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污水源热泵的主要工作原理是借助污水源热泵压缩机系统，消耗少量电能，在冬季把存于水中的低位热能“提取”出来，为用户供热，夏季则把室内的热量“提取”出来，释放到水中，从而降低室温，达到制冷的效果。其能量流动是利用热泵机组所消耗能量（电能）吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源，而起所消耗能量作用的是使介质压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。
能源与环境是可持续发展的两大主题，目前以燃烧石化原料为主的建筑物供暖空调不仅能耗量大，而且对环境造成极大污染。城市污水是由工业废水和生活污水组成，水量巨大，是一种蕴含丰富低位热能的可再生热能资源，污水源热泵空调系统则是以城市污水作为建筑的冷热源，解决建筑物冬季采暖、夏季空调和全年热水供应的重要技术，也是城市污水资源化开发利用的思路和有效途径。同时减少了城市废热和CO₂、SO₂、NOX、粉尘等污染物的排放。
直接换热式浴池污水源热泵工作原理：洗浴专用污水源热泵机组一般由压缩机、水侧换热器、污水侧侧换热器、节流装置、低压储液罐、水路调节阀等部分组成。机组利用制冷剂(俗称冷媒或雪种)作介质，输入少量的电能，吸收洗浴排放的污水废水中的热能，产生热水。制冷剂汽化温度低，在 -40 即可汽化，故它与外界温度存在温差，冷媒在蒸发器内吸收外界温度后汽化成为低温低压的气体，通过压缩机压缩变成高温高压气体，再经冷凝器与水交换热量后，被冷凝成液体，经电子膨胀阀节流降压后变成低温低压的液态，然后在蒸发器中吸收污水废水中的热量后继续被压缩机吸入，不断循环，制取热水。
热水系统一般由洗浴专用污水源热泵机组、保温水箱、污水储存水箱、浸泡式污水换热器、水泵、及相应的管道阀门等部分组成。洗浴排放的污水经污水储存水箱收集起来，被浸泡式污水换热器吸收热量后，通过浴池污水源热泵作用把热量转移到要加热的水上，整套系统运行稳定，不受室外天气影响，全自动运行无需人员看管，是洗浴行业的热水神器。
污水源热泵可供暖、空调，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。城市污水热泵空调系统利用城市污水，冬季取热供暖，夏季排热制冷，全年取热供应生活热水，夏季空调季节可实施部分免费生活热水供应。一套系统冬夏两用，实现三联供
沈阳地区洗浴中心较多，桑拿池都更换热水，洗浴产生的废水带有可观的热量，直接排放出去白白浪费热能，可以建立废水池，利用水源热泵这种转移热能的装置，把废水的热量吸收提升温度后把干净自来水加热，水源热泵消耗1度电可从废水中抽取34KW热量，COP值可达45之间，比电加热节省75以上电费，比煤锅炉节省50以上运行成本。
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