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全面解析污水源热泵直接式与间接式系统
阅读:7847 次 时间:2018/3/14 17:05:09 来源:本站

利用污水的热量供热越来越多被人们所利用, 但污水的温度低,温差小,水质差的特点无形中损耗了电能及增加了一次投资的

成本。对于供热企业,这种直观上的能源节约与运行和投资成本的比较也是决定污水源热泵在供热行业发展前景的重要依据。

本文从从运行工况,蒸发温度、蒸发面积、系统的可靠性、经济性等方面分析比较直接进入与中间换热两种形式,为分析、研

究和工程应用提供参考。


      1. 引言 
  (1)利用污水源热泵系统为建筑物供暖空调具有重要的节能、环保及经济价值,当前已成为一个重要的研究应用方向。

由于污水水质恶劣,现有技术都采用了中间换热的形式,随着对两防(防堵,防垢)的不断深入研究,也开始了探讨和实验

污水直接进入热泵机组的方式。 
  (2)从表面上,污水直接进入机组后,生去了中间传热过程,没有中间传热温差损失,可以提高机组的性能系数,并

减小投资。而实际上,当污水直接进入机组的蒸发器或冷凝器时,与干净水相比其传热效率将会显著降低,综合比较起来,

直接进入不一定会提高或显著提高机组的性能系数。为此,笔者从运行工况,蒸发温度、蒸发面积、系统的可靠性、经济性

等方面分析比较直接进入与中间换热两种形式,为分析、研究和工程应用提供参考。 


  2. 两种系统形式 
  (1)污水直接进入热泵机组称之为直接式污水热泵系统,如图1所示。该系统中热泵机组的蒸发器必须为满液式或喷淋

降膜式,污水在管内流动,为避免污垢的积聚和利于维护清洗,管内壁是光滑的,其蒸发器传热系数将显著降低。 
  (2)采取二次换热,设置中间换热器,通过中介进入热泵机组,称之为间接式污水源热泵系统,如图2所示。蒸发器可

按最有换热条件设计,管内壁可呈波纹状等,具有相对高的传热效率。 
  (3)假定为实现同一供热目标,污水的水源条件相同,包括污水的运行水量、运行温度、取热温差等,在此基础上可以

比较两者的运行参数、换热效率及机组的性能系数。 


  3. 经济性比较 
  通过公式计算数据结果对比,在满足热泵机组性能系数不变的情况下,即机组的蒸发温度相同时,间接式系统的污水换

热器面积为蒸发器面积的4倍左右,而直接式系统的蒸发器面积需增大50%左右。两者的投入主要与下面的4个因素有关: 
  (1)污水换热器采用普通材质或防腐涂层即可,而直接式的蒸发器需要考虑防腐,要用防腐材质,例如铜镍合金、海

军铜等。 
  (2)直接式的蒸发器将需要经常清洗,为避免泄露,蒸发罐的壁厚要适当增加。 
  (3)直接式的蒸发面积增大后,其制冷剂冲注量也会相应增加。 
  (4)间接式系统需要增加一套循环水泵。 


  4. 运行能耗比较 
  间接式系统的中介循环水泵的运行能耗一般占系统能耗的4%~5%。如果直接式系统的蒸发器不增大于50%的蒸发面

积,则需降低蒸发温度3℃左右,两者的运行能耗将无显著差异。如直接式增加50%的蒸发面积,两者蒸发温度一致,则间

接式将多耗能4%~5%。 


  5. 可靠性比较 
  直接式系统在当前是不可靠的,我们从关键技术的解决程度、清洗的破坏可能性、设计保障性等方面分析直接式系统存

在的问题。 
  (1)目前还没有一种技术能够做到不堵塞、无污垢,都是或需要定期清洗、或经常发生堵塞。对直接式而言,稍有堵

塞情况,污水流量就会减小,会很快恶化机组的运行工况;而间接式系统至少保证了进入机组蒸发器的流量不变,只是中介

水温度会降低。 
  (2)清洗直接式机组的蒸发器存在破坏风险,一旦蒸发管泄露,后果极其严重,另外,污水中含有泥沙,避免不了冲

刷腐蚀;而间接式系统即使污水换热器泄漏,也不会对机组造成伤害,因为中介水压力大于污水压力,泄漏时污水不易进入

中介水系统,而且能够及时被发现。 
  (3)污水的水温既不能完全确定,也有一定的波动幅度,每相差2~3℃都会对系统有明显影响,对直接式系统而言,

设计人员不易控制好设计余量,而对间接式系统则可适当增大污水换热器的换热面积。 
  (4)当污水温度偏低时,直接式系统会经常发生低温报警而停机、或低温保护而不能启动;而间接式系统可在中介水

中加防冻液,或正常运行、或低负荷维持。 


  6. 结语 
  (1)在机组的蒸发器蒸发温度相等时,间接式的污水换热器面积为蒸发面积的4倍左右,间接式的蒸发器需增大面积

50%左右。 
  (2)在机组蒸发面积相等时,同污水温度情况下,直接式的蒸发器蒸发温度要低2~4℃,才能提取相同的热量。 
  (3)污水直接进入机组后,虽然没有中间换热过程和传热温差损失,但要想使得其蒸发器的蒸发温度高与间接式1℃,

需要增加蒸发面积50%以上。 
  (4)直接式系统由于蒸发面积的增加,其投入不一定低于间接式系统,在相同的蒸发温度下,间接式系统需要多耗能

4%~5%。 
  (5)直接式系统在当前是不可靠的,存在技术、清洗、设计、运行等多方面问题。

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