污水源熱泵影響因素

1、1.影響熱泵系統(tǒng)運行的因素水量、水溫、水質(zhì)和供水穩(wěn)定性是影響污水源熱泵系統(tǒng)運行性能的重要因素。1. 1污水流量對熱泵系統(tǒng)的影響 在熱泵機組運行時，若污水流量過低，不利于機組的安全運行;污水流量過高時循環(huán)水泵的功率就會增大，耗電量增加。 假設(shè)其它條件不變分析水流量對熱泵機組性能的影響。在制冷工況下，當增大水的流量時，換熱器的出口水溫就會降低，換熱系數(shù)增大，從而制冷量增加。然而，當水的流量增加到一定值時，換熱系數(shù)不再增加，制冷量達到一定值不再變化，如圖1.1。同樣的，在冬季工況下增大水的流量時，水側(cè)換熱系數(shù)增大，蒸發(fā)溫度升高，從而制熱量也會增加，如圖1.2 水量也會對熱泵COP產(chǎn)生一定的影響。如圖

2、1.3所示，在夏季制冷運行時，增加冷凝器的水流量會導致冷凝壓力的降低，使得壓縮機的輸入功率降低，從而COP值增大。然而，當水的流量增加到一定值時，COP值的增加速率趨于穩(wěn)定。同樣地，圖1.4中的冬季制熱運行時，增加蒸發(fā)器中水量使得熱泵COP值增大。因為在蒸發(fā)壓力增加的同時，壓縮機內(nèi)蒸汽的比體積增加雖然會導致工質(zhì)的質(zhì)量流量增加，但壓縮比減小又使得單位質(zhì)量壓縮功下降，兩者作用相互抵消，使得壓縮機輸入功率增加的幅度較制熱量增加的幅度小，所以COP值增加。圖1.1 夏季工況下水流量和進水溫度對制冷量的影響圖1.2 冬季工況下水流量和進水溫度對制熱量影響1. 2污水溫度對熱泵系統(tǒng)的影響 在夏季制冷工況下

3、，污水源熱泵機組使用污水作為冷源，水的溫度越低越好;在冬季工況下污水作為熱源時，溫度則是越高越好。而且蒸發(fā)溫度要適度，不能過高，否則會導致壓縮機的排氣溫度過高，可能導致潤滑油發(fā)生炭化。因此，污水溫度在200 C左右時機組的制熱和制冷將處于最佳工況點。 水溫對熱泵COP值是有一定影響的。夏季制冷時，如果升高冷凝器入口處的水溫，則會導致冷凝壓力的增加，此時制冷量會降低，同時壓縮機的功率會增大，COP值反而下降，如圖1.3所示。冬季以制熱工況運行時，如果升高蒸發(fā)器入口處的水溫，則會導致蒸發(fā)壓力的增加，制熱量增大，此時壓縮機功率的增加速度較為緩慢，熱泵COP值增大。然而，當水溫增加到一定值時，熱泵的C

4、OP值不再發(fā)生改變，如圖1.4圖1.3 冬季工況下水流量和進水溫度對制冷COP值影響圖1.3 夏季工況下水流量和進水溫度對制冷COP值影響1.3污水水質(zhì)對熱泵系統(tǒng)的影響 在熱泵機組的運行中，水源的水質(zhì)影響著其壽命和效率。選擇水源時對水質(zhì)有著一定的基木要求，即:澄清、化學性質(zhì)穩(wěn)定、不發(fā)生腐蝕現(xiàn)象、不易結(jié)垢、無微生物滋生等。對水源熱泵機組來說，水中有害的成分常常有:鈣、鐵、鎂、錳、二氧化碳、氯離子、溶解性的氧以及酸堿度等。 (1)結(jié)垢。結(jié)垢一般發(fā)生在換熱面上。水中Cat+, M夢+存在的形式通常為正鹽和堿式鹽，很容易析出沉淀聚集在換熱面上形成水垢，很大程度上影響換熱的效果，進而影響機組效率。水中以

5、膠體形式存在的Fee+容易在換熱面上聚集沉淀，加劇水垢的生成。Fe2+在遇到氧氣的情況下還會發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化后生成的Fe3+在一定的堿性條件下會生成為氫氧化鐵絮狀物，進而阻塞換熱器的管道，使熱泵機組無法正常地運行。 (2)腐蝕。溶解于水中的氧對不同金屬的腐蝕性有所不同。對鋼鐵來說，氧溶解于水中的含量大會加快腐蝕的速率。一般情況下，銅在淡水中的腐蝕性較小，但當氧和二氧化碳在水中的溶解含量較高時，其腐蝕速率將加快。在缺氧的條件下，在水中處于游離狀態(tài)的二氧化碳也會會導致銅和鋼發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。水中的氯離子也會加劇熱泵系統(tǒng)中換熱器管內(nèi)的局部腐蝕。 (3)混濁度與含砂量。污水的混濁度高會在系統(tǒng)中形成沉積

6、，阻塞、管道，影響機組的正常運行。 (4)油污。城市生活污水中常常會有殘余的油類物質(zhì)，它會影響到熱泵設(shè)備的換熱效果，并很有可能使機組的使用壽命減少。1. 4水質(zhì)穩(wěn)定性對熱泵系統(tǒng)的影響 水質(zhì)的不穩(wěn)定將加劇對換熱器的腐蝕程度。我們不僅可以通過各種試驗來對水質(zhì)穩(wěn)定性進行檢測，也可以通過計算水質(zhì)的分析指標來進行判斷。溶解于水中的碳酸鈣的飽和pH常常用pHs表示，通過計算可以求得 式中，總的溶解固體常數(shù); 溫度常數(shù); 鈣的硬度常數(shù); 總的堿度常數(shù)。水質(zhì)的穩(wěn)定指數(shù)可以簡寫為RSI, 式中，pHs在系統(tǒng)運行狀況下污水的實際pH值; 水中的碳酸鈣飽和pH值.。穩(wěn)定指數(shù)標準如下表1.1表1.1 穩(wěn)定指數(shù)判定標準

7、2熱泵性能評價 目前有很多種評價熱泵性能的指標，常用的熱泵系統(tǒng)熱力指標53有:性能系數(shù)COP .一次能源利用系數(shù)E。通常利用清潔能源時進行的節(jié)能與環(huán)保評價指標是以一次能源消耗利用系數(shù)E來表征的。2. 1熱泵性能系數(shù) 熱泵想要將低品位能源的品質(zhì)提高，就必須要消耗一定量的高品質(zhì)能源。因而，熱泵對能量的消耗是一個很重要的技術(shù)性經(jīng)濟指標。我們常用熱泵的性能系數(shù)來比較熱泵的能量效率。循環(huán)熱流量Q和所消耗的驅(qū)動功率W之比，稱為性能系數(shù)COP。熱泵制熱時的性能系數(shù)稱為制熱系數(shù)COPH，熱泵制冷時的性能系數(shù)稱為制冷系數(shù)COP R 。表2.1 污水源熱泵與其他空調(diào)系統(tǒng)比較2.1.1與空氣源熱泵相比 空氣源熱泵歷

8、史悠久，系統(tǒng)也很簡單，但是它與污水源熱泵相比，不適宜用于寒冷地區(qū)，則是因為作為冷熱源的空氣比熱容小，隨環(huán)境溫度影響較大?？諝庠礋岜玫闹茻崃侩S室外環(huán)境溫度的下降而減少，而制冷量也會隨夏季室外溫度的升高而減少，因此夏季高溫和寒冬時熱泵的效率會大大降低，COP一般為2.2-3.0，要比污水源熱泵的COP低。通常污水源熱泵性能系數(shù)可高達5.0-6.0，在產(chǎn)生相同熱量或冷量的條件下所消耗的能量與比空氣源熱泵相比要節(jié)省45%左右。另一方面，空氣源熱泵在冬季供暖時，蒸發(fā)器上會出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，因此需要進行定期除霜，也會產(chǎn)生額外的能量消耗。2. 1. 2與地下水源熱泵相比 地下水源熱泵利用從水井中抽取的地下水資源

9、，地下水溫度恒定，水質(zhì)較好，但是地下水源熱泵有著一定的選址條件。要求選取的地區(qū)要有豐富的地下水資源和可靠的回灌能力。目前我國對地下水回灌技術(shù)的研究并不太成熟，因此要花大量的精力和物力去解決水質(zhì)污染、廢水回灌以及地面沉降等可能出現(xiàn)的問題。而污水源熱泵不需要考慮這些問題，污水作為冷熱源，不會造成污染問題，更為城市污水提供了再利用的途徑。 近年來，混合式熱泵有了一定的發(fā)展。齊魯石化水廠采用了污水源與地下水源復(fù)合熱泵空調(diào)系統(tǒng)ss，冬季直接利用廠內(nèi)污水作為熱源進行供熱，夏季時熱泵機組通過向地下水源放熱進而達到為辦公樓供冷的目的。熱泵機組的實際制熱系數(shù)可達4.8。因此，恰當利用混合式熱泵可提高機組的性能系

10、數(shù)。2.1.3與土壤源熱泵相比 土壤源熱泵利用的是地面Sm以下的上壤中蘊含的能量，綠色環(huán)保，占地面積小。但是上壤的導熱系數(shù)較小，換熱量小，因此換熱的盤管占地面積較大，無論是水平或垂直敷設(shè)埋管，投資較大，還要注意腐蝕問題。從節(jié)能效益上看，污水源熱泵的節(jié)能系數(shù)與上壤源熱泵的相差不大。選擇土壤源熱泵時需要慎重考察當?shù)氐牡刭|(zhì)條件和土壤性育旨。2. 2一次能源利用系數(shù) COP值可以反映熱泵輸出熱量與功耗的比值，但是熱和功之間存在能、質(zhì)上的差別，因此，熱泵系統(tǒng)常用一次能源利用系數(shù)來評價熱泵的效率s6。一次能源利用系數(shù)一般E來表示，它表示系統(tǒng)循環(huán)供應(yīng)的能量和所消耗的一次能源能量之比。能源利用系數(shù)E具有與鍋爐效率等同的含義，此時將熱泵與鍋爐等設(shè)備相比，則具有很好的可比性。 任何形式熱泵的一次能源利用系數(shù)E可表示為:以供暖季節(jié)為例，不同形式的供暖設(shè)備的一次能源利用系數(shù)不同。(1)燃煤、燃氣鍋爐:式中，鍋爐的熱效率，燃煤鍋爐的效率取70%，燃氣鍋爐效率取85%。(2)電鍋爐:式中，電鍋爐的熱效率，取98%; 輸送電效率，取90% 。 COP取4.32。 通過以上公式可以得到常用供熱方式的一次能源利用系數(shù)，如表2.2所示。其對比情況可用直觀的柱狀圖表示如圖2.1圖