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【摘 要】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。
【关键词】污水源热泵；经济性；运行能耗；可靠性
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。
参考文献
[1] 张承虎，吴荣华。关于城市污水热能资源化相关概念和分类探讨[J]。暖通空调，2004，34（11）.
[2] 肖红侠，孙德兴，赵明明。非清洁能源热泵系统换热器除污方法研究[J]。节能技术，2007，25（6）.
【关键词】污水源热泵；经济性；运行能耗；可靠性
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。
参考文献
[1] 张承虎，吴荣华。关于城市污水热能资源化相关概念和分类探讨[J]。暖通空调，2004，34（11）.
[2] 肖红侠，孙德兴，赵明明。非清洁能源热泵系统换热器除污方法研究[J]。节能技术，2007，25（6）.