影响污水源热泵系统能效比(cop)的因素分析

第1期·7·第14卷 第1期2014年1月REFRIGERATIONANDAIR-CONDITIONING6-8近年来，随着社会经济的发展，公众节能意识的提高，可再生能源的利用逐渐得到重视。城市污水一般通过一级/二级处理进行净化回收利用，其中所含的低品位热能没有被充分利用。而污水源热泵系统在冬季提取污水中的低品位热源转化为高品位热源供热，在夏季，污水源热泵利用污水源散热，代替传统空调系统冷却塔，具有高效、节能的特点。本文通过对北京及太原、大连、唐山4个城市已投入使用的污水源热泵系统进行测试，根据测试数据，对引起热泵系统COP差别的因素进行分析。指出热泵系统形式、污水品质、热泵机组性能是影响热泵系统COP的关键因素，为污水源热泵系统的设计及运用提供参考依据。1 工程概况1.1 北京污水源热泵项目北京污水源热泵项目总建筑面积约13万平方米，利用附近污水处理厂的二级水作为污水源热泵的的冷（热）源，为住宅小区提供空调、采暖。该热泵系统共配置8台热泵机组，总制冷量为7520kW，总制热量为7360 kW，设置9台末端循环泵（8用1备），8台污水循环泵，冷冻水供回水温度为7℃～12℃，采暖热水供回水温度为50℃～45℃。1.2 太原污水源热泵项目太原污水源热泵项目总建筑面积约5万平方米，该项目的原生污水取自附近污水干渠，原生污水自流至地下二层污水源热泵机房。原生污水经一级污水泵加压后，进入污水防阻机过滤；过滤后的污水，经二级污水泵加压，加压后的污水进入换热器内换热；换热后的污水，再进入防阻机反冲洗过滤出杂质，然后排至污水涵道。采用污水源热泵为办公楼提供空调和采暖。该热泵系统共配置3台热泵机组，总制冷量为3480kW，总制热量为3650kW。设置3台末端循环泵，污水一级循环泵2台，污水二级循环泵3影响污水源热泵系统能效比(cop)的因素分析安爱明1） 秦继恒2） 曹建伟2）1）（城市建设研究院）  2）（深圳市建筑科学研究院北京分公司）摘  要 城市污水作为一种理想的低品位热源，具有水量和水温稳定的特点，污水源热泵技术直接或间接利用城市污水中的能量进行冬季供暖、夏季供冷。本文介绍了北方4个采用污水源热泵系统的工程案例，对影响热泵系统COP差别的3个关键因素进行分析，为污水源热泵系统的设计提供参考。关键词 污水源热泵系统；系统能效比；影响因素Analysisofsystemefficiencyinfluencingfactorsonsewage-sourceheatpumpAnAiming1) QinJiheng2) CaoJianwei2)1)(UrbanConstructionDesign&ResearchInstitute) 2)(ShenzhenInstituteofBuildingResearchBeijingCo.,Ltd.)ABSTRACT City sewage is an ideal position heat source, has advantages of stability flow and temperature. The sewage-source heat pump technology uses the energy of urban sewage for the winter heating and summer cooling directly or indirectly. This paper mainly introduce four projects used sewage-source heat pump, the causes of the heat pump system COP difference are analysis, to provide reference for design of the sewage source heat pump system.KEYWORDS sewage source heat pump system; system COP;  influencing factors台，中介水循环泵4台（3用1备）。冷冻水供回水温度为7℃～12℃，采暖热水供回水温度为55℃～45℃。1.3 大连污水源热泵项目大连污水源热泵项目总建筑面积约26万平方米，利用附近污水处理厂的二级水作为污水源热泵的热源，为办公和商业建筑提供制冷和采暖。该热泵系统共配置3台热泵机组，总制冷量为30000kW，总制热量为25000kW，设置3台末端1次循环泵，2台末端2次循环泵，3台污水循环泵，冷冻水供回水温度为7℃～12℃，采暖热水供回水温度为55℃～45℃。1.4 唐山污水源热泵项目唐山污水源热泵项目总建筑面积约21万平方米，利用附近污水处理厂的二级水作为污水源热泵的热源，为小区提供采暖。该热泵系统共配置3台热泵机组，总制热量为9800kW，设置5台末端循环泵（3用2备），污水循环泵4台，冷冻水供回水温度为7℃～12℃，采暖热水供回水温度为55℃～45℃。2 热泵系统测试数据的对比分析经过对4个污水源热泵的冬季运行工况进行测试，数据详见表1，从表1可知，热泵机组COP大部分在4.42～4.96之间，系统COP在3.30～4.96之间，只有太原项目的机组和系统COP比较低，具体原因见本文第3节的分析。根据测试数据，对热泵系统各个组成部分耗电量占总耗电量的比例进行了分析，详见图1。从图1可知，热泵机组耗电量比例一般在70%～75%之间，太原项目由于设置了二级污水泵加中介水循环泵，水泵耗电量所占比例较大，导致热泵机组的比例只有51.4%，使热泵系统的COP只有1.73，低于常规冷水机组系统的COP值2.6。而大连项目由于单台热泵机组的制热量大（8350 kW），热泵机组耗电量所占比例达到90.26%，热泵系统的COP也达到4.32，系统的COP较高，节能性较好。热泵机组耗电量占总耗电量的比例(%)%污水泵耗电量占总耗电量的比例(%)）中介水泵耗电量占总耗电量的比例(%)%末端水泵耗电量占总耗电量的比例(%)%100%50%北京太原大连唐山图1　热泵系统各组成部分耗电量所占比例3 影响热泵机组和系统COP的因素分析3.1 热泵系统形式污水源热泵系统，根据污水利用方式不同，分为直接式和间接式两种，具体介绍如下：直接式污水源热泵系统，其污水源侧主要由污水循环泵、污水输配管道、过滤及遏制藻类装置组成。二级水/中水经污水循环泵直接进入热泵机组蒸发器（或冷凝器），换热后的污水直接排入城市管网。采用直接式污水源热泵系统，热泵机表1   热泵机组及系统性能测试结果序号测试项目北京太原大连唐山1污水侧进口温度（℃）16.718.012.817.62污水侧出口温度（℃）13.214.17.713.03循环水侧供水温度（℃）44.845.045.244.74循环水侧回水温度（℃）41.345.539.238.35热泵机组性能系数（COP）4.963.364.804.426热泵系统性能系数（COP）3.491.734.323.307热泵机组耗电量占总耗电量的比例（%）70.9351.4390.2674.488污水泵耗电量占总耗电量的比例（%）15.9231.433.5316.819中介水泵耗电量占总耗电量的比例（%）——8.37————10末端水泵耗电量占总耗电量的比例（%）13.148.784.778.71注：（1）热泵机组为2小时测试数据的平均值，热泵系统为48小时测试数据的平均值；（2）为方便对比分析，热泵机组循环水侧供水温度测试时设定为45℃。安爱明　等：影响污水源热泵系统能效比(cop)的因素分析第1期·7·第14卷 第1期2014年1月REFRIGERATIONANDAIR-CONDITIONING6-8近年来，随着社会经济的发展，公众节能意识的提高，可再生能源的利用逐渐得到重视。城市污水一般通过一级/二级处理进行净化回收利用，其中所含的低品位热能没有被充分利用。而污水源热泵系统在冬季提取污水中的低品位热源转化为高品位热源供热，在夏季，污水源热泵利用污水源散热，代替传统空调系统冷却塔，具有高效、节能的特点。本文通过对北京及太原、大连、唐山4个城市已投入使用的污水源热泵系统进行测试，根据测试数据，对引起热泵系统COP差别的因素进行分析。指出热泵系统形式、污水品质、热泵机组性能是影响热泵系统COP的关键因素，为污水源热泵系统的设计及运用提供参考依据。1 工程概况1.1 北京污水源热泵项目北京污水源热泵项目总建筑面积约13万平方米，利用附近污水处理厂的二级水作为污水源热泵的的冷（热）源，为住宅小区提供空调、采暖。该热泵系统共配置8台热泵机组，总制冷量为7520kW，总制热量为7360 kW，设置9台末端循环泵（8用1备），8台污水循环泵，冷冻水供回水温度为7℃～12℃，采暖热水供回水温度为50℃～45℃。1.2 太原污水源热泵项目太原污水源热泵项目总建筑面积约5万平方米，该项目的原生污水取自附近污水干渠，原生污水自流至地下二层污水源热泵机房。原生污水经一级污水泵加压后，进入污水防阻机过滤；过滤后的污水，经二级污水泵加压，加压后的污水进入换热器内换热；换热后的污水，再进入防阻机反冲洗过滤出杂质，然后排至污水涵道。采用污水源热泵为办公楼提供空调和采暖。该热泵系统共配置3台热泵机组，总制冷量为3480kW，总制热量为3650kW。设置3台末端循环泵，污水一级循环泵2台，污水二级循环泵3影响污水源热泵系统能效比(cop)的因素分析安爱明1） 秦继恒2） 曹建伟2）1）（城市建设研究院）  2）（深圳市建筑科学研究院北京分公司）摘  要 城市污水作为一种理想的低品位热源，具有水量和水温稳定的特点，污水源热泵技术直接或间接利用城市污水中的能量进行冬季供暖、夏季供冷。本文介绍了北方4个采用污水源热泵系统的工程案例，对影响热泵系统COP差别的3个关键因素进行分析，为污水源热泵系统的设计提供参考。关键词 污水源热泵系统；系统能效比；影响因素Analysisofsystemefficiencyinfluencingfactorsonsewage-sourceheatpumpAnAiming1) QinJiheng2) CaoJianwei2)1)(UrbanConstructionDesign&ResearchInstitute) 2)(ShenzhenInstituteofBuildingResearchBeijingCo.,Ltd.)ABSTRACT City sewage is an ideal position heat source, has advantages of stability flow and temperature. The sewage-source heat pump technology uses the energy of urban sewage for the winter heating and summer cooling directly or indirectly. This paper mainly introduce four projects used sewage-source heat pump, the causes of the heat pump system COP difference are analysis, to provide reference for design of the sewage source heat pump system.KEYWORDS sewage source heat pump system; system COP;  influencing factors台，中介水循环泵4台（3用1备）。冷冻水供回水温度为7℃～12℃，采暖热水供回水温度为55℃～45℃。1.3 大连污水源热泵项目大连污水源热泵项目总建筑面积约26万平方米，利用附近污水处理厂的二级水作为污水源热泵的热源，为办公和商业建筑提供制冷和采暖。该热泵