寒区直燃吸收式直接污水源热泵工程案例
张承虎、廖晋、孙德兴
（哈尔滨工业大学，哈尔滨150090）
（哈尔滨工业大学，哈尔滨150090）
摘要：本文介绍了黑龙江地区某一原生污水源热泵工程方案，该工程具有冬季供暖和夏季空调的双重要求，系统主要有两个特点：污水直接进入热泵机组，热泵机组选用直燃型吸收式热泵。
关键词：污水源热泵、直接式、吸收式、案例
本文介绍的某大型污水热泵工程地处我国北方，其工程特点为：（1）冬季有采暖要求、部分房间夏季有空调要求，两种负荷相差不大，但是对污水的取热与放热量相差很大；（2）建筑集中，污水源距离用户很近，取水方便；（3）建筑类型为高层宾馆，含客房、餐饮、娱乐、会议；（4）污水源水量充足，但是水温偏低。（5）采用直接式污水源热泵系统形式，前置三重过滤还原措施；（6）采用直燃型吸收式热泵机组，不设备用热源。
1、工程概况
该项目位于黑龙江省中部，是两栋包含客房、餐饮、娱乐、会议室、游泳馆等多种功能的高级宾馆类建筑，建筑面积为57500平方米，高层层数为二十二、十六层（其中地下一层），建筑高度控制在82.00米和60.50米；多层（裙房）层数六层（其中地下一层），建筑高度控制在20.50米。该地区的气象条件如表1所示。
根据整体工程可研报告和设计院提供的数据，冬季采暖热负荷：教学楼单位面积按照55W/m2计算，夏季空调面积冷指标为95W/m2。本项目负责供热面积57500 m2，空调总面积约为34770m2。总采暖热负荷为：Qh=3240.5KW；总空调冷负荷为：Qc=3303.2KW。
2、水资源论证
2.1 水源条件
充足而稳定的污水源水量是该工程的必要条件。
根据实地考察，以及相关部门提供的污水数据，距离建筑100m处有一条污水干渠穿越该项目所辖单位的园区，污水具体数据如下表所示。
本工程非常适合采用污水源热泵。理由是：
1、该污水源水温非常合适。冬季作为热泵热源水温较高，夏季水温较低，不但污水可利用的温差幅度大，而且有利于热泵机组高效率运行。
2、污水源水量充足。据估算，本工程项目拟利用的污水量仅为低峰期流量的三分之一到二分之一。水量充足将保证本工程的成功实施。
3、污水的综合化学特性呈弱碱性，在无氧情况下（即污水充满），对管道和设备的腐蚀是非常微小的。
4、污水源位置非常好，距离污水源热泵机房100米，位置近、无障碍、审批快捷，保证了该工程污水引退水的可行性及安全性。
但是该污水源作为热泵的低位热源也存在较大的限制，主要体现在水温限制和工程安全性上。相对于我国其它地区而言，本项目的污水源温度偏低，这限制了本项目所能采取的污水源热泵技术形式，其中直燃型吸收式直接污水源热泵技术是最佳选择。原因如下：
（1）污水源热泵系统有直接式与间接式之分。间接式污水源热泵是指，先采用清洁的中介水与污水进行换热，然后再由中介水将污水热能传递给热泵机组。直接式污水源热泵取消了中介水，污水直接进入热泵机组进行换热。间接式系统对热泵主机没有太高要求，是污水源热泵技术发展早期的产物。
间接式系统由于中介水的存在，不但加大了系统的可用能损失，降低了系统的效率，而且由于冰点的限制，又必须给中介水预留温度空间，这就大大减小了污水的可利用温差。以本项目为例，间接式系统的污水只能由10℃降至7.5℃，中介水由7.5℃降至5℃（热泵机组的冰点保护温度），也就是污水只有2.5℃的可利用温差；而直接式系统，污水可直接由10℃降至5℃，可利用温差为5℃。
（2）根据制冷原理和热力循环的不同，热泵主要可分为蒸汽压缩式和吸收式两大类，二者的区别体现在三点：（1）驱动方式不同；（2）制热系数不同；（3）对低位热源的依赖性不同。吸收式热泵55%的热能由燃气提供，污水只提供45%的热能，而蒸汽压缩式热泵75%以上的热能由污水提供，因此在相同热负荷条件下，吸收式热泵供热对污水流量和温度的依赖性更低。本项目污水温偏低，选择吸收式更安全。
此外，吸收式热泵还有一个蒸汽压缩式热泵无法比拟的优点，那就是即使在污水短暂断流情况下，吸收式热泵仍能保持约60%的供热出力，而蒸汽压缩式热泵则彻底不能供热，因此，在污水温度偏低时，吸收式热泵的供热安全性更高。
（3）污水源热泵技术形式主要有4种：间接-蒸汽压缩式、间接-吸收式、直接-蒸汽压缩式、直接-吸收式。4种方案的污水量需求对比如表3所示。针对本项目污水温度偏低的特性，间接式系统的方案可行性最差，直接-蒸汽压缩式方案具有一定可行性，但是直燃型吸收式直接污水源热泵是最佳选择：所需污水量小，效率高，污水依赖性小，安全性高，运行更稳定。
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