論文：原生污水直進(jìn)熱泵系統(tǒng)與間接系統(tǒng)比較

1、原生污水源熱泵直接系統(tǒng)與間接系統(tǒng)對比分析北京瑞寶利熱能科技有限公司 楊勝東摘要近年來，隨著利用原生污水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行供暖、空調(diào)的建筑物不斷增加， 社會認(rèn)可度也不斷的提升，但多數(shù)系統(tǒng)為間接換熱系統(tǒng)，對于優(yōu)勢較大的直接換 熱系統(tǒng)認(rèn)知度仍不是很高，本文綜合已有的項目經(jīng)驗，對直接換熱系統(tǒng)與間接換 熱系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹，并對兩者的經(jīng)濟(jì)與效益對比分析，通過以上的對比分析， 了解兩種系統(tǒng)的相同點與不同點，為污水源熱泵項目分析提供一些參考。關(guān)鍵詞 污水源熱泵直接換熱系統(tǒng)間接換熱系統(tǒng)能效分析Comparative Analysis between Direct and IndirectUntreated Sewa

2、ge Source Heat Pump SystemsBy Yang Shengdong，Beijing Ruibaoli Thermal Technology Co., Ltd. AbstractIn recent years, using Untreated Sewage Source Heat Pump Systems for buildings heating and air-conditioning is increasing as well as its social acceptance. However, most of them apply indirect heat-exc

3、hanging systems. There lacks high awareness to direct heat-exchanging system of greater advantages. On the basis of comprehensive heat-pump project experiences, the paper not only gives brief introduction to the direct and indirect heat exchanger system, but also makes both economical and environmen

4、tal comparison between them. Through above analysis, the paper displays their similarities and differences, which provides some reference to analyzing untreated heat pump projectsKey WordsUntreated Sewage Source Heat Pump; Direct Heat-exchanging System; Indirect Heat-exchanging System; Energy Effici

5、ency Analysis.0引言隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對能源的需求不斷擴(kuò) 大，給現(xiàn)實社會帶來兩大難題：一是煤和石油的有限儲藏量所產(chǎn)生的能源危機(jī)（按目前探明儲量和開采能力測算，我國煤炭、石油、天然氣的可采年限分別只 有80年、15年和30年，而世界平均水平分別是230年、45年和61年）。二是 以煤、石油的大量燃燒而排放的廢氣（CO2和SO2）所產(chǎn)生的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)使 人類的生存環(huán)境不斷惡化。這兩大問題迫使人們不得不開發(fā)和利用新的可再生能 源。在開發(fā)和利用新的可再生能源中，原生污水是一種良好的低位冷熱源，合理 利用，其前景十分廣闊，并且作為熱泵低位冷熱源，為建筑物

6、供暖、空調(diào)具有重 要的節(jié)能與環(huán)保價值，是緩解能源消耗緊張、減輕環(huán)境污染的有效途徑之一。隨著人們對原生污水源的關(guān)注，應(yīng)用原生污水源熱泵系統(tǒng)供熱、空調(diào)的建筑 物越來越多，從技術(shù)角度來講，現(xiàn)有應(yīng)用的項目中，間接換熱系統(tǒng)占的比重較大， 直接換熱系統(tǒng)較少，但直接換熱系統(tǒng)具有無溫差損失、投資低、運(yùn)行效率高、機(jī) 房占地面積少等優(yōu)點，筆者將從初投資、運(yùn)行費(fèi)用等方面來剖析直接換熱系統(tǒng)與 間接換熱系統(tǒng)的差異。1污水源熱泵系統(tǒng)介紹原生污水源熱泵系統(tǒng)在國內(nèi)發(fā)展有10多年的時間，系統(tǒng)類型如圖1所示，共 有五種類型，組合一為直接換熱系統(tǒng)、組合二為間接換熱系統(tǒng)，目前應(yīng)用組合二 的較多，組合三、組合四也為間接換熱系統(tǒng)，污水源

7、熱泵發(fā)展初期采用較多，目 前應(yīng)用較少，組合五為直進(jìn)熱泵系統(tǒng)，現(xiàn)為研發(fā)推廣期，該系統(tǒng)已有實際工程應(yīng) 用，本文主要討論組合一和組合二。目前，污水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用較多的主要是直接換熱系統(tǒng)和間接換熱系統(tǒng)兩種 方式，從原理上來講，都可實現(xiàn)為建筑物進(jìn)行供暖、空調(diào)及供應(yīng)生活熱水。但從 節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用及初投資方面來講，直接換熱還是占有一定的優(yōu)勢。直接式熱泵系 統(tǒng)與間接熱泵系統(tǒng)相比較，具有系統(tǒng)簡單、污水利用率高、運(yùn)行費(fèi)用低、機(jī)房占 地面積小等優(yōu)點，污水源直接進(jìn)熱泵系統(tǒng)投資可減少15-20%，運(yùn)行費(fèi)用可降低 10%-15%，機(jī)房占地面積是間接系統(tǒng)的1/2。圖1污水源熱泵系統(tǒng)五種類型2原生污水直接換熱熱泵系統(tǒng)介紹原生污

8、水直接進(jìn)熱泵機(jī)組系統(tǒng)原理介紹:峨財1.建骨原生污水直接進(jìn)熱泵機(jī)組系統(tǒng)原理介紹:峨財1.建骨狹*污卓干顯荷祖桐圖2原生污水直接換熱系統(tǒng)原理介紹：見圖2,原生污水經(jīng)過污水泵提升，進(jìn)入智能污水防阻機(jī)，通過 智能污水防阻機(jī)過濾，進(jìn)入原生污水源熱泵機(jī)組，經(jīng)原生污水源熱泵機(jī)組提溫（或 降溫）后，回到污水防阻機(jī)對防阻機(jī)進(jìn)行反沖洗，并攜帶污雜物排入污水干渠； 末端水由熱泵機(jī)組制熱（或制冷）后，由末端循環(huán)泵、末端系統(tǒng)循環(huán)換熱，直接 換熱系統(tǒng)技術(shù)難點是如何解決系統(tǒng)堵塞和腐蝕問題。1）解決系統(tǒng)堵塞的問題：污水直接換熱系統(tǒng)現(xiàn)解決堵塞的方法主要是對污水進(jìn)行過濾，圖3為智能污 水防阻機(jī)，是目前工程應(yīng)用比較多的一種過濾方式

9、，其采用螺旋濾清、活塞式擠 出式原理。其內(nèi)部原理為螺旋絞籠對過濾網(wǎng)進(jìn)行無間隙清理，清理積聚的污雜物 由往復(fù)活塞輸送至反沖區(qū)，設(shè)備內(nèi)部分為兩個相對獨立的通路，相互之間為動態(tài) 密封，并利用污水回水將反沖區(qū)內(nèi)的污雜物沖回干渠中，保證污水連續(xù)過濾。過 濾網(wǎng)采用2mm直徑的圓孔，通過實踐工程，我們總結(jié)出污雜物影響機(jī)組正常運(yùn)行 的主要原因在于絨泥通過過濾裝置多少及其大小，有些過濾網(wǎng)為梯形孔，長X寬 =10mmX2mm，截面積是2mm圓孔的6.37倍，所以對機(jī)組運(yùn)行有一定的影響。實踐 也證明，活塞式擠出型污水防阻機(jī)也確實解決了這一問題，工程試驗地點為北京 悅都大酒店，實驗方法為：先將污水源熱泵機(jī)組打開，清洗

10、內(nèi)部容器，清洗干凈 后進(jìn)行拍照，準(zhǔn)備好后，系統(tǒng)開始運(yùn)行，7天打開進(jìn)行查看，15天打開查看，30 天打開查看。試驗結(jié)果，30天后打開機(jī)組，內(nèi)部幾乎沒有污物存在。從實際應(yīng)用上，解決了原生污水連續(xù)過濾、無堵塞換熱的技術(shù)難題，并從結(jié) 構(gòu)上最優(yōu)化設(shè)計，增加了加工難度，解決內(nèi)部混水、混溫的問題，并采用智能化 控制系統(tǒng)，溫度監(jiān)控系統(tǒng)、報警保護(hù)系統(tǒng)，外型美觀等優(yōu)點。圖3智能污水防阻機(jī)2）污水腐蝕性處理及污垢影響換熱的解決方案：解決熱泵機(jī)組污水側(cè)換熱器腐蝕的思路是選用耐腐蝕的換熱管，目前換熱器 材質(zhì)選用采用抗腐蝕的白銅管B10,白銅管可在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，耐腐蝕 性好，還具有良好的加工性。對于污垢影響換熱的

11、解決方案是對機(jī)組換熱器進(jìn)行污水工況下的實測分析， 從實測數(shù)據(jù)分析，污水換熱器的傳熱系數(shù)為清水換熱器的0.5倍，以實測數(shù)據(jù)為依 據(jù),針對原生污水的特性進(jìn)行換熱器的設(shè)計。3）直接換熱系統(tǒng)特點：4-智能污水防阻機(jī)過濾精度為2mm，滿足機(jī)組污水換熱器的過濾需求。機(jī)組冬季制熱與夏季制冷的轉(zhuǎn)換是在機(jī)組冷媒系統(tǒng)側(cè)完成，省去工程安 裝中水側(cè)切換閥的安裝費(fèi)用，重點解決了使用端與污水端系統(tǒng)污染的問 題。L機(jī)組換熱管采用白銅B10,材料抗腐蝕性強(qiáng)。L針對原生污水特性設(shè)計換熱器，確保換熱連續(xù)性。3原生污水間接換熱熱泵系統(tǒng)介紹利用污水專用換熱器的原生污水間接換熱系統(tǒng)，與污水直接換熱系統(tǒng)不同點 在于污水與熱泵機(jī)組之間增加

12、熱能采集器（污水換熱器的一種），原生污水進(jìn)入熱 能采集器與清水進(jìn)行換熱，之后由清水進(jìn)入熱泵機(jī)組進(jìn)行換熱，兩者末端設(shè)計無 差別。圖4原生污水間接換熱系統(tǒng)在原生污水源熱泵系統(tǒng)中，熱能采集器其功能等同于智能污水防阻機(jī)+換熱 器的作用，此設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)就是能夠?qū)崿F(xiàn)無堵塞換熱，如圖5所示，實現(xiàn)無堵 塞換熱的原理是污水換熱通道進(jìn)行特殊設(shè)計，將通道設(shè)計為寬通道，一般為 3cmX60cm，寬通道設(shè)計可以在污水水質(zhì)較差的情況下進(jìn)行換熱。圖5污水熱能采集器污水側(cè)換熱通道4兩種方式比較1）運(yùn)行費(fèi)用比較兩種方式均采用原生污水做為熱泵冷熱源，熱泵機(jī)組至末端系統(tǒng)均為常規(guī)系 統(tǒng)，不同之處在于系統(tǒng)直接換熱、間接換熱，以冬季原

13、生污水溫度為12C為例， 直接換熱系統(tǒng)污水進(jìn)入機(jī)組的溫度為12C；間換熱系統(tǒng)考慮全熱能采集器的換熱 對數(shù)溫差，污水進(jìn)入機(jī)組的溫度較直接換熱系統(tǒng)相比，會低4-5C，進(jìn)入機(jī)組換 熱器的溫度約為8C,根據(jù)壓縮機(jī)選型軟件查得，制熱效率衰減15%左右（不同型 號的壓縮機(jī)有所差異）。2）兩種方式的初投資比較：兩種方式不同之處在于直接換熱系統(tǒng)有污水防阻機(jī)，間接換熱系統(tǒng)有污水換 熱器，以建筑面積為10萬m2的建筑物，冬季熱負(fù)荷指標(biāo)為35w/m2為例，對以上兩 項進(jìn)行比較。直接換熱系統(tǒng)：建筑物負(fù)荷計算：Q=100000 m2X35w/m2=3500kW需要污水的流量：G =庭6 * O.75 x Q =警蘭經(jīng)x

14、35。= 履/h AT4選用兩臺300m3/h的智能型污水防阻機(jī)，單臺價格為26.1萬元/臺，價格總計 =26.1萬元/臺X2臺二52.2萬元間接換熱系統(tǒng)：建筑物負(fù)荷計算：Q=100000 m2X35w/m2=3500kW需要換熱面積：F =。切xI5xQ =。.75x 1.15淄。頸頃履 k A0.75 x 4選用臺數(shù)：選用5臺換熱面積為200平方米的換熱器，單臺尺寸：長X寬X高 =3500mmX1900mmX2400mm，單臺占地面積為6.65平方米。換熱器造價約為1500元/m2,換熱器價格總計=1000m2X0.15萬元/m2=150萬元智能型污水防阻機(jī)工程造價約為污水換熱器工程造價的34.8%。3）機(jī)房占地面積比較：直接換熱系統(tǒng)與間接換熱系統(tǒng)相比，減少了污水專用換熱器的占地面積，增 加了污水防阻機(jī)占地面積。仍以上例所述2臺污水防阻機(jī)占地約為面積5平方米， 5臺污水換熱器單臺占地面積約為33.25平方米，安裝面積約為54平方米，防阻機(jī) 占地面積約為污水換熱器占地面積的10%。5結(jié)論采用直接式原生污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，有以下幾個優(yōu)勢。1）節(jié)省了換熱器的投入，減小設(shè)備占地面積，并降低機(jī)房初