摘要：污水源熱泵是高效的環保節能系統．污水水質的特殊性使得在回收污水熱能時換熱設備的選擇以及水質對換熱設備的腐蝕和結垢都成為其推廣的障礙．根據現有的污水源熱泵系統換熱裝置存在的問題，結合塑料換熱裝置的特點，提出采用塑料換熱器代替金屬換熱器．通過對塑料換熱器在腐蝕、結垢、價格等方面與金屬熱換器的比較，發現其具有明顯優勢．對塑料換熱器阻力、強度、傳熱性能的分析，證明塑料換熱器在污水源熱泵中應用是可行的．
　　關鍵詞：塑料換熱器；污水源熱泵；結垢；腐蝕
　　中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1672—0946(2006)03—0055—03
　　熱泵作為環保節能型供熱制冷裝置受到越來越廣泛的應用，原生污水作為熱泵系統的熱源／熱匯具有其他種類熱源／熱匯不可比擬的一些優點．1)可大量獲得．原生污水產生量大，全年流量幾乎叵定．2)冬暖夏涼．冬季污水溫度比環境溫度高，夏季一般比環境溫度低．如北京高碑店污水處理廠長期測量數據顯示，污水水溫為13．5～16．．5℃，高出氣溫20℃以上；夏季污水水溫為22～25℃，又低于氣溫10℃以上．3)含有大量熱能．市區產生的廢熱約40％在污水中．因此污水源是熱泵理想的熱源／熱匯，但污水應用于熱泵系統由于其本身復雜的水質，對換熱裝置的長期穩定運行會帶來嚴峻的考驗．
　　1 塑料換熱器的主要優點
　　原生污水在作為熱源／熱匯的利用中存在問題主要由污水本身復雜的水質造成的，而塑料與金屬材料相比在原生污水中應用有顯著優勢．
　　1．1 堵塞
　　原生污水中的雜質按其粒徑大小和存在形態，可分為3大類：第一類是溶解質和膠體，其穩定均勻分布；第二類是固體微粒，只有在湍流時才能夠穩定均勻分布；第三類是大尺度固體雜物．其中大尺寸固體可以在換熱前用格柵攔等除去；固體顆粒等可以在換熱器前設置自動篩濾器等裝置．
    1．2 結垢
    結垢是污水源熱泵的換熱裝置在運行中需要解決的重要問題，結垢涉及到復雜的物理及化學過程．采用塑料材料制作污水源熱泵的換熱裝置，對于相關的物理過程產生的污垢來說，因塑料材料表面張力低而不易黏附(見表1)；對于相關化學過程產生的污垢來說，可以針對污水水質選擇合適的塑料材料，與金屬材料相比，可以大幅減少化學反應污垢．如聚四氟乙烯(PTFE)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚全氟乙丙烯(FEP)等材料，熱泵換熱裝置工作的溫度條件下，上述材料幾乎不與任何物質發生反應．
                  
    塑料材料熱膨脹系數較大，因而有自潔效果，基本不用除垢．即使需要除垢，也可采用價格低廉的酸洗，操作成本也大大低于金屬換熱器．
    1．3 腐蝕
    腐蝕與結垢往往是相互促進的過程，塑料換熱器不易結垢的特點也說明耐腐蝕性相對金屬換熱器有所提高．此外，主要的腐蝕作用如：電化學腐蝕、點蝕等均不會在塑料材料中發生．塑料換熱器的耐腐蝕特性是顯而易見的．
    1．4 價格
    塑料換熱器的價格比金屬換熱器低，主要體現在2方面：制作性能相近的換熱器材料用量少(按重量計)；塑料換熱器成品重量輕，安裝運輸費用低．污水源熱泵在應用中的主要問題是初投資大．降低換熱裝置成本可提高污水源熱泵的實用性．
                 
    2 塑料換熱器應用需要解決的問題
    2．1 機械性能
    雖然金屬較塑料的機械強度為優，但熱泵換熱裝置工作的絕對壓力一般在0 0．5 MPa之間，可以采用拉密公式較核安全強度，參見表3，可知以聚四氟乙烯PTEF為例，在熱泵裝置的工作溫度范圍內，塑料的材料強度是滿足使用要求的．
    2．2 換熱性能
    塑料換熱器應用的最大問題就在于材料的傳熱性能較差，為保證塑料換熱器的實用性，合理選材與設計換熱器結構是關鍵問題．
    塑料材料導熱系數只有常用金屬材料的10-2一1O-4級，但塑料管管壁較薄，如可以采用壁厚只有0．2—3mm的塑料管材，而銅管壁厚要達到塑料管材的一倍以上．
    經過理論計算，可知如果采用管壁較薄，管徑較細的塑料管，對比銅制成的換熱器，其總的傳熱系數可達到銅制換熱器的1／3以上．但采用管徑較細的塑料管，與金屬材料制成的換熱器比較，采用相同的系統型式時，阻力將增加10倍以上．因而，如采用塑料換熱器，需重新設計換熱器型式，如采用并聯管路減小阻力等．
               
    3 結 語
    在污水源熱泵系統采用適當材料的塑料換熱器可大大提高抗結垢，耐腐蝕能力，從而降低運行管理費用，提高系統工作穩定性；采用塑料換熱器可以降低換熱器的初投資；塑料材料在熱泵系統的工況下可以滿足強度要求．合理設計塑料換熱器的型式是塑料換熱器應用的重點問題．采用塑料作為污水源熱泵系統的換熱器的材質具有良好的應用前景．