不同换热形式的污水热泵运行能效分析

不同换热形式的污水热泵运行能效分析
城市污水中蕴藏有大量的低位能源，建筑物排放污水中所含有的热能足以供应1/7左右相应建筑面积采暖的能耗。
与传统的水源热泵相比，污水热泵在实际运行中存在不良水质换热过程中可能引发的各种问题，主要包括堵塞、污染与腐蚀三个方面。针对上述问题，将污水热泵系统分为直接式与间接式两类。若水源水直接进入热泵机组的蒸发器或冷凝器换热则为直接式系统，若水源水先与中介水换热、然后由中介水进入机组则为间接式系统。
北京瑞宝利热能科技有限公司自主研发的原生污水直接进蒸发器技术。利用污水热泵专用防阻机对污水进行自动过滤和反冲洗，首先解决了城市原生污水对设备和管路的堵塞这个世界性难题。同时解决了城市原生污水对蒸发器或冷凝器的污染和腐蚀问题。
两种换热形式的系统进行效果比较
直接换热式污水热泵，由于污水直接进机组，蒸发温度相对较高，系统能效比较，实际工况接近样本工况，COP值偏差仅为7%；而间接换热式污水热泵，由于中间换热器存在传热温差损失，机组蒸发温度较低，系统能效比较低，实际工况COP至与样本工况偏差达27%。同时，中间换热器的存在也增加了系统的输送能耗，致使系统运行经济性变差。
对比分析两个工程测试期间的机组蒸发器冷凝器的进出口水温，中间换热器传热温差损失约为5℃。根据污水热泵机组运行的经验，蒸发温度每降低1℃则机组制冷量降低7%、输入功率减少2%、COP降低5%，间接换热式污水热泵虽然改善了机组的运行条件，但是对机组运行效率影响明显。同时，间接换热形式并没有根本解决污水对产热的影响，只是将污赌、腐蚀等问题留给了中间换热器，间接保护了热泵机组。
对于直接换热系统的污水由于进入机组的污水含杂志较多，与机组测试条件水质相差较大，对热泵机组的换热效果影响较大；另外，由于进入机组的污水流量远大于机组额定流量，造成污水输送能耗较大，但是污水侧大流量小温差运行可以提高污水热泵机组蒸发温度，对提高机组的能效比有力，综合考虑两者影响，大流量运行对系统能效比影响较小。
对于间接换热系统，由于增加了中介水循环泵系统，机组运行更为安全，但热泵系统寄管路设计复杂、初他口子及运行费用增加；另外，中介水系统存在换热温差损失，使机组蒸发温度降低，能效比下降，加之前述运行费用的增加，对系统能效比影响较大。针对以上问题，研究人员开发新型污水热泵机组，采用特设材料制造蒸发器和冷凝器，如合金钢材质（镍、铜合金，钛合金）等，主动增强机组对水质适应性，同时又可以减少中间水换热的热效率损失。基于同样的原因，换热表面不可采用波纹、内肋等加强换热，这将提高合金钢用量，增加制造成本。
对分别采用直接式、间接式换热系统的两个不同的污水源热泵工程，进行了系统运行参数实测，数据对比表明，直接换热式污水热泵系统的能效比较高，实际工况与样本工况的COP值偏差仅为7%，而间接式系统则为27%。