直接式污水源热泵机组两器匹配与选型
张承虎、孙德兴、庄兆意
（哈尔滨工业大学 哈尔滨 150090）
（哈尔滨工业大学 哈尔滨 150090）
摘要：城市污水源热泵机组根据制冷制热功能的切换方式，可以分为水侧（外）切换机组和机侧（内）切换机组。针对污水源热泵机组的设计，本文先探讨了污水源热泵机组的标准工况，分析了外切换与内切换机组性能与两换热器匹配之间的关系，并对比了内、外切换机组的特点与选型方法。
关键词：污水、直接式、热泵、匹配
直接式污水源热泵机组按热力循环的不同可分为蒸汽压缩式和吸收式两大类；按冬夏之热制冷功能的切换方法可分为水侧切换机组（本文也称之为外切换机组）和制冷剂侧或机侧切换机组（本文也称之为内切换机组）两大类。本文所探讨的污水源热泵机组主要针对蒸汽压缩式外切换和内切换机组。
1、污水源热泵机组的标准设计工况
外切换与内切换机组由于制冷制热功能切换方法的不同，导致机组的蒸发和冷凝换热器存在很大不同，从而导致机组的制冷和制热能力存在差异。此外，设计计算污水源热泵机组的两器，可以针对制热来设计（基热设计），也可以针对制冷来设计（基冷设计），这也会导致污水源热泵机组的制冷和制热能力存在差异。
外切换机组的蒸发器在冬夏都起蒸发换热功能，但是冬夏流经的介质不同，冬季走污水，夏季走清水。冷凝器在冬夏都起冷凝换热功能，但是冬季走清水，夏季走污水。外切换机组的两器在水侧强化换热措施效果差，但制冷剂侧的强化换热措施效果好。
内切换机组的污水换热器在冬夏都走污水，但是冬夏所起的换热作用不同，冬季起蒸发器作用，夏季起冷凝器作用。清水换热器在冬夏都走清水，但是冬季起冷凝器作用，夏季起蒸发器作用。内切换机组的两器在清水侧强化换热措施效果好，但制冷剂侧的强化换热措施效果折中。
内外切换机组两器的特点如表1所示
表1 内、外切换机组两器的特点
设计污水源热泵机组，首先要确定污水源热泵机组的标准设计工况。鉴于我国城市污水温度，冬季在9-15℃之间，夏季在20-26℃之间，确定如下工况为标准设计工况：
（1）制热标准工况：污水进口12℃，出口5℃，蒸发平均传热温差5℃。循环水进口40℃，出口45℃，冷凝平均传热温差5℃。COPh=4.5。
（2）制冷标准工况：污水进口23℃，出口30℃，蒸发平均传热温差5℃。循环水进口12℃，出口5℃，冷凝平均传热温差5℃。COPc=5.5。
（1）制热标准工况：污水进口12℃，出口5℃，蒸发平均传热温差5℃。循环水进口40℃，出口45℃，冷凝平均传热温差5℃。COPh=4.5。
（2）制冷标准工况：污水进口23℃，出口30℃，蒸发平均传热温差5℃。循环水进口12℃，出口5℃，冷凝平均传热温差5℃。COPc=5.5。
本文对符号作如下约定：—换热器换热量；—制热或制冷量；下标：—蒸发；—冷凝或制冷；—污水、外切环或冬季；—清水；—制热；—内切换；—标准设计工况；—夏季。
此外，本文按如下关系式定义热泵机组的COP：
，而且本文令
令换热器的传热系数与平均传热温差的乘积为一参数，即（即热流密度）。由于内切换机组的清水换热器，可以在水侧采取多种强化换热的措施，但是外切换机组两器的水侧不宜采取强化换热措施，因此内切换机组的、都要比外切换机组要大一些。标准设计工况下机组两器的参数如表2所示。
表2 内、外切换机组两器在标况下的数值
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