直接式污水源熱泵機組兩器匹配與選型
張承虎、孫德興、莊兆意
（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱 150090）
（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱 150090）
摘要：城市污水源熱泵機組根據(jù)制冷制熱功能的切換方式，可以分為水側(cè)（外）切換機組和機側(cè)（內(nèi)）切換機組。針對污水源熱泵機組的設(shè)計，本文先探討了污水源熱泵機組的標(biāo)準(zhǔn)工況，分析了外切換與內(nèi)切換機組性能與兩換熱器匹配之間的關(guān)系，并對比了內(nèi)、外切換機組的特點與選型方法。
關(guān)鍵詞：污水、直接式、熱泵、匹配
直接式污水源熱泵機組按熱力循環(huán)的不同可分為蒸汽壓縮式和吸收式兩大類；按冬夏之熱制冷功能的切換方法可分為水側(cè)切換機組（本文也稱之為外切換機組）和制冷劑側(cè)或機側(cè)切換機組（本文也稱之為內(nèi)切換機組）兩大類。本文所探討的污水源熱泵機組主要針對蒸汽壓縮式外切換和內(nèi)切換機組。
1、污水源熱泵機組的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況
外切換與內(nèi)切換機組由于制冷制熱功能切換方法的不同，導(dǎo)致機組的蒸發(fā)和冷凝換熱器存在很大不同，從而導(dǎo)致機組的制冷和制熱能力存在差異。此外，設(shè)計計算污水源熱泵機組的兩器，可以針對制熱來設(shè)計（基熱設(shè)計），也可以針對制冷來設(shè)計（基冷設(shè)計），這也會導(dǎo)致污水源熱泵機組的制冷和制熱能力存在差異。
外切換機組的蒸發(fā)器在冬夏都起蒸發(fā)換熱功能，但是冬夏流經(jīng)的介質(zhì)不同，冬季走污水，夏季走清水。冷凝器在冬夏都起冷凝換熱功能，但是冬季走清水，夏季走污水。外切換機組的兩器在水側(cè)強化換熱措施效果差，但制冷劑側(cè)的強化換熱措施效果好。
內(nèi)切換機組的污水換熱器在冬夏都走污水，但是冬夏所起的換熱作用不同，冬季起蒸發(fā)器作用，夏季起冷凝器作用。清水換熱器在冬夏都走清水，但是冬季起冷凝器作用，夏季起蒸發(fā)器作用。內(nèi)切換機組的兩器在清水側(cè)強化換熱措施效果好，但制冷劑側(cè)的強化換熱措施效果折中。
內(nèi)外切換機組兩器的特點如表1所示
表1 內(nèi)、外切換機組兩器的特點
設(shè)計污水源熱泵機組，首先要確定污水源熱泵機組的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況。鑒于我國城市污水溫度，冬季在9-15℃之間，夏季在20-26℃之間，確定如下工況為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況：
（1）制熱標(biāo)準(zhǔn)工況：污水進(jìn)口12℃，出口5℃，蒸發(fā)平均傳熱溫差5℃。循環(huán)水進(jìn)口40℃，出口45℃，冷凝平均傳熱溫差5℃。COPh=4.5。
（2）制冷標(biāo)準(zhǔn)工況：污水進(jìn)口23℃，出口30℃，蒸發(fā)平均傳熱溫差5℃。循環(huán)水進(jìn)口12℃，出口5℃，冷凝平均傳熱溫差5℃。COPc=5.5。
（1）制熱標(biāo)準(zhǔn)工況：污水進(jìn)口12℃，出口5℃，蒸發(fā)平均傳熱溫差5℃。循環(huán)水進(jìn)口40℃，出口45℃，冷凝平均傳熱溫差5℃。COPh=4.5。
（2）制冷標(biāo)準(zhǔn)工況：污水進(jìn)口23℃，出口30℃，蒸發(fā)平均傳熱溫差5℃。循環(huán)水進(jìn)口12℃，出口5℃，冷凝平均傳熱溫差5℃。COPc=5.5。
本文對符號作如下約定：—換熱器換熱量；—制熱或制冷量；下標(biāo)：—蒸發(fā)；—冷凝或制冷；—污水、外切環(huán)或冬季；—清水；—制熱；—內(nèi)切換；—標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況；—夏季。
此外，本文按如下關(guān)系式定義熱泵機組的COP：
，而且本文令
令換熱器的傳熱系數(shù)與平均傳熱溫差的乘積為一參數(shù)，即（即熱流密度）。由于內(nèi)切換機組的清水換熱器，可以在水側(cè)采取多種強化換熱的措施，但是外切換機組兩器的水側(cè)不宜采取強化換熱措施，因此內(nèi)切換機組的、都要比外切換機組要大一些。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況下機組兩器的參數(shù)如表2所示。
表2 內(nèi)、外切換機組兩器在標(biāo)況下的數(shù)值
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