城市污水源热泵与换热对比研究

    城市原生污水源热泵从换热方式上分为间接换热和直接换热两种方式，都可使原生污水作为热泵冷热源为建筑物供热、制冷及供应生活热水。但从运行费用、初投资及机房占地面积来讲，直接换热与间接换热相比较有很大优势。下面我们以原生污水直接换热热泵系统（以下简称方案一）和利用污水专用换热器的原生污水间接换热热泵系统（以下简称方案二）来进行分析对比。

    一、原生污水直接换热热泵系统:

   （一） 原生污水直接换热热泵系统原理介绍：

图1  原生污水直接进热泵机组 

    原理介绍：见图1，原生污水经过污水泵进入智能污水防阻机（北京瑞宝利专利技术产品），通过污水防阻机过滤后，进入原生污水源热泵机组，经热泵机组提温（或降温）后，回到防阻机对防阻机进行冲洗，并携带污杂物排入污水干渠，这是污水换热的流程；末端循环系统与常规系统相同。

    （二）专利技术产品：

    1、智能型污水防阻机：

    北京瑞宝利热能科技有限公司研发的智能型污水防阻机，从原理上彻底解决了原生污水无法连续过滤及无堵塞换热这一世界性技术难题，通过结构最优化设计，内部增加机械强制冲洗和密封装置，解决内部混水、混温的现象，并增加智能化控制系统，温度监控系统、故障报警保护系统等功能，图2为RBL-ZNWFJ型污水防阻机。
 

图2  RBL-ZNWFJ型污水防阻机 

    2、热泵机组独特的六项专用技术：

   蒸发器内部结构专有设计，增大换热效率。

   喷淋式（降膜式）蒸发器,有效的提高机组的蒸发温度。

   专用喷射泵在无能耗的状态下,完成系统的连续回油,安全可靠。

   专项设计的高效能冷凝器,可降低机组的冷凝温度。

   二级压缩机技术的使用（运用在高温型水源热泵中)。

   独特的油分离器及闪变式节能器的合理配置。

   低压增压技术的运用--独家首创。

   喷淋式蒸发器+高效能换热管+低压增压技术=提高蒸发温度

   二级压缩技术+提高蒸发温度=提高制冷量（Qc）↑

   独特的冷凝器设计+高效能换热管=降低冷凝温度

   降低冷凝温度+专用压缩机容积比的选用=降低压缩机耗功（N）

   3、污物堵塞换热器

   1）大颗粒物体堵住管径的问题

   智能污水防阻机中滤网的孔径为φ2（毫米）。

   换热管内的铜管内径为φ17（毫米）。

   结论：大颗粒物体堵住管径的问题，是不存在的。

   2）毛发的堵塞问题的解决有三项设计

   管板端面的设计要求。

   水流向的技术设计。

   流速的技术设计。

   结论：不存在堵塞的问题。

图3 污水专用机组及特殊加的污水换热器

   4、耐污水腐蚀换热器材质

   （1）换热器材采用海军铜（军用技术）

   （2）主要成份：有机树脂、纳米SiO₂

    纳米粒径：30～100nm（纳米SiO₂）

    乾膜厚度：5～20μm

  （三）系统特点:

   1）工程中节省二次换热器的投入。

   2）机组初次投资费用低、运行费用低，避免了二次换热时热量损失。（污水专用板式换热器4℃）

   3）机组冬季制冷与夏季制热的转换是在机组冷媒系统侧完成，省去水侧切换阀的安装费用，重点解决了使用端与污水端系统污染的问题。

   4）换热器铜管采用军用技术：海军铜。

   二、利用污水专用换热器的原生污水间接换热系统

    系统原理介绍：

    利用污水专用换热器的原生污水间接换热系统，污水经污水泵进入换热设备，中介水与污水进行换热后进入热泵机组进行热交换，见图4。
 

图4  利用污水专用换热器的原生污水间接换热系统

    三、两种方式比较

    （一）运行费用比较

    在方案一与方案二中，均采用原生污水源作为热泵冷热源，热泵机组至末端系统均为常规系统，不同之处在于方案一为直接换热、方案二为间接换热。现以冬季原生污水温度为12℃为例，方案一，污水为直接换热方式，污水进入机组的温度为12℃；方案二，增加中间换热系统，污水先与中介水进行换热，再由中介水进入机组，进入热泵机组的中介水的温度与方案一的污水相比，会低4-5℃，温度约为8℃，根据热泵机组的性能参数表可知，冬季蒸发器出口温度每降低1℃时，机组效率下降3%，那么方案一要比方案二节省运行费用约10%左右。

     （二）两种方式的初投资比较：

    方案一与方案二，不同之处在于方案一有污水防阻机，方案二有污水换热器，系统其它设备均相同，下面我们以建筑面积10万平方米，冬季热负荷指标为35w/m2的建筑为例，对以上两项进行比较。

    方案一：

    建筑物负荷计算：Q=100000 m2×35w/m2=3500kW
    需要污水的流量：
    选用两台300m3/h的智能型污水防阻机，单台价格为26.1万元/台，价格总计=26.1万元/台×2台=52.2万元
 

    方案二：

    建筑物负荷计算：Q=100000 m2×35w/m2=3500kW

    需要换热面积： 

    选用台数：选用5台换热面积为200平方米的换热器，单台尺寸：长×宽×高=3500mm×1900mm×2400mm，单台占地面积为6.65平方米。
 

    换热器造价约为1000元/m2,换热器价格总计=1000元/m2×1000元/m2=100万元

    方案一与方案二初投资相比较，智能型污水防阻机价格约为污水换热器价格的50%。
 

   （三）机房占地面积比较：

    方案一未有中间换热系统，与方案二相比较，减少了污水专用换热器的占地面积，增加了污水防阻机占地面积，2台污水防阻机安装占地约为面积5平方米，5台污水换热器占地面积约为33.25平方米，安装面积约为54平方米，防阻机占地面积约为污水换热器占地面积的10%。
 

    四、结语：

   1）原生污水直接换热热泵系统是成熟的技术，可直接应用于建筑物的供暖、制冷及生活热水供应。

   2）原生污水直接换热热泵系统与利用污水专用换热器的原生污水间接换热系统比较，运行费用降低10%左右；初投资污水防阻机为污水换热器的50%；占地面积污水防阻机为污水换热器的10%左右。