污水源热泵影响因素.doc

1.影响热泵系统运行的因素水量、水温、水质和供水稳定性是影响污水源热泵系统运行性能的重要因素。1. 1污水流量对热泵系统的影响 在热泵机组运行时，若污水流量过低，不利于机组的安全运行;污水流量过高时循环水泵的功率就会增大，耗电量增加。 假设其它条件不变分析水流量对热泵机组性能的影响。在制冷工况下，当增大水的流量时，换热器的出口水温就会降低，换热系数增大，从而制冷量增加。然而，当水的流量增加到一定值时，换热系数不再增加，制冷量达到一定值不再变化，如图1.1。同样的，在冬季工况下增大水的流量时，水侧换热系数增大，蒸发温度升高，从而制热量也会增加，如图1.2 水量也会对热泵COP产生一定的影响。如图1.3所示，在夏季制冷运行时，增加冷凝器的水流量会导致冷凝压力的降低，使得压缩机的输入功率降低，从而COP值增大。然而，当水的流量增加到一定值时，COP值的增加速率趋于稳定。同样地，图1.4中的冬季制热运行时，增加蒸发器中水量使得热泵COP值增大。因为在蒸发压力增加的同时，压缩机内蒸汽的比体积增加虽然会导致工质的质量流量增加，但压缩比减小又使得单位质量压缩功下降，两者作用相互抵消，使得压缩机输入功率增加的幅度较制热量增加的幅度小，所以COP值增加。图1.1 夏季工况下水流量和进水温度对制冷量的影响图1.2 冬季工况下水流量和进水温度对制热量影响1. 2污水温度对热泵系统的影响 在夏季制冷工况下，污水源热泵机组使用污水作为冷源，水的温度越低越好;在冬季工况下污水作为热源时，温度则是越高越好。而且蒸发温度要适度，不能过高，否则会导致压缩机的排气温度过高，可能导致润滑油发生炭化。因此，污水温度在200 C左右时机组的制热和制冷将处于最佳工况点。 水温对热泵COP值是有一定影响的。夏季制冷时，如果升高冷凝器入口处的水温，则会导致冷凝压力的增加，此时制冷量会降低，同时压缩机的功率会增大，COP值反而下降，如图1.3所示。冬季以制热工况运行时，如果升高蒸发器入口处的水温，则会导致蒸发压力的增加，制热量增大，此时压缩机功率的增加速度较为缓慢，热泵COP值增大。然而，当水温增加到一定值时，热泵的COP值不再发生改变，如图1.4图1.3 冬季工况下水流量和进水温度对制冷COP值影响图1.3 夏季工况下水流量和进水温度对制冷COP值影响1.3污水水质对热泵系统的影响 在热泵机组的运行中，水源的水质影响着其寿命和效率。选择水源时对水质有着一定的基木要求，即:澄清、化学性质稳定、不发生腐蚀现象、不易结垢、无微生物滋生等。对水源热泵机组来说，水中有害的成分常常有:钙、铁、镁、锰、二氧化碳、氯离子、溶解性的氧以及酸碱度等。 (1)结垢。结垢一般发生在换热面上。水中Cat+, M梦+存在的形式通常为正盐和碱式盐，很容易析出沉淀聚集在换热面上形成水垢，很大程度上影响换热的效果，进而影响机组效率。水中以胶体形式存在的Fee+容易在换热面上聚集沉淀，加剧水垢的生成。Fe2+在遇到氧气的情况下还会发生氧化反应，被氧化后生成的Fe3+在一定的碱性条件下会生成为氢氧化铁絮状物，进而阻塞换热器的管道，使热泵机组无法正常地运行。 (2)腐蚀。溶解于水中的氧对不同金属的腐蚀性有所不同。对钢铁来说，氧溶解于水中的含量大会加快腐蚀的速率。一般情况下，铜在淡水中的腐蚀性较小，但当氧和二氧化碳在水中的溶解含量较高时，其腐蚀速率将加快。在缺氧的条件下，在水中处于游离状态的二氧化碳也会会导致铜和钢发生腐蚀现象。水中的氯离子也会加剧热泵系统中换热器管内的局部腐蚀。 (3)混浊度与含砂量。污水的混浊度高会在系统中形成沉积，阻塞、管道，影响机组的正常运行。 (4)油污。城市生活污水中常常会有残余的油类物质，它会影响到热泵设备的换热效果，并很有可能使机组的使用寿命减少。1. 4水质稳定性对热泵系统的影响 水质的不稳定将加剧对换热器的腐蚀程度。我们不仅可以通过各种试验来对水质稳定性进行检测，也可以通过计算水质的分析指标来进行判断。溶解于水中的碳酸钙的饱和pH常常用pHs表示，通过计算可以求得 式中，总的溶解固体常数; 温度常数; 钙的硬度常数; 总的碱度常数。水质的稳定指数可以简写为RSI, 式中，pHs在系统运行状况下污水的实际pH值; 水中的碳酸钙饱和pH值.。稳定指数标准如下表1.1表1.1 稳定指数判定标准2热泵性能评价 目前有很多种评价热泵性能的指标，常用的热泵系统热力指标53有:性能系数COP .一次能源利用系数E。通常利用清洁能源时进行的节能与环保评价指标是以一次能源消耗利用系数E来表征的。2. 1热泵性能系数 热泵想要将低品位能源的品质提高，就必须要消耗一定量的高品质能源。因而，热泵对能量的消耗是一个很重要的技术性经济指标。我们常用热泵的性能系数来比较热泵的能量效率。循环热流量Q和所消耗的驱动功率W之比，称为性能系数COP。热泵制热时的性能系数称为制热系数COPH，热泵制冷时的性能系数称为制冷系数COP R 。表2.1 污水源热泵与其他空调系统比较2.1.1与空气源热泵相比 空气源热泵历史悠久，系统也很简单，但是它与污水源热泵相比，不适宜用于寒冷地区，则是因为作为冷热源的空气比热容小，随环境温度影响较大。空气源热泵的制热量随室外环境温度的下降而减少，而制冷量也会随夏季室外温度的升高而减少，因此夏季高温和寒冬时热泵的效率会大大降低，COP一般为2.2-3.0，要比污水源热泵的COP低。通常污水源热泵性能系数可高达5.0-6.0，在产生相同热量或冷量的条件下所消耗的能量与比空气源热泵相比要节省45%左右。另一方面，空气源热泵在冬季供暖时，蒸发器上会出现结霜现象，因此需要进行定期除霜，也会产生额外的能量消耗。2. 1. 2与地下水源热泵相比 地下水源热泵利用从水井中抽取的地下水资源，地下水温度恒定，水质较好，但是地下水源热泵有着一定的选址条件。要求选取的地区要有丰富的地下水资源和可靠的回灌能力。目前我国对地下水回灌技术的研究并不太成熟，因此要花大量的精力和物力去解决水质污染、废水回灌以及地面沉降等可能出现的问题。而污水源热泵不需要考虑这些问题，污水作为冷热源，不会造成污染问题，更为城市污水提供了再利用的途径。 近年来，混合式热泵有了一定的发展。齐鲁石化水厂采用了污水源与地下水源复合热泵空调系统ss，冬季直接利用厂内污水作为热源进行供热，夏季时热泵机组通过向地下水源放热进而达到为办公楼供冷的目的。热泵机组的实际制热系数可达4.8。因此，恰当利用混合式热泵可提高机组的性能系数。2.1.3与土壤源热泵相比 土壤源热泵利用的是地面Sm以下的上壤中蕴含的能量，绿色环保，占地面积小。但是上壤的导热系数较小，换热量小，因此换热的盘管占地面积较大，无论是水平或垂直敷设埋管，投资较大，还要注意腐蚀问题。从节能效益上看，污水源热泵的节能系数与上壤源热泵的相差不大。选择土壤源热泵时需要慎重考察当地的地质条件和土壤性育旨。2. 2一次能源利用系数 COP值可以反映热泵输出热量与功耗的比值，但是热和功之间存在能、质上的差别，因此，热泵系统常用一次能源利用系数来评价热泵的效率s6。一次能源利用系数一般E来表示，它表示系统循环供应的能量和所消耗的一次能源能量之比。能源利用系数E具有与锅炉效率等同的含义，此时将热泵与锅炉等设备相比，则具有很好的可比性。 任何形式热泵的一次能源利用系数E可表示为:以供暖季节为例，不同形式的供暖设备的一次能源利用系数不同。(1)燃煤、燃气锅炉:式中，锅炉的热效率，燃煤锅炉的效率取70%，燃气锅炉效率取85%。(2)电锅炉:式中，电锅炉的热效率，取98%; 输送电效率，取90% 。 COP取4.32。 通过以上公式可以得到常用供热方式的一次能源利用系数，如表2.2所示。其对比情况可用直观的柱状图表示如图2.1图2.1 常用供热方式的一次能源利用系数柱状图表2.2 常用供热方式的一次能源利用系数比较 从上述图表中可以看出，燃气热泵的一次能源利用系数最高，二电锅炉最低。污水源热泵系统也是电能驱动的，虽然一次能原利用系数没有燃气热泵的高，但比传统的锅炉房供暖设备要高。热泵的一次能源利用系数都大于1。因此污水源热泵能源使用价值很高，具有很大节能潜力。