一种污水源热泵复合型集中供热系统技术领域
本发明涉及余热回收技术领域，尤其涉及一种污水源热泵复合型集中供热系统。
背景技术
目前我国北方地区冬季主要依靠煤、石油、天然气等矿物燃料的燃烧来供暖，我国
北方城镇建筑总量为120亿平方米，其中80％采用不同规模的集中供热方式。北方城镇采暖
能耗巨大约为1.81亿吨标准煤，为全国建筑能耗总量的四分之一，单位建筑供暖能耗达到
15kgce/m2。煤炭的大量燃烧势必造成CO2、SO2、NOx、烟尘等污染物的增加，对空气环境极为
不利，容易造成北方城镇的雾霾天气。
水源热泵是一种高效节能的供热空调技术，采用热泵从城市污水中提取热能以服
务于建筑物，系统60％以上的能量来自于无需“付费”的污水，40％以下的能量来自耗电，不
但可以将废弃于污水中的低品位热能再回收利用，年运行费用可节省40-60％，而且一套系
统可同时实现供暖、制冷、提供生活热水的三项功能，用这种新型的供能方式代替传统的锅
炉燃烧供热和电制冷环节，可以减少初投资的费用，实现建筑物附近温室气体零排放、零污
染。城市污水是北方地区不可多得的热泵冷热源，它的温度一年四季相对稳定，冬季比环境
温度高，夏季比环境温度低，这种温度特性使得污水源热泵比传统空调系统运行效率要高，
节能和节省运行费用效果显著。
传统的集中供热系统，主要靠煤、石油、天然气等矿物燃料的燃烧来为系统提供热
量，存在消耗煤、天然气等一次能源多的问题，同时这些化石燃料的燃烧造成的环境污染的
问题；而城市中存在大量的低品位热源未能充分利用。一般的污水源热泵系统受自身技术
的限制，供热距离有限。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的城市供热系统中存在能源利用不充分、供
热距离受限及供热效率不高的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种污水源热泵复合型集中供热系统，包
括污水处理厂和依次连接形成供热回路的污水源热泵、供热厂和热力站，所述供热厂的进
水口与所述污水源热泵的冷凝端连接，所述污水处理厂与所述污水源热泵的蒸发端连接，
所述热力站的回水端与所述污水源热泵的回水端连接，所述热力站还与用热建筑连通。
其中，所述热力站包括板式换热器，所述板式换热器的一次进水端与所述供热厂
连接、所述板式换热器的一次出水端与所述污水源热泵连接，所述板式换热器的二次出水
端与二次进水端均与所述用热建筑连接。
其中，所述热力站还包括双级水源高温热泵，所述双级水源高温热泵的冷凝端与
所述用热建筑连接，所述双级水源高温热泵的蒸发端与所述板式换热器的一次出水端连
接，所述双级水源高温热泵的回水端与所述污水源热泵的回水端连接。
其中，所述用热建筑包括远程热用户和热力站周边热用户，所述板式换热器与所
述远程热用户连通，所述双级水源高温热泵的冷凝端与所述热力站周边热用户连通。
其中，所述板式换热器的二次进水端与二次出水端分别与所述双级水源高温热泵
的冷凝端的进水口与出水口连通。
其中，所述污水处理厂的原生污水和二级出水均与所述污水源热泵的蒸发端连
接。
其中，所述污水处理厂的二级出水口分别与所述污水源热泵的回水端和所述供热
厂的进水口连接。
其中，所述污水处理厂的二级出水口与所述污水源热泵的回水端和所述供热厂的
进水口连接的管道上设有泵。
其中，所述供热厂与所述污水源热泵均通过一次供热管网与所述热力站连接，所
述热力站与所述用热建筑通过二次供热管网连接。
其中，所述污水源热泵包括多个热泵机组，所述热泵机组的蒸发端的换热器为污
水源换热器。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明污水源热泵复合型集中供热系统的
污水处理厂为一般城镇污水处理厂，将不同温度的污水，如原生污水或污水厂二级出水作
为低品位热源，采用直接换热或间接换热方式进入污水源热泵中，在系统供热运行时，通过
污水源热泵系统回收污水中的热能，并将制得的热量传送至供热厂，经过供热厂的锅炉加
热的回水再次进入热力站，在热力站将热量最终传递给用户。供热厂为现在城镇一般的热
源站，用于为城镇供暖系统提供热量，其回水包括两部分，一部分为市政供热管网的回水，
另一部分为经污水源热泵加热后的回水。本发明污水源热泵复合型集中供热系统将污水处
理厂、供热厂、热力站和污水源热泵复合成系统集中为市政建筑供热，具有大规模梯级利用
污水处理厂余热、长距离供热和节约水资源的特点，利用污水源热泵回收污水处理厂中污
水的热能，能够减少或抵消污水厂的碳排放量，实现碳中和效果。由于污水源热泵作为初级
热源，供热距离有限，通过与供热厂联合运行，通过污水源热泵的作用回收污水中的余热资
源，并将热量输送到供热厂中，提高了供热厂回水的温度，相对于为供热厂锅炉进水进行了
预热，减少了供热厂能源的消耗，实现污水厂余热梯级利用，还能够解决污水源热泵供热距
离受限的问题。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这
些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的
优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例污水源热泵复合型集中供热系统的结构示意图。
图中：1：污水处理厂；2：污水源热泵；3：供热厂；4：热力站；5：用热建筑；6：泵；7：一
次供热管网；8：二次供热管网；21：热泵机组；41：板式换热器；42：双级水源高温热泵；51：远
程热用户；52：热力站周边热用户。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或
两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
如图1所示，本发明实施例提供的污水源热泵复合型集中供热系统，包括污水处理
厂1和依次连接形成供热回路的污水源热泵2、供热厂3和热力站4，供热厂3的进水口与污水
源热泵2的冷凝端连接，污水处理厂1与污水源热泵2的蒸发端连接，热力站4的回水端与污
水源热泵2的回水端连接，热力站4还与用热建筑5连通。
本发明污水源热泵复合型集中供热系统的污水处理厂为一般城镇污水处理厂，将
不同温度的污水，如原生污水或污水厂二级出水作为低品位热源，采用直接换热或间接换
热方式进入污水源热泵中，在系统供热运行时，通过污水源热泵系统回收污水中的热能，并
将制得的热量传送至供热厂，经过供热厂的锅炉加热的回水再次进入热力站，在热力站将
热量最终传递给用户。供热厂为现在城镇一般的热源站，用于为城镇供暖系统提供热量，其
回水包括两部分，一部分为市政供热管网的回水，另一部分为经污水源热泵加热后的回水。
本发明污水源热泵复合型集中供热系统将污水处理厂、供热厂、热力站和污水源热泵复合
成系统集中为市政建筑供热，具有大规模梯级利用污水处理厂余热、长距离供热和节约水
资源的特点，利用污水源热泵回收污水处理厂中污水的热能，能够减少或抵消污水厂的碳
排放量，实现碳中和效果。由于污水源热泵作为初级热源，供热距离有限，通过与供热厂联
合运行，通过污水源热泵的作用回收污水中的余热资源，并将热量输送到供热厂中，提高了
供热厂回水的温度，相对于为供热厂锅炉进水进行了预热，减少了供热厂能源的消耗，实现
污水厂余热梯级利用，还能够解决污水源热泵供热距离受限的问题。
其中，热力站4包括板式换热器41，板式换热器41的一次进水端与供热厂3连接、板
式换热器41的一次出水端与污水源热泵2连接，板式换热器41的二次出水端与二次进水端
均与用热建筑5连接。板式换热器的一次进水端与供热厂的出水端连接，二次进水端与二次
出水端均与用热建筑连接，作为供热厂与用热建筑之间的换热装置，将热量传递至用户，一
次出水端与污水源热泵连接，将用热建筑的回水送回污水源热泵重新加热，实现污水源热
泵复合型集中供热系统的循环。
其中，热力站4还包括双级水源高温热泵42，双级水源高温热泵42的冷凝端与用热
建筑5连接，双级水源高温热泵42的蒸发端与板式换热器41的一次出水端连接，双级水源高
温热泵42的回水端与污水源热泵2的回水端连接。双级水源高温热泵的蒸发端与板式换热
器的一次侧出水端相连，冷凝端与用热建筑相连，将由板式换热器中流出的供热回水再次
降温，将热量传递至用户。由此，热力站不仅完成了热量的传递，还实现了对市政供热管网
热能的梯度利用，降低了回水温度，增大了供热回水的温差，有利于实现市政供热管网的大
温差、小流量的运行，提高污水源热泵复合型集中供热系统能效。本发明中板式换热器的一
次出水端分别连接双级水源高温热泵和污水源热泵，因此在双级水源高温热泵检修或者停
用时，也能够保证供热厂与用户之间的供热工作及供热回水的循环流通。
其中，用热建筑5包括远程热用户51和热力站周边热用户52，板式换热器41与远程
热用户51连通，双级水源高温热泵42的冷凝端与热力站周边热用户52连通。热用户为现在
市政污水源热泵复合型集中供热系统的热用户。由于热力站将供热能的梯度利用，所以板
式换热器可为远程热用户供热，双级水源高温热泵可为距离较近的热力站周边热用户供
热。
其中，板式换热器41的二次进水端与二次出水端分别与双级水源高温热泵42的冷
凝端的进水口与出水口连通。通过双级水源高温热泵向热力站周边热用户提供的供热回
水，此时供热回水还可返回补充板式换热器向远程热用户通入的供热回水，以提高输向远
程热用户的供水温度。
其中，污水处理厂1的原生污水和二级出水均与污水源热泵2的蒸发端连接。污水
处理厂1的二级出水口分别与污水源热泵2的回水端和供热厂3的进水口连接。污水处理厂1
的二级出水口与污水源热泵2的回水端和供热厂3的进水口连接的管道上设有泵6。污水处
理厂的原生污水与二级出水均可作为污水源热泵的热源，污水处理厂的二级出水因水质达
到了要求，可以作为市政污水源热泵复合型集中供热系统的补水，经补水泵加压后进入供
热厂中，从而进入供热管网的回水管网中，节约了水资源。经过板式换热器的供热回水经过
双级水源高温热泵加热，向用户供热后回水，由回水端流入与污水源热泵回水端连接的回
水管网，经过污水处理厂的二级出水口补水后进入污水源热泵系统，也能够节约水资源的
利用。由此本发明在污水源热泵检修或停用时，也能够使污水处理厂的二级出水口的补水
顺利进入供热厂，为污水源热泵复合型集中供热系统提供良好的水循环保证。
其中，供热厂3与污水源热泵2均通过一次供热管网7与所述热力站连接，热力站4
与用热建筑5通过二次供热管网8连接。市政一次供热管网为现在城镇在使用的管网系统，
热力站与供热站和污水源热泵之间连接的供热网管均属于一次供热管网，市政二次供热管
网也为现在城镇在使用的管网系统，热力站与用热建筑之间连接的供热网管均属于二次供
热网管。双级水源高温热泵的冷凝端与二次供热管网相连以及热力站周边热用户的供热管
网相连。在热力站添加的双级水源高温热泵不仅能够降低一次供热管网的供回水温差，还
能够用于加热二次供热管网的回水以及满足周边用户的供热需求。
其中，污水源热泵2包括多个热泵机组21，热泵机组21的蒸发端的换热器为污水源
换热器。污水源热泵由多个双级热泵机组组成，其蒸发端的换热器为污水源换热器，与污水
处理厂的原生污水或二级出水相连，根据利用污水情况的不同，可有不同的运行工况；冷凝
端与供热厂相连，用一次供热管网管的回水作为冷却水。优选的，热泵机组均为电驱动热
泵。
本发明将污水源热泵蒸发端与污水处理厂相连，冷凝端与供热厂相连，系统进行
供热运行时，通过污水源热泵系统回收污水处理厂中污水中的热能，并将制得的热量传送
至市政一次供热管网的回水中，市政一次供热管网中回水温度为35℃，经过污水源热泵加
热到55℃，单级加热10℃；经过供热厂的锅炉加热的回水再次进入市政一次供热管网，回水
的温度由55℃加热到130℃；在热力站经过板式换热器将热量传递给市政二次供热管网，温
度降至55℃；经过板式换热器的市政一次供热管网的供水，经过双级水源高温热泵加热，市
政二次供热管网回水后进入回水管网，将二次供热管网以及热力站周边热用户供热管网的
回水温度由50℃分别加热到60℃和65℃，一次供热管网回水温度降到35℃；再经过污水处
理厂二级出水补水后进入污水源热泵；二供热次管网的回水经过热力站加热后，最终将热
量输送到各个热用户。
综上所述，本发明污水源热泵复合型集中供热系统的污水处理厂为一般城镇污水
处理厂，将不同温度的污水，如原生污水或污水厂二级出水作为低品位热源，采用直接换热
或间接换热方式进入污水源热泵中，在系统供热运行时，通过污水源热泵系统回收污水中
的热能，并将制得的热量传送至供热厂，经过供热厂的锅炉加热的回水再次进入热力站，在
热力站将热量最终传递给用户。供热厂为现在城镇一般的热源站，用于为城镇供暖系统提
供热量，其回水包括两部分，一部分为市政供热管网的回水，另一部分为经污水源热泵加热
后的回水。本发明污水源热泵复合型集中供热系统将污水处理厂、供热厂、热力站和污水源
热泵复合成系统集中为市政建筑供热，具有大规模梯级利用污水处理厂余热、长距离供热
和节约水资源的特点，利用污水源热泵回收污水处理厂中污水的热能，能够减少或抵消污
水厂的碳排放量，实现碳中和效果。由于污水源热泵作为初级热源，供热距离有限，通过与
供热厂联合运行，通过污水源热泵的作用回收污水中的余热资源，并将热量输送到供热厂
中，提高了供热厂回水的温度，相对于为供热厂锅炉进水进行了预热，减少了供热厂能源的
消耗，实现污水厂余热梯级利用，还能够解决污水源热泵供热距离受限的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。