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城市供热回水低位能再利用技术：现状、挑战与突破

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球经济的快速发展和人口的不断增长，能源短缺已成为一个日益严峻的问题，对经济社会发展产生了重大影响。国际能源署（IEA）的报告显示，过去几十年间，全球能源需求持续攀升，而传统化石能源的储量却在逐渐减少，能源供需矛盾日益突出。

城市供热系统作为能源消耗的重要领域，其能耗不容小觑。在我国，城市供热面积自20世纪以来呈现出快速扩张的趋势。根据住房和城乡建设部发布的《2021年中国城市建设状况公报》，2021年年末全国城市集中供热面积达到106.03亿平方米，相比2012年增长了一倍有余。并且这些集中供热的采热源主要来自热电联产和各类燃煤、燃气锅炉，其中燃煤供热比重高达70-80%。清华大学建筑节能研究中心测算，2018年北方城镇供暖能耗为2.12亿吨标准煤，碳排放量约为5.5亿吨。按照集中供热面积的增速，煤炭消耗量也会持续增加。

在城市供热系统中，供热回水蕴含着大量的低位能。一般来说，一次网回水温度通常在40℃-60℃之间，流量相对稳定，所含热量较大，且水质较好，不易腐蚀管网，具有较高的热能利用效率。然而，目前这些回水低位能往往未得到充分利用，造成了能源的极大浪费。

对城市供热回水低位能进行再利用，具有多重重要意义。从节能角度看，回收利用回水低位能可以减少对传统能源的依赖，提高能源利用效率，降低供热系统的能耗。例如，通过热泵技术回收低位能，可将其转化为可利用的热能，用于供热或其他用途，从而减少了为满足供热需求而对额外能源的消耗。在环保方面，减少传统能源的使用意味着降低了污染物的排放。城市供热面积的扩大若通过回水低位能再利用来实现，可减少锅炉房数量，降低煤炭、天然气等传统能源的消耗，进而减少粉尘污染以及二氧化硫等污染物的排放，对改善空气质量和生态环境具有积极作用。从经济层面分析，回水低位能再利用可扩大城市供热面积，降低供热成本。一方面，利用回水低位能无需新建大量的供热设施，减少了建设投资；另一方面，降低了能源消耗，也就降低了运行成本，提高了供热企业的经济效益。因此，开展城市供热回水低位能再利用技术研究具有重要的现实意义和紧迫性。

1.2国内外研究现状

国外在城市供热回水低位能再利用技术方面的研究起步较早，取得了一系列成果并在实际中得到了广泛应用。在欧洲一些国家，如丹麦、瑞典等，对热泵技术在供热回水低位能回收方面的应用研究较为深入。丹麦的一些供热系统采用吸收式热泵，利用回水低位能驱动热泵，实现了余热回收和供热面积的扩大，同时降低了一次网回水温度，提高了热网输送效率。瑞典则在区域供热系统中广泛应用压缩式热泵，将回水的低位热能提升为可用的高位热能，有效提高了能源利用效率。此外，美国在智能供热系统方面的研究也为回水低位能再利用提供了新的思路，通过先进的监测和控制系统，实现了对回水低位能的精准回收和利用。

国内对城市供热回水低位能再利用技术的研究也在不断深入和发展。近年来，许多学者和科研机构针对热泵回收低位能再利用技术展开研究，提出了多种应用方案和改进措施。例如，有研究提出以回水低位能为吸收式热泵提供驱动力，实现低温向高温的换热，通过实际工程改造案例分析，验证了该方法在扩大供热面积、降低管网建设投资费用和节约能耗等方面的良好效果。也有学者对不同类型的热泵，如压缩式热泵和吸收式热泵在城市供热回水低位能再利用中的性能和经济性进行了对比研究，为实际工程应用提供了理论依据。在实际应用方面，一些城市的供热企业已经开始尝试采用回水低位能再利用技术。济南的部分住宅小区在供热改造中，利用吸收式热泵机组对供热回水余热进行回收利用，取得了较好的节能和经济效益。

然而，现有研究仍存在一些不足之处。一方面，对于不同地区的供热需求和回水特性，缺乏针对性的深入研究。不同地区的气候条件、建筑结构和供热习惯等存在差异，导致供热需求和回水特性各不相同，现有的技术和方案可能无法完全适应这些差异，影响了回水低位能再利用的效果和推广应用。另一方面，在技术集成和系统优化方面还有待加强。城市供热回水低位能再利用涉及多个环节和多种技术，需要进行有效的集成和系统优化，以实现整体性能的最优化。目前，在这方面的研究还相对较少，相关技术和系统的运行稳定性和可靠性还有待进一步提高。此外，对于回水低位能再利用技术的经济性评价，缺乏全面、统一的标准和方法，这也在一定程度上制约了该技术的推广应用。

1.3研究方法与创新点

本文采用了多种研究方法，以确保研究的全面性和深入性。通过文献研究法，广泛查阅国内外相关的学术文献、研究报告和技术标准，全面了解城市供热回水低位能再利用技术的研究现状、发展趋势以及存在的问题，为本文的研究提供了坚实的理论基础。运用案例分析法，选取多个具有代表性的