欠流量污水源热泵系统的工程解决方案
张承虎、孙德兴、刘京
（哈尔滨工业大学 哈尔滨 150090）
张承虎、孙德兴、刘京
（哈尔滨工业大学 哈尔滨 150090）
摘要：污水源的水量充足是污水源热泵工程成功实施的前提条件。对于污水源水量小于正常设计所需水量的情况，本文介绍了几种解决方案，并通过技术经济性分析，给出了各方案的优选条件。
关键词：欠流量、污水源热泵、解决方案、优选、余额费用年值
在污水源热泵系统的推广过程中，经常遇到需供热的建筑物附近的污水干渠的污水流量不充足的问题。目前，对污水量充足的情况，建造污水源热泵系统已有了成熟的技术手段，但当污水量不够充足时，为了把这部分可再生能源利用起来，就必须采取新的措施和解决方案。相比正常设计，水量不足带来的直接后果是换热量不足，这需要通过增大污水温降来解决，但是对于间接式污水源热泵系统来说，污水温降加大就会导致中介水温度下降，甚至降至系统的冰点保护温度以下，将严重影响整个系统的运行，甚至导致整个系统的瘫痪。
本文提出的解决方案有四个，分别是：（1）直接式污水源热泵系统方案；（2）增大污水-中介水换热器面积的设计方案；（3）增大中介水流量的设计方案；（4）添加防冻液的设计方案。方案（1）取消了中间换热循环，这样就去掉了中介水所需温差，污水可利用温差增大。一般而言，水源流量在正常设计流量的50%以上，都可以采用直接式污水源热泵系统来解决。但是目前而言，直接式污水源热泵系统的技术尚不成熟，应用该方案具有一定的风险性。
本文主要针对后三种方案予以论述论证。后三种设计方案在一定程度上都能满足设计需求，但同时都存在一个相同的问题，就是增加了系统的投资和运行费用。本文采用系统的余额费用年值来对上述三种解决方案进行比较。比较研究表明当污水流量不充足时，这三种解决方案都具有一定的可行性，但污水的水温水量条件不同时，这三种方案的费用年值是不同的，为了便于设计者进行方案选择，本文提出了分界流量比的概念。该概念清晰的表明了方案选择与水温水量条件的关系，为欠流量情况下污水源热泵系统的方案设计提供了参考。
1、三种解决方案的原理
增加污水换热器的换热面积方案：当用户所需的热量不变时，污水流量减少则污水的温降将增大，而且平均温度降低。但是增加换热器面积，可以减小平均传热温差，从而实现中介水平均温度提升，远离冰点达到蒸发器所需的入口温度，见图1，其中实线为正常设计时温度的变化，虚线为采用本方案对应的温度变化。图中tb为热泵机组的冰点保护温度。
图1 增大换热面积方案的温度变化图
增大中介水流量方案：当换热器面积不发生改变时，要求平均传热温差不变。但是污水流量减少导致其平均温度降低，这也必然要求中介水的平均温度也同幅度降低。增加中介水流量，可以减小中介水的进出口温差，在中介水的蒸发器出口（换热器进口）温度不变的情况下，实现中介水平均温度降低。见图2，虚线为增大中介水流量方案对应的温度变化。
图2增大中介水流量方案的温度变化图
在中介水中加入防冻液方案：污水流量减小导致污水温降加大、平均温度降低，中介水平均温度降低，中介水进出口温度降低，可能达到正常冰点保护温度以下，但是添加防冻液之后，中介水的冰点保护温度也跟随降低，将不存在冰冻风险。见图3，虚线为添加防冻液方案对应的温度变化。
图3 添加防冻液方案的温度变化图
当这三种设计方案都能有效的在污水流量不足的情况下满足用户所需的热量时，就要通过它们的经济性来甄选出最佳的设计方案。
2、三种方案的经济性分析
当污水的流量并不充足时，虽然不能按照传统的设计方案进行设计，但可对其进行一些改变使其能成为解决方案。哪种方案更好则需要进行经济性对比分析。一般较常用的技术经济分析方法包括：补偿年限法、年计算费用法、费用年值法等。本文采用费用年值法对系统进行分析研究。费用年值是年固定费用与年运行费用之和。年固定费用指系统各项总投资在其使用年限内每年消耗的费用，包括系统各设备的总投资；年运行费用是指水费、能源费（电费、天然气费）、维修费、人员工资及空间占用费等。费用年值的计算式如下：
注：本文为《地源热泵》“本期专题”连载内容，谢绝转载。如果您对污水源热泵空调方面有任何问题，欢迎来电或给我们发送电子邮件，我们将选择部分典型问题择期在《地源热泵》杂志上统一刊登和解答。
咨询电话：010-64656526；电子邮箱：services#dyrbw.com(将#换为@后发送，请在邮件主题处标注“污水源热泵相关问题”字样，以免工作人员误删。)
Email: direjia@126.com（投稿），direjia@163.com（合作）,
直线电话：18515158288（同微信）
