直接式與間接式污水熱泵技術(shù)比對分析
張承虎、孫德興、劉京
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)  哈爾濱  150090）

    摘  要：相對于直接式而言，間接式污水源熱泵系統(tǒng)是目前較為成熟的技術(shù)。針對目前工程界對兩種系統(tǒng)形式和與技術(shù)的迷惑和分歧，在最新研究成果的基礎(chǔ)上，對二者進(jìn)行了對比分析，指出直接式系統(tǒng)必將是未來污水源熱泵的發(fā)展方向和主導(dǎo)形式。
   
    關(guān)鍵詞：污水源熱泵  直接式 間接式 對比

    城市污水源熱泵系統(tǒng)可分為直接式與間接式兩類。若污水直接進(jìn)入熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器或冷凝器換熱則為直接式系統(tǒng)，若污水先與中介水換熱，中介水再進(jìn)入熱泵機(jī)組則為間接式系統(tǒng)。目前許多工程在確定方案的初期，為采用直接式系統(tǒng)還是間接式系統(tǒng)而糾結(jié)，有人認(rèn)為間接式系統(tǒng)投資省運(yùn)行費(fèi)用高、有人認(rèn)為間接式系統(tǒng)投資高運(yùn)行費(fèi)用省、有人認(rèn)為間接式系統(tǒng)投資高運(yùn)行費(fèi)用高、甚至有人認(rèn)為間接式系統(tǒng)投資省運(yùn)行費(fèi)用也省，或者說直接式系統(tǒng)根本不可行，令人莫衷一是。本文從多年工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和研究成果分析出發(fā)，拿出自己的見解，拋磚引玉，供同行參考交流。

    1、直接式與間接式系統(tǒng)的構(gòu)成

   
    如圖1所示，直接式系統(tǒng)可分為2個(gè)循環(huán)子系統(tǒng)，（1）污水取排與換熱子系統(tǒng)，由污水源1、污水泵2、旋轉(zhuǎn)反沖洗設(shè)備3、熱泵機(jī)組4及其連接管路組成；（2）末端循環(huán)子系統(tǒng)，由熱泵機(jī)組4、末端循環(huán)泵5、末端散熱設(shè)備6及其連接管路組成。

    1-一級污水泵；2-防阻機(jī)；3-二級污水泵；4-污水換熱器；5-中介水泵；6-熱泵機(jī)組；7-功能切換閥門組；8-末端循環(huán)泵；9-末端設(shè)備；E-蒸發(fā)器；C-冷凝器

    間接式系統(tǒng)可分為3個(gè)循環(huán)子系統(tǒng)：（1）污水取排與換熱子系統(tǒng)，由水源1、污水泵2、防阻設(shè)備3、污水換熱器4及其連接管路組成；（2）中間換熱子系統(tǒng)，由污水換熱器4、中介循環(huán)水泵5、熱泵機(jī)組6及其連接管路組成；（3）末端循環(huán)子系統(tǒng)，由熱泵機(jī)組6、末端循環(huán)泵7、末端散熱設(shè)備8及連接管路組成。間接式系統(tǒng)比直接式系統(tǒng)多一個(gè)中間換熱的環(huán)節(jié)。

    簡單地從系統(tǒng)構(gòu)成來看，直接式系統(tǒng)較間接式系統(tǒng)簡單，沒有中介水循環(huán)系統(tǒng)的水泵、管路、定壓補(bǔ)水、調(diào)節(jié)控制以及污水換熱器。一般而言，間接式系統(tǒng)常采用水路切換方式實(shí)現(xiàn)供熱供冷，也可以采用制冷劑側(cè)切換的方式來實(shí)現(xiàn)。出于2個(gè)原因，直接式污水源熱泵系統(tǒng)必須采用制冷劑側(cè)切換的方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能切換：（1）為了降低造價(jià)，污水流經(jīng)換熱器，就要求換熱器有特殊的改進(jìn)或改造，這些特殊措施都會增加熱泵機(jī)組的造價(jià)。如果采用水路切換，那么冬季污水進(jìn)蒸發(fā)器、夏季污水進(jìn)冷凝器，則要求熱泵機(jī)組的兩器都需要增加投資，而制冷劑側(cè)切換，僅需要對某一個(gè)換熱器采用特殊措施，可降低成本；（2）保障衛(wèi)生安全，如果直接式系統(tǒng)采用水路切換，則不能絕對保證污水不與末端循環(huán)水相互摻混，也就不能保證末端循環(huán)系統(tǒng)的衛(wèi)生和運(yùn)行安全。
    與間接式污水源熱泵系統(tǒng)類似，直接式污水源熱泵系統(tǒng)也可按照制冷原理的不同分為蒸汽壓縮式和吸收式兩種。如果是吸收式污水源熱泵，則上述直接式與間接式系統(tǒng)的構(gòu)成區(qū)別是類似。在熱源條件較好時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇吸收式污水源熱泵系統(tǒng)。

    2、直接式污水源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)可行性

    那么為什么到目前為止，還沒有廣泛地普及直接式系統(tǒng)呢？這是因?yàn)橹苯邮较到y(tǒng)要求對機(jī)組原有的蒸發(fā)器做較大的改造，而一段時(shí)間內(nèi)還沒有機(jī)組廠家作出了這樣的改造。故污水源熱泵技術(shù)誕生以來，一直在采用間接式系統(tǒng)，這是從可靠性角度考慮而采取的保守措施。畢竟采用城市原生污水作為熱泵冷熱源是近些年才有的新技術(shù)。在全世界范圍內(nèi)，不采用大規(guī)模的水處理措施（這樣做費(fèi)用太高，已沒有實(shí)用價(jià)值）而使用原生污水作冷熱源為建筑物供暖與空調(diào)，始于哈爾濱工業(yè)大學(xué)于2003年建成的哈爾濱望江賓館熱泵空調(diào)工程。

    直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)的主要區(qū)別在于污水是進(jìn)機(jī)組的蒸發(fā)器還是進(jìn)中間換熱器。中間換熱器是管殼式，目前已有諸多工程證明了其運(yùn)行的可靠性。而直接式系統(tǒng)滿液式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式其實(shí)也是管殼式的。如果二者的結(jié)構(gòu)參數(shù)再相同，污水就沒有理由不能直接進(jìn)入熱泵機(jī)組了。

    直接式污水源熱泵系統(tǒng)技術(shù)的突破在于解決以下幾個(gè)問題：

   （1）可靠的前置過濾措施，保證各種性狀的大尺度污雜物不經(jīng)過熱泵機(jī)組的換熱器。這要求前置過濾措施必須能夠做到：連續(xù)濾面再生、連續(xù)污物還原，且可實(shí)現(xiàn)可行多級過濾。也就是說，直接式系統(tǒng)對前置過濾的要求是高于間接式系統(tǒng)的。

   （2）可靠的防腐蝕和耐腐蝕措施，保證熱泵機(jī)組在使用壽命內(nèi)不被“爛透穿孔”。而所采用的防腐材質(zhì)或方法既要考慮污水，也要針對制冷劑或溴化鋰溶液。機(jī)組的防腐既要得益于先進(jìn)材料和表面處理技術(shù)的進(jìn)步，也要依靠系統(tǒng)設(shè)計(jì)和科學(xué)的運(yùn)行管理維護(hù)。防腐措施可以采用“一勞永逸”式的材料，也可以采取“周期”性的表層處理工藝。例如納米涂層就可以增強(qiáng)換熱表面的憎水性和憎垢性，極大地抑制軟垢在換熱面上的生長，減小熱阻，同時(shí)保護(hù)換熱管不與污水接觸、不被污水腐蝕，保證污水源熱泵機(jī)組與普通清水源熱泵機(jī)組具有相同或更長的使用壽命。

   （3）“一器兩用”。要強(qiáng)調(diào)下述的“一器兩用”要求既對污水側(cè)有效，也對末端循環(huán)水側(cè)有效。蒸發(fā)與冷凝是兩種不同的相變換熱形式，它們強(qiáng)化換熱的機(jī)理也是不同的，不但要在同一個(gè)換熱器內(nèi)既實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)強(qiáng)化，又實(shí)現(xiàn)冷凝強(qiáng)化，還必須保證該換熱器在蒸發(fā)換熱與冷凝換熱條件下的換熱量與機(jī)組的制熱量與制冷量相匹配（不能過于懸殊）。此外，“一器兩用”所帶來制冷劑“盈余虧缺”的問題也必須予以解決。

   （4）可靠的故障診斷與監(jiān)測報(bào)警技術(shù)。直接式污水源熱泵系統(tǒng)的最大缺陷就是風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)太高。其風(fēng)險(xiǎn)不但來源于腐蝕，也來源于堵塞、過熱、凍結(jié)、過載、回油等?？赡艽嬖谟谖鬯畟?cè)，也可能存在于制冷劑側(cè)。必須對直接式污水源熱泵機(jī)組，也包括前置過濾裝置，提高診斷和報(bào)警要求。

   （5）規(guī)范的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠的清理維護(hù)措施。直接式污水源熱泵機(jī)組的維護(hù)頻率肯定高于間接式系統(tǒng)。系統(tǒng)的清理維護(hù)必須簡單輕快、高效可靠，安全無損傷、不影響系統(tǒng)正常使用和出力。這些要求不但針對熱泵機(jī)組，也是對前置過濾措施的更高要求。

    通過學(xué)術(shù)文獻(xiàn)和科技報(bào)道的總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，上述技術(shù)難題的解決都已不存在實(shí)質(zhì)性困難，科學(xué)技術(shù)的交叉應(yīng)用已經(jīng)為直接式污水源熱泵的“出世”奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

 
    閱讀全文：直接式與間接式污水熱泵技術(shù)比對分析.pdf

    注：本文為《地源熱泵》“本期專題”連載內(nèi)容，謝絕轉(zhuǎn)載。如果您對污水源熱泵空調(diào)方面有任何問題，歡迎來電或給我們發(fā)送電子郵件，我們將選擇部分典型問題擇期在《地源熱泵》雜志上統(tǒng)一刊登和解答。

    咨詢電話：010-64656526；電子郵箱：services#dyrbw.com(將#換為@后發(fā)送，請?jiān)卩]件主題處標(biāo)注“污水源熱泵相關(guān)問題”字樣，以免工作人員誤刪。)