【摘 要】筆者從運(yùn)行工況，蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)面積、系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面分析比較直接進(jìn)入與中間換熱兩種形式，為分析、研究和工程應(yīng)用提供參考。
【關(guān)鍵詞】污水源熱泵；經(jīng)濟(jì)性；運(yùn)行能耗；可靠性
1. 引言
（1）利用污水源熱泵系統(tǒng)為建筑物供暖空調(diào)具有重要的節(jié)能、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，當(dāng)前已成為一個(gè)重要的研究應(yīng)用方向。由于污水水質(zhì)惡劣，現(xiàn)有技術(shù)都采用了中間換熱的形式，隨著對(duì)兩防（防堵，防垢）的不斷深入研究，也開始了探討和實(shí)驗(yàn)污水直接進(jìn)入熱泵機(jī)組的方式。
�。�2）從表面上，污水直接進(jìn)入機(jī)組后，生去了中間傳熱過程，沒有中間傳熱溫差損失，可以提高機(jī)組的性能系數(shù)，并減小投資。而實(shí)際上，當(dāng)污水直接進(jìn)入機(jī)組的蒸發(fā)器或冷凝器時(shí)，與干凈水相比其傳熱效率將會(huì)顯著降低，綜合比較起來，直接進(jìn)入不一定會(huì)提高或顯著提高機(jī)組的性能系數(shù)。為此，筆者從運(yùn)行工況，蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)面積、系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面分析比較直接進(jìn)入與中間換熱兩種形式，為分析、研究和工程應(yīng)用提供參考。
2. 兩種系統(tǒng)形式
�。�1）污水直接進(jìn)入熱泵機(jī)組稱之為直接式污水熱泵系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)中熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器必須為滿液式或噴淋降膜式，污水在管內(nèi)流動(dòng)，為避免污垢的積聚和利于維護(hù)清洗，管內(nèi)壁是光滑的，其蒸發(fā)器傳熱系數(shù)將顯著降低。
�。�2）采取二次換熱，設(shè)置中間換熱器，通過中介進(jìn)入熱泵機(jī)組，稱之為間接式污水源熱泵系統(tǒng)，如圖2所示。蒸發(fā)器可按最有換熱條件設(shè)計(jì)，管內(nèi)壁可呈波紋狀等，具有相對(duì)高的傳熱效率。
�。�3）假定為實(shí)現(xiàn)同一供熱目標(biāo)，污水的水源條件相同，包括污水的運(yùn)行水量、運(yùn)行溫度、取熱溫差等，在此基礎(chǔ)上可以比較兩者的運(yùn)行參數(shù)、換熱效率及機(jī)組的性能系數(shù)。
3. 經(jīng)濟(jì)性比較
通過公式計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比，在滿足熱泵機(jī)組性能系數(shù)不變的情況下，即機(jī)組的蒸發(fā)溫度相同時(shí)，間接式系統(tǒng)的污水換熱器面積為蒸發(fā)器面積的4倍左右，而直接式系統(tǒng)的蒸發(fā)器面積需增大50%左右。兩者的投入主要與下面的4個(gè)因素有關(guān)：
（1）污水換熱器采用普通材質(zhì)或防腐涂層即可，而直接式的蒸發(fā)器需要考慮防腐，要用防腐材質(zhì)，例如銅鎳合金、海軍銅等。
�。�2）直接式的蒸發(fā)器將需要經(jīng)常清洗，為避免泄露，蒸發(fā)罐的壁厚要適當(dāng)增加。
（3）直接式的蒸發(fā)面積增大后，其制冷劑沖注量也會(huì)相應(yīng)增加。
�。�4）間接式系統(tǒng)需要增加一套循環(huán)水泵。
4. 運(yùn)行能耗比較
間接式系統(tǒng)的中介循環(huán)水泵的運(yùn)行能耗一般占系統(tǒng)能耗的4%～5%。如果直接式系統(tǒng)的蒸發(fā)器不增大于50%的蒸發(fā)面積，則需降低蒸發(fā)溫度3℃左右，兩者的運(yùn)行能耗將無顯著差異。如直接式增加50%的蒸發(fā)面積，兩者蒸發(fā)溫度一致，則間接式將多耗能4%～5%。
5. 可靠性比較
直接式系統(tǒng)在當(dāng)前是不可靠的，我們從關(guān)鍵技術(shù)的解決程度、清洗的破壞可能性、設(shè)計(jì)保障性等方面分析直接式系統(tǒng)存在的問題。
�。�1）目前還沒有一種技術(shù)能夠做到不堵塞、無污垢，都是或需要定期清洗、或經(jīng)常發(fā)生堵塞。對(duì)直接式而言，稍有堵塞情況，污水流量就會(huì)減小，會(huì)很快惡化機(jī)組的運(yùn)行工況；而間接式系統(tǒng)至少保證了進(jìn)入機(jī)組蒸發(fā)器的流量不變，只是中介水溫度會(huì)降低。
�。�2）清洗直接式機(jī)組的蒸發(fā)器存在破壞風(fēng)險(xiǎn)，一旦蒸發(fā)管泄露，后果極其嚴(yán)重，另外，污水中含有泥沙，避免不了沖刷腐蝕；而間接式系統(tǒng)即使污水換熱器泄漏，也不會(huì)對(duì)機(jī)組造成傷害，因?yàn)橹薪樗畨毫Υ笥谖鬯畨毫�，泄漏時(shí)污水不易進(jìn)入中介水系統(tǒng)，而且能夠及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。
�。�3）污水的水溫既不能完全確定，也有一定的波動(dòng)幅度，每相差2～3℃都會(huì)對(duì)系統(tǒng)有明顯影響，對(duì)直接式系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)人員不易控制好設(shè)計(jì)余量，而對(duì)間接式系統(tǒng)則可適當(dāng)增大污水換熱器的換熱面積。
（4）當(dāng)污水溫度偏低時(shí)，直接式系統(tǒng)會(huì)經(jīng)常發(fā)生低溫報(bào)警而停機(jī)、或低溫保護(hù)而不能啟動(dòng)；而間接式系統(tǒng)可在中介水中加防凍液，或正常運(yùn)行、或低負(fù)荷維持。
6. 結(jié)語
�。�1）在機(jī)組的蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度相等時(shí)，間接式的污水換熱器面積為蒸發(fā)面積的4倍左右，間接式的蒸發(fā)器需增大面積50%左右。
（2）在機(jī)組蒸發(fā)面積相等時(shí)，同污水溫度情況下，直接式的蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度要低2～4℃，才能提取相同的熱量。
�。�3）污水直接進(jìn)入機(jī)組后，雖然沒有中間換熱過程和傳熱溫差損失，但要想使得其蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度高與間接式1℃，需要增加蒸發(fā)面積50%以上。
�。�4）直接式系統(tǒng)由于蒸發(fā)面積的增加，其投入不一定低于間接式系統(tǒng)，在相同的蒸發(fā)溫度下，間接式系統(tǒng)需要多耗能4%～5%。
�。�5）直接式系統(tǒng)在當(dāng)前是不可靠的，存在技術(shù)、清洗、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等多方面問題。
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