寒區(qū)直燃吸收式直接污水源熱泵工程案例
張承虎、廖晉、孫德興
（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：本文介紹了黑龍江地區(qū)某一原生污水源熱泵工程方案，該工程具有冬季供暖和夏季空調(diào)的雙重要求，系統(tǒng)主要有兩個特點：污水直接進入熱泵機組，熱泵機組選用直燃型吸收式熱泵。
關(guān)鍵詞：污水源熱泵、直接式、吸收式、案例
本文介紹的某大型污水熱泵工程地處我國北方，其工程特點為：（1）冬季有采暖要求、部分房間夏季有空調(diào)要求，兩種負(fù)荷相差不大，但是對污水的取熱與放熱量相差很大；（2）建筑集中，污水源距離用戶很近，取水方便；（3）建筑類型為高層賓館，含客房、餐飲、娛樂、會議；（4）污水源水量充足，但是水溫偏低。（5）采用直接式污水源熱泵系統(tǒng)形式，前置三重過濾還原措施；（6）采用直燃型吸收式熱泵機組，不設(shè)備用熱源。
1、工程概況
該項目位于黑龍江省中部，是兩棟包含客房、餐飲、娛樂、會議室、游泳館等多種功能的高級賓館類建筑，建筑面積為57500平方米，高層層數(shù)為二十二、十六層（其中地下一層），建筑高度控制在82.00米和60.50米；多層（裙房）層數(shù)六層（其中地下一層），建筑高度控制在20.50米。該地區(qū)的氣象條件如表1所示。
根據(jù)整體工程可研報告和設(shè)計院提供的數(shù)據(jù)，冬季采暖熱負(fù)荷：教學(xué)樓單位面積按照55W/m2計算，夏季空調(diào)面積冷指標(biāo)為95W/m2。本項目負(fù)責(zé)供熱面積57500 m2，空調(diào)總面積約為34770m2?？偛膳療嶝?fù)荷為：Qh=3240.5KW；總空調(diào)冷負(fù)荷為：Qc=3303.2KW。
2、水資源論證
2.1 水源條件
充足而穩(wěn)定的污水源水量是該工程的必要條件。
根據(jù)實地考察，以及相關(guān)部門提供的污水?dāng)?shù)據(jù)，距離建筑100m處有一條污水干渠穿越該項目所轄單位的園區(qū)，污水具體數(shù)據(jù)如下表所示。
本工程非常適合采用污水源熱泵。理由是：
1、該污水源水溫非常合適。冬季作為熱泵熱源水溫較高，夏季水溫較低，不但污水可利用的溫差幅度大，而且有利于熱泵機組高效率運行。
2、污水源水量充足。據(jù)估算，本工程項目擬利用的污水量僅為低峰期流量的三分之一到二分之一。水量充足將保證本工程的成功實施。
3、污水的綜合化學(xué)特性呈弱堿性，在無氧情況下（即污水充滿），對管道和設(shè)備的腐蝕是非常微小的。
4、污水源位置非常好，距離污水源熱泵機房100米，位置近、無障礙、審批快捷，保證了該工程污水引退水的可行性及安全性。
但是該污水源作為熱泵的低位熱源也存在較大的限制，主要體現(xiàn)在水溫限制和工程安全性上。相對于我國其它地區(qū)而言，本項目的污水源溫度偏低，這限制了本項目所能采取的污水源熱泵技術(shù)形式，其中直燃型吸收式直接污水源熱泵技術(shù)是最佳選擇。原因如下：
（1）污水源熱泵系統(tǒng)有直接式與間接式之分。間接式污水源熱泵是指，先采用清潔的中介水與污水進行換熱，然后再由中介水將污水熱能傳遞給熱泵機組。直接式污水源熱泵取消了中介水，污水直接進入熱泵機組進行換熱。間接式系統(tǒng)對熱泵主機沒有太高要求，是污水源熱泵技術(shù)發(fā)展早期的產(chǎn)物。
間接式系統(tǒng)由于中介水的存在，不但加大了系統(tǒng)的可用能損失，降低了系統(tǒng)的效率，而且由于冰點的限制，又必須給中介水預(yù)留溫度空間，這就大大減小了污水的可利用溫差。以本項目為例，間接式系統(tǒng)的污水只能由10℃降至7.5℃，中介水由7.5℃降至5℃（熱泵機組的冰點保護溫度），也就是污水只有2.5℃的可利用溫差；而直接式系統(tǒng)，污水可直接由10℃降至5℃，可利用溫差為5℃。
（2）根據(jù)制冷原理和熱力循環(huán)的不同，熱泵主要可分為蒸汽壓縮式和吸收式兩大類，二者的區(qū)別體現(xiàn)在三點：（1）驅(qū)動方式不同；（2）制熱系數(shù)不同；（3）對低位熱源的依賴性不同。吸收式熱泵55%的熱能由燃?xì)馓峁?，污水只提?5%的熱能，而蒸汽壓縮式熱泵75%以上的熱能由污水提供，因此在相同熱負(fù)荷條件下，吸收式熱泵供熱對污水流量和溫度的依賴性更低。本項目污水溫偏低，選擇吸收式更安全。
此外，吸收式熱泵還有一個蒸汽壓縮式熱泵無法比擬的優(yōu)點，那就是即使在污水短暫斷流情況下，吸收式熱泵仍能保持約60%的供熱出力，而蒸汽壓縮式熱泵則徹底不能供熱，因此，在污水溫度偏低時，吸收式熱泵的供熱安全性更高。
（3）污水源熱泵技術(shù)形式主要有4種：間接-蒸汽壓縮式、間接-吸收式、直接-蒸汽壓縮式、直接-吸收式。4種方案的污水量需求對比如表3所示。針對本項目污水溫度偏低的特性，間接式系統(tǒng)的方案可行性最差，直接-蒸汽壓縮式方案具有一定可行性，但是直燃型吸收式直接污水源熱泵是最佳選擇：所需污水量小，效率高，污水依賴性小，安全性高，運行更穩(wěn)定。
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。
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