城市污水源熱泵空調(diào)集成系統(tǒng)
                               -----直接換熱與間接換熱對比介紹

             北京瑞寶利熱能科技有限公司   總工程師 楊勝東

    城市原生污水源熱泵從換熱方式上分為間接換熱和直接換熱兩種方式，都可使原生污水作為熱泵冷熱源為建筑物供熱、制冷及供應(yīng)生活熱水。但從運(yùn)行費(fèi)用、初投資及機(jī)房占地面積來講，直接換熱與間接換熱相比較有很大優(yōu)勢。下面我們以原生污水直接換熱熱泵系統(tǒng)（以下簡稱方案一）和利用污水專用換熱器的原生污水間接換熱熱泵系統(tǒng)（以下簡稱方案二）來進(jìn)行分析對比。

一、原生污水直接換熱熱泵系統(tǒng):

（一） 原生污水直接換熱熱泵系統(tǒng)原理介紹：

圖1  原生污水直接進(jìn)熱泵機(jī)組
原理介紹：見圖1，原生污水經(jīng)過污水泵進(jìn)入智能污水防阻機(jī)（北京瑞寶利專利技術(shù)產(chǎn)品），通過污水防阻機(jī)過濾后，進(jìn)入原生污水源熱泵機(jī)組，經(jīng)熱泵機(jī)組提溫（或降溫）后，回到防阻機(jī)對防阻機(jī)進(jìn)行沖洗，并攜帶污雜物排入污水干渠，這是污水換熱的流程；末端循環(huán)系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)相同。

（二）專利技術(shù)產(chǎn)品：

1、智能型污水防阻機(jī)：
    北京瑞寶利熱能科技有限公司研發(fā)的智能型污水防阻機(jī)，從原理上徹底解決了原生污水無法連續(xù)過濾及無堵塞換熱這一世界性技術(shù)難題，通過結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，內(nèi)部增加機(jī)械強(qiáng)制沖洗和密封裝置，解決內(nèi)部混水、混溫的現(xiàn)象，并增加智能化控制系統(tǒng)，溫度監(jiān)控系統(tǒng)、故障報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)等功能，圖2為RBL-ZNWFJ型污水防阻機(jī)。

 圖2  RBL-ZNWFJ型污水防阻機(jī)

2、熱泵機(jī)組獨(dú)特的六項(xiàng)專用技術(shù)：
蒸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)專有設(shè)計(jì)，增大換熱效率。
噴淋式（降膜式）蒸發(fā)器,有效的提高機(jī)組的蒸發(fā)溫度。
專用噴射泵在無能耗的狀態(tài)下,完成系統(tǒng)的連續(xù)回油,安全可靠。
專項(xiàng)設(shè)計(jì)的高效能冷凝器,可降低機(jī)組的冷凝溫度。
二級壓縮機(jī)技術(shù)的使用（運(yùn)用在高溫型水源熱泵中)。
獨(dú)特的油分離器及閃變式節(jié)能器的合理配置。
低壓增壓技術(shù)的運(yùn)用--獨(dú)家首創(chuàng)。
噴淋式蒸發(fā)器+高效能換熱管+低壓增壓技術(shù)=提高蒸發(fā)溫度
二級壓縮技術(shù)+提高蒸發(fā)溫度=提高制冷量（Qc）↑
獨(dú)特的冷凝器設(shè)計(jì)+高效能換熱管=降低冷凝溫度
降低冷凝溫度+專用壓縮機(jī)容積比的選用=降低壓縮機(jī)耗功（N）
3、污物堵塞換熱器
1）大顆粒物體堵住管徑的問題
智能污水防阻機(jī)中濾網(wǎng)的孔徑為φ2（毫米）。
換熱管內(nèi)的銅管內(nèi)徑為φ17（毫米）。
結(jié)論：大顆粒物體堵住管徑的問題，是不存在的。
2）毛發(fā)的堵塞問題的解決有三項(xiàng)設(shè)計(jì)
管板端面的設(shè)計(jì)要求。
水流向的技術(shù)設(shè)計(jì)。
流速的技術(shù)設(shè)計(jì)。
結(jié)論：不存在堵塞的問題。

圖3 污水專用機(jī)組及特殊加的污水換熱器

4、耐污水腐蝕換熱器材質(zhì)
   （1）換熱器材采用海軍銅（軍用技術(shù)）
（2）主要成份：有機(jī)樹脂、納米SiO2
納米粒徑：30～100nm（納米SiO2）
乾膜厚度：5～20μm

（三）系統(tǒng)特點(diǎn):

1）工程中節(jié)省二次換熱器的投入。
2）機(jī)組初次投資費(fèi)用低、運(yùn)行費(fèi)用低，避免了二次換熱時(shí)熱量損失。（污水專用板式換熱器4℃）
3）機(jī)組冬季制冷與夏季制熱的轉(zhuǎn)換是在機(jī)組冷媒系統(tǒng)側(cè)完成，省去水側(cè)切換閥的安裝費(fèi)用，重點(diǎn)解決了使用端與污水端系統(tǒng)污染的問題。
4）換熱器銅管采用軍用技術(shù)：海軍銅。

二、利用污水專用換熱器的原生污水間接換熱系統(tǒng)

    系統(tǒng)原理介紹：
    利用污水專用換熱器的原生污水間接換熱系統(tǒng)，污水經(jīng)污水泵進(jìn)入換熱設(shè)備，中介水與污水進(jìn)行換熱后進(jìn)入熱泵機(jī)組進(jìn)行熱交換，見圖4。

圖4  利用污水專用換熱器的原生污水間接換熱系統(tǒng)

三、兩種方式比較

（一）運(yùn)行費(fèi)用比較
在方案一與方案二中，均采用原生污水源作為熱泵冷熱源，熱泵機(jī)組至末端系統(tǒng)均為常規(guī)系統(tǒng)，不同之處在于方案一為直接換熱、方案二為間接換熱?，F(xiàn)以冬季原生污水溫度為12℃為例，方案一，污水為直接換熱方式，污水進(jìn)入機(jī)組的溫度為12℃；方案二，增加中間換熱系統(tǒng)，污水先與中介水進(jìn)行換熱，再由中介水進(jìn)入機(jī)組，進(jìn)入熱泵機(jī)組的中介水的溫度與方案一的污水相比，會低4-5℃，溫度約為8℃，根據(jù)熱泵機(jī)組的性能參數(shù)表可知，冬季蒸發(fā)器出口溫度每降低1℃時(shí)，機(jī)組效率下降3%，那么方案一要比方案二節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約10%左右。
（二）兩種方式的初投資比較：
方案一與方案二，不同之處在于方案一有污水防阻機(jī)，方案二有污水換熱器，系統(tǒng)其它設(shè)備均相同，下面我們以建筑面積10萬平方米，冬季熱負(fù)荷指標(biāo)為35w/m2的建筑為例，對以上兩項(xiàng)進(jìn)行比較。
方案一：
建筑物負(fù)荷計(jì)算：Q=100000 m2×35w/m2=3500kW

需要污水的流量：

選用兩臺300m3/h的智能型污水防阻機(jī)，單臺價(jià)格為26.1萬元/臺，價(jià)格總計(jì)=26.1萬元/臺×2臺=52.2萬元
方案二：
建筑物負(fù)荷計(jì)算：Q=100000 m2×35w/m2=3500kW

    需要換熱面積：

    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×寬×高=3500mm×1900mm×2400mm，單臺占地面積為6.65平方米。
換熱器造價(jià)約為1000元/m2,換熱器價(jià)格總計(jì)=1000元/m2×1000元/m2=100萬元
    方案一與方案二初投資相比較，智能型污水防阻機(jī)價(jià)格約為污水換熱器價(jià)格的50%。
（三）機(jī)房占地面積比較：
    方案一未有中間換熱系統(tǒng)，與方案二相比較，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，2臺污水防阻機(jī)安裝占地約為面積5平方米，5臺污水換熱器占地面積約為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%。

（四）結(jié)論：

1）原生污水直接換熱熱泵系統(tǒng)是成熟的技術(shù)，可直接應(yīng)用于建筑物的供暖、制冷及生活熱水供應(yīng)。
2）原生污水直接換熱熱泵系統(tǒng)與利用污水專用換熱器的原生污水間接換熱系統(tǒng)比較，運(yùn)行費(fèi)用降低10%左右；初投資污水防阻機(jī)為污水換熱器的50%；占地面積污水防阻機(jī)為污水換熱器的10%左右。

注：本文為《地源熱泵》雜志專稿內(nèi)容，轉(zhuǎn)載請注明“中國地源熱泵網(wǎng)”。