更低［3-4］。
对于大型生产用水用户，可以建设集中热网回水降温站回收热量。集中热网回水降温站的热泵机组容量可按生产耗水量进行设计。热泵机组配置根据热网参数和驱动能源条件选择，可以是电热泵、燃气吸收式热泵、蒸汽吸收式热泵以及电热泵与吸收式热泵的组合。根据可利用温差，热泵也可以是两级或两级以上。
① 用户4-2-1：经热泵加热的一级管网回水再次回到一级管网回水管。受一级管网回水温度限制，经热泵加热后水温提升有限，因此比较适合选用电热泵。
② 用户4-2-2：经热泵加热的一级管网回水进入一级管网供水管。为尽可能提高热泵冷凝器出水温度，宜选用燃气吸收式热泵、蒸汽吸收式热泵、电热泵与吸收式热泵的组合。
③ 用户4-2-3：经热泵加热的一级管网供水进入一级管网供水管。这种方式仅适用于供水温度相对较低（60~70 ℃）的低温热网，应用场景比较少。
案例1、2均以规模10×104 m2的热力站为例，供暖热指标为40 W/m2，二级管网供、回水温度为55、45 ℃。
① 案例1
再生水用水量为33.5 t/h，采用双效燃气吸收式热泵将一级管网回水降至15 ℃，配置双效燃气吸收式热泵的热力站规模用户工艺流程（严寒期运行参数）见图2，热负荷延续时间图见图3。双效燃气吸收式热泵的制热性能系数取2.3，由于再生水用户用水量基本恒定，因此双效燃气吸收式热泵制热量仅承担基本负荷。
② 案例2
再生水用水量为52.9 t/h，采用电热泵将一级管网回水降至15 ℃，由电热泵与吸收式换热机组共同承担热负荷，工艺流程（严寒期运行参数）见图4，热负荷延续时间图见图5。按初末寒期负荷配置电驱动热泵，不足负荷由吸收式换热机组补充。
案例3~5均为集中热网回水降温站规模用户，以再生水用户需求量1 000 t/h水为例。1 000 t/h一级管网回水由35 ℃降至15 ℃输送至再生水用户，由于再生水用户用水量保持不变，这部分余热需要全供暖期回收利用。
① 案例3
电热泵制热量补入一级管网回水管。电热泵冷凝器侧6 500 t/h一级管网回水由35.0 ℃加热至38.5 ℃返回一级热网回水管，电热泵的制热性能系数为8.5。配置电热泵的集中热网回水降温站规模用户工艺流程见图6。
② 案例4
单效吸收式热泵制热量补入一级管网供水管。集中热网回水降温站周边有电厂低压蒸汽或燃气作为吸收式热泵驱动能源，单效吸收式热泵制热性能系数为1.7。吸收式热泵冷凝器侧694 t/h一级管网回水升温至105 ℃送入一级管网供水管。配置单效吸收式热泵的集中热网回水降温站规模用户工艺流程见图7。
③ 案例5
电热泵和单效吸收式热泵组成复合式热泵，将575 t/h一级管网回水升温到供水温度110 ℃，将制热量补入一级管网供水管。由电热泵和单效吸收式热泵共同回收低温余热，单效吸收式热泵部分完成高温段的加热，相比单独单效吸收式热泵，可以在相同的余热利用程度下，降低单效吸收式热泵发生器内溶液浓度和温度，避免溶液对设备的腐蚀，增大供热温度区间。配置复合式热泵的集中热网回水降温站规模用户工艺流程见图8。
高品质再生水可作为热网补水，也可以用于城市工业企业生产用水或工商业用户经营用水。在非供暖期，可直接利用城市热网输送。在供暖期利用城市热网进行输送，由于热网回水温度（20~50 ℃）与再生水用水温度（10~15 ℃）有较大温差，存在利用中的热量浪费。为解决利用城市热网输送再生水过程中的热量浪费情况，针对不同规模的再生水用户，提出热回收方案。实现现状城市热网输送再生水，避免新增投资建设再生水供水管道，提高供水经济性。
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