城市地下污水源模块热泵机组的应用案列

2013-01-31黄庆鸿

机电信息 2013年10期

文/黄庆鸿

1 概述

污水源热泵模块机组采用水氟授热方式，以城市污水或江河湖水为冷热源介质的中央空调机组，通过从污水中攫取大量冷、热能量去满足建筑物供冷、供热的需求。该系统采用多台涡旋圧缩机组合而成，但每台压缩机组可成为一个系统回路，每个系统都采用电子膨胀阀节流，控温准确；蒸发器与冷凝器均采用壳管式换热器，换热效率高，效果好。该机组采用模块设计，现场可以多机组并联安装使用，控制采用集中控制，操作简单快捷。

2 项目来源

2009年7月8日，接到苏州苏暖中央空调系统服务公司委托定制苏州市建设局污水源热泵模块空调主机的任务。由于该项目是苏州市政府的3大建筑节能改造示范项目之一，除了要求正常空调主机所需的技术指标以外，还必须比正常的节能指标提高1～2个COP值，以满足该建筑总体节能率65%以上的指标。

3 产品用途

城市污水是一种相对稳定的恒温源，主要是二级水以及中水，这也是一种相对稳定的能源来源，通常夏季温度稳定在22 ℃左右，冬季温度在12～15 ℃上下，低于海水、地表水和地下水的温度。以苏州干将路的某释放井的污水流量约400～600 t/h，但该项目只需100 t/h的流量污水引入室内一体机，便可夏季做空调的冷却、冬季做采暖的热源。鉴于此，美国斯图华纳上海分公司研制了一种模块化数码变容量原生态污水源模块冷热水空调机组，使污水先通过防阻机去除浮游物质，再使处理后的清水流入专用换热设备，冬季由热泵提取城市污水中的热量，为建筑物提供热量；夏季将建筑物的热量排至污水，为建筑物提供制冷。与此同时，夏季还能为建筑物制冷时回收冷凝热量，提供免费生活热水，从而变废为宝。

4 设备性能及参数

（1）采用多台独立系统的全封闭压缩机为模块化设置，可减轻启动负荷，极端满负荷仅占了整个运营期的10%～15%左右，因而只占正常运营所耗电能的85%～90%。在该项目中采用丹佛斯国际品牌6台压缩机总能耗97 kW，而实际运营为82.45 ～87.3 kW左右。

（2）苏州地区原生污水冬季水温比北方低2～3 ℃，不宜采用常规的换热器，我研制了专用于污水源的水氟满溢式换热器，既提高了换热效果，又清洗方便，为直接利用原生污水在热泵空调中的进一步推广，提供了技术上和实践上的可靠保障。

（3）污水换热器的氟侧为6个独立的满溢式蒸发系统，共用一个污水系统，而每个满溢式蒸发系统都有独立的回油装置，保证蒸发时压缩机系统的油能顺利返回压缩机，从而保护了压缩机进行可靠的运行。

（4）采用先进的人性化的微电脑模拟远程控制，使整个运营能耗曲线（包括污水状况）都能一目了然，因而操作、维护、管理等既简单又方便。

（5）系统综合的COP值必须达到4以上（图1）。

图1 污水源模块机组在现场的应用图片

5 污水源利用设计

根据夏、冬季节冷热负荷设计工况分别计算污水最大设计用量：

冬季供暖工况：模块机组从污水中提取热量，污水源作为热泵的低温热量，由12 ℃利用到7 ℃，可用温差按5 ℃计，则空调模块机组出水48 ℃ ，进水43 ℃，室内风机盘管出风温度42 ℃左右，房间温度24～25 ℃。在此设计工况下热泵的能效比COP取4, 计算再生水需求量为290 m3/h 。

夏季供冷工况：污水源侧进水温度18～22 ℃，污水源出水温度23～27 ℃，热泵向污水中排放热量，污水利用温差按5 ℃计，空调模块机出水7 ℃、回水12 ℃，室内风机盘管出风温度17～18 ℃，室内温度控制在24～26 ℃，在此设计工况下热泵的能效比COP取5，计算再生水需求量为305 m3/h（图2）。

图2 污水源热泵冷热水系统原理图

6 实际运行情况

冬季，苏州住建局大楼污水热泵系统于2009年12月中旬进行初次调试，12月底试运行，并于2010年1月16日正式投于运行“开启”空调。当时的室外温度为-4～-6 ℃，污水温度保持在9 ℃以上。经开机运行后，室内温度逐渐回升并保持在25 ℃上下，达到了设计要求。

夏季，2010年夏季污水源侧进水18～22 ℃，污水源出水温度23～27 ℃，室内转移的热量令污水水温度提升了5 ℃左右，空调模块机组出水7 ℃，回水12 ℃，室内风机盘管的出风温度17～18 ℃，室内温度控制在24～26 ℃左右很好的满足了舒适性、节能性的需求。已运行了2个月，也达到了设计要求（图3）。