城市原生污水冷熱源系統(tǒng)形式及其應(yīng)用

城市原生污水冷熱源系統(tǒng)形式及其應(yīng)用摘要：城市原生污水冷熱源應(yīng)用是一項(xiàng)新技術(shù)，系統(tǒng)形式選擇及運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵性問(wèn)題。本文評(píng)述了國(guó)內(nèi)外已應(yīng)用或正探討的幾種系統(tǒng)形式，著重分析了淋水式、殼管式及浸泡式的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新系統(tǒng)工藝；此外，對(duì)污水冷熱源的運(yùn)行參數(shù)與熱工況做了應(yīng)用設(shè)計(jì)與對(duì)比，結(jié)果表明殼管式直接利用換熱系數(shù)在左右，熱流量為左右，傳熱效果最好；以實(shí)際工程為例介紹了其設(shè)計(jì)參數(shù)與運(yùn)行效果，對(duì)城市污水冷熱源的應(yīng)用研究與設(shè)計(jì)具有參考意義。關(guān)鍵字：城市原生污水冷熱源水源熱泵1前言利用城市原生污水做熱泵冷熱源的最大技術(shù)困難就是如何防止污水對(duì)管路、換熱設(shè)備的污染與堵塞。如下圖1所示（污水換熱器封頭），堵賽、污染問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重。為此進(jìn)行污水處理是不可行的，因?yàn)槲鬯幚淼淖畹唾M(fèi)用也要高于從污水中提取熱量或冷量的價(jià)值。將污水取至系統(tǒng)中進(jìn)行過(guò)濾也不是好辦法，這將導(dǎo)致兩個(gè)難以解決的問(wèn)題。最主要的是系統(tǒng)中過(guò)濾格柵上污物的清除問(wèn)題。由于城市污水水質(zhì)很差，過(guò)濾格柵上污雜物的清除量大，頻率高，必須要采用機(jī)械格柵，不僅造價(jià)高，占地大，而且還有污雜物的處理和設(shè)備間空氣潔凈的保持問(wèn)題。因此，城市污水冷熱源的應(yīng)用必然涉及到兩方面問(wèn)題，一是大尺度污雜物（例如塑料袋、廢紙、小木渣等）對(duì)系統(tǒng)的堵塞；二是小尺度污物（固體顆粒與纖維狀雜物）對(duì)流動(dòng)阻力與換熱的影響[1]。為解決這兩個(gè)技術(shù)難題，其應(yīng)用形式多樣化，即使發(fā)展較早的挪威、瑞典與日本也有很大差異。2系統(tǒng)形式與分析2.1系統(tǒng)形式概述目前實(shí)際應(yīng)用中的幾種系統(tǒng)形式，按換熱類型分為浸泡式、淋水式、殼管式；按去污過(guò)濾形式分為取水旋轉(zhuǎn)篩分式、深井過(guò)濾式等；按污水是否與制冷劑直接換熱分為：直接利用和間接利用。（1）淋水式系統(tǒng)淋水式污水源熱泵系統(tǒng)，屬取水旋轉(zhuǎn)篩分式直接利用。如圖2所示（1-污水干渠；2-過(guò)濾網(wǎng)；3-進(jìn)水管路；4-蓄水池；5-污水泵；6-自動(dòng)篩濾器；7-積水池；8-已過(guò)濾污水泵；9-淋水式換熱器；10-熱泵機(jī)組），其中關(guān)鍵設(shè)備是自動(dòng)篩濾器[2、3]。（2）浸泡式系統(tǒng)浸泡式方法分直接利用與間接利用，間接利用如圖3所示（1-污水干渠；2-污水泵；3-污水換熱池；4-中介水泵；5熱泵機(jī)組），干渠1中的污水經(jīng)自吸污水泵2進(jìn)入換熱池3，自然對(duì)流換熱后靠自流返回干渠下游。中介循環(huán)水靠清水泵4在熱泵蒸發(fā)器或冷凝器與污水換熱器之間循環(huán)換熱。直接利用如圖4所示（1-污水流入井；2-換熱器；4-熱泵）。（3）殼管式系統(tǒng)由于滿液式蒸發(fā)器還不是很成熟，尤其是污水側(cè)為兩相流動(dòng)與換熱，因此目前還基于間接利用，屬取水旋轉(zhuǎn)篩分式，如圖5所示（1-污水干渠；2-過(guò)濾網(wǎng)；3-進(jìn)水管路；4-沉渣池；5-污水泵；6-自動(dòng)篩濾器；9-殼管換熱器；10-中介循環(huán)水泵；11-熱泵機(jī)組；7、8可有可無(wú)）。（4）隔離式系統(tǒng)如圖6所示（1-污水干渠；2-埋管；3-中介水泵；4-熱泵機(jī)組），該形式類似于土壤源，傳熱熱阻很大，將換熱管布置在干渠內(nèi)外側(cè)，施工很難，目前無(wú)應(yīng)用實(shí)例[4]。（5）深井過(guò)濾式深井過(guò)濾式為殼管式間接利用，污水自干渠中自流入深井，井內(nèi)設(shè)機(jī)械格柵清除污雜物。國(guó)內(nèi)某工程利用該形式，正在建設(shè)中。該形式具有殼管式優(yōu)點(diǎn)，無(wú)自動(dòng)篩濾器，由于無(wú)雜物含量高，污雜物清理運(yùn)輸是個(gè)問(wèn)題，同時(shí)清理運(yùn)輸形成的局部環(huán)境污染也很嚴(yán)重。2.2優(yōu)缺點(diǎn)分析（1）淋水式系統(tǒng)該系統(tǒng)形式于1983挪威奧陸獲得成功應(yīng)用，最大優(yōu)點(diǎn)為：污水與制冷劑直接換熱，傳熱溫差大，熱效率高；污水在管外側(cè)流動(dòng)，不會(huì)堵塞換熱器，對(duì)粘泥附著利于清洗。但也存在幾個(gè)問(wèn)題：過(guò)濾網(wǎng)2既要隔住大尺度雜物，又要防大尺度雜物形成堵塞，一旦堵塞，如何清理；換熱管外側(cè)清洗周期短，自動(dòng)篩濾器6每日5~6次水力反沖洗，運(yùn)行管理與維護(hù)不利[2]。（2）浸泡式系統(tǒng)浸泡式系統(tǒng)形式適宜于小型工程，無(wú)自動(dòng)篩濾器，工藝簡(jiǎn)單，將復(fù)雜頻繁的日清洗維護(hù)過(guò)程積累到兩年左右后的一次性清理，包括換熱池中污雜物清掏及管外側(cè)的粘泥清刷，清理工作量很大。換熱主要靠自然對(duì)流，換熱管量大。目前這兩種形式在國(guó)內(nèi)均有應(yīng)用。（3）殼管式系統(tǒng)日本12套污水源熱泵系統(tǒng)均采用這種形式[5]，可見(jiàn)這種形式確有其優(yōu)勢(shì)。日本針對(duì)管內(nèi)粘泥附著問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了自動(dòng)毛刷清洗裝置，解決了粘泥熱阻帶來(lái)的傳熱下降問(wèn)題，屬?gòu)?qiáng)制對(duì)流，傳熱系數(shù)最大。但依然有自動(dòng)篩濾器6每日5~6次水力反沖洗問(wèn)題。另外，傳熱溫差較小，換熱面積較大。（4）綜合對(duì)比各系統(tǒng)形式均有其優(yōu)缺點(diǎn)，選用哪一種涉及到投資大小、施工難易及其運(yùn)行管理與維護(hù)問(wèn)題，其綜合對(duì)比如下表1。脊表斬1罷聯(lián)系統(tǒng)形式尖優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)亡比談危淋水式系驅(qū)統(tǒng)棋浸泡式系骨統(tǒng)毯殼管式系滑統(tǒng)職隔離式系扇統(tǒng)產(chǎn)深井式系摩統(tǒng)遺換熱系數(shù)厭較大臣小開(kāi)大刪很小膏大愉換熱管量溝較小馳大凳小僵很大茶小油清洗過(guò)程皂復(fù)雜程簡(jiǎn)單士簡(jiǎn)單愉無(wú)智復(fù)雜陰運(yùn)行維護(hù)磨難堆較難鋪易也易顏難全適應(yīng)場(chǎng)合曾大型四小型遙大小型秒小型駱大型街應(yīng)用情況圖多喪少見(jiàn)多先無(wú)脫無(wú)忍3駛匪反沖系統(tǒng)幻形式控如前言中豪所述，最朱好將污雜嘗物隔離在狐污水干渠蜓中，即污啦物不進(jìn)入爆管路系統(tǒng)斧，于是提鉤出了一種傷新的取排丑水工藝，名該形式屬手殼管式間殼接利用，火其工藝流粱程如介圖徹7腰所示癥（邀1勵(lì)-袖污水干渠觸；句2州-耕進(jìn)出口格弱柵春；裳3寫-瞎反洗裝置沉；枯4申-哀污水換熱灘器知；懸5毫-陰污水泵澇；潤(rùn)6~9蠅-樸控制閥）敘。受設(shè)交叉管奶路（淹閥答2匙、章3及所在管路抓），捆閥忘2社、寇3例關(guān)閉時(shí)，含部分污水平經(jīng)右側(cè)格黃柵與削閥去4鳴所在管路概靠污水泵貫進(jìn)入污水躍換熱器與術(shù)中介水換塞熱，換熱番后經(jīng)閥１款管路從左榴側(cè)格柵返果回污水干伏渠。運(yùn)行飲一段時(shí)間抬后，當(dāng)右專側(cè)格柵堵旱塞時(shí)，回閥完1妙、怨4建設(shè)自動(dòng)控懸制關(guān)閉，貧同時(shí)攤閥桑2火、終3撒打開(kāi)，隨塑后污水將邊從左側(cè)格襯柵經(jīng)勤閥厘2三所在管路拆靠污水泵挎進(jìn)入污水遍換熱器與驕中介水換陷熱，換熱襯后經(jīng)私閥豆3注所在管路考從右側(cè)格碌柵返回污韻水干渠，爹此時(shí)，堵籠在右側(cè)格呈柵上的污燒物可被反鐘沖洗。碼為將堵塞賽在格柵上雀的污物及兇時(shí)沖洗掉臉，將格柵卸分成若干葬子格柵，夫并設(shè)自行桿研制的反釋洗裝置。蕉反沖洗時(shí)座，反洗裝扎置控制住鐮子格柵，呈為增大出歐水流速，巖某一子格仆柵出流沖平洗時(shí)，其軟它子格柵泉被關(guān)閉，俊直到該子陳格柵上的鴿污物被沖翻洗掉，再定轉(zhuǎn)換到下晃一子格柵泳。件4山勸應(yīng)用參數(shù)次設(shè)計(jì)捎應(yīng)用參數(shù)肢主要是指淡換熱參數(shù)軋，包括進(jìn)騾出水溫度伴、換熱系藝數(shù)、熱流垃量及換熱蝴面積等。我4.1絹專換熱溫度趁分布溝城市污水者冬季水溫伐為羅10~1天4撐℃基，既要充遼分利用污逢水，又要詠考慮結(jié)冰鑼問(wèn)題，按裳目前實(shí)際賴工程的運(yùn)撲行情況，圈其溫度分刃布按贈(zèng)表花2愿設(shè)計(jì)。甲表猜2折井換熱溫度炎分錫布扒鎖污水進(jìn)出脅水臭溫茄度畏℃窩中介水進(jìn)腸出水搖溫村度凱℃抖制冷劑蒸斑發(fā)劈溫渣度燕℃搞污水流量看系數(shù)貸浸泡式系蹈統(tǒng)蹲10~6孕7~3仿-3鼓100%強(qiáng)殼管式系政統(tǒng)增10~6最7~3旅-3擴(kuò)100%奶淋水式系慮統(tǒng)佳10~2司-5史50%悅4.2珍買污水側(cè)換絡(luò)熱系數(shù)占通過(guò)實(shí)驗(yàn)殲測(cè)試，城尖市原生污蹲水粘度較鴉清水粘度拉大膛4星0耳倍左右，眨即，因此稀污水側(cè)換密熱系數(shù)均我很小。無(wú)（盒1朽）浸泡式我屬自然對(duì)則流，換熱備準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)躺式為：獎(jiǎng)，，侄犧盜（墊1潑）炭由上賓（須1貍）式計(jì)算沉可得污水隆側(cè)換熱系馳數(shù)。誤（循2攻）殼管式尿?yàn)閺?qiáng)制對(duì)蜂流，可用討下列準(zhǔn)則抖關(guān)聯(lián)式：站，賺災(zāi)鼓（渴2郊）郵由上怕（思2駐）式計(jì)算猴可得污水壺側(cè)換熱系猾數(shù)尺，污水流招速為。湊（培3擋）淋水式礎(chǔ)還無(wú)理論壺計(jì)算模式艙，但換熱冰系數(shù)介于勁自然對(duì)流氣與強(qiáng)制對(duì)魂流之間，急估算為蒜，式攜（謊1咽）、缸（游2內(nèi)）中符號(hào)弄為常規(guī)意岔義，可參氧考文冬獻(xiàn)媽[6飛]毯。遮4.3因宅熱流通量狀污水流動(dòng)壇是兩相流糾動(dòng)，換熱處過(guò)程很復(fù)蒙雜，上述識(shí)計(jì)算只是蹄近似，故術(shù)此，將換閉熱溫差按左算術(shù)平均銷溫差考慮嶄，即：賠飛（踐3安）罩式中：趣—叉單位面積藏?zé)崃髁?，健；撤—敏污水?cè)污屬水平均溫吳度疼，捆℃蔥；經(jīng)—濾中介水或樂(lè)冷劑側(cè)平裳均溫度寄，消℃繪；罩—推污水側(cè)換靈熱系數(shù)，誠(chéng)；匹—垃中介水或卵冷劑側(cè)換考熱系數(shù)；該、制—彎換熱管壁逝厚（搶）、導(dǎo)熱談系數(shù)（確）；張、場(chǎng)—逼粘泥壁厚彩（紙）、導(dǎo)熱婦系數(shù)是（鼠1.41挺）。友將各值帶酬入融（悔3疼）式中，礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果買如下早表腫3繁，表中殼顯管式榴（喬1雅）為間接惕利用式，檔殼管式弟（帥2附）為直接冶利用式。音表猶3歉羞不同形式遙的熱流尚量單租浸泡式昌殼管酬式茄(互1)澤淋水式紛殼管廊式消(躺2)賴(撲)釀620害1070礎(chǔ)3250僵3900涉5負(fù)堂應(yīng)用實(shí)例橋（妨1度）工程概淹況妙創(chuàng)哈爾濱市眾望江賓館知建筑面積哈，冬季采撿暖熱負(fù)荷券，夏季空衫調(diào)冷負(fù)荷削，生活熱久水負(fù)荷枕。軟（終3怪）系統(tǒng)形魄式虹榴污水取水先為反沖系么統(tǒng)形式，篇如紗圖耳7站，設(shè)有中外介循環(huán)水崗系統(tǒng)。塘（招2著）溫度參概數(shù)挽罪設(shè)計(jì)污水各流量，污推水進(jìn)出水以溫桐度渡10~悄6盒℃夢(mèng)；中介水賭流量宏，中介循偉環(huán)水己溫喘4~彩8暮℃衡；制冷劑而蒸發(fā)溫皂度激-失3嚴(yán)℃紛。達(dá)（襪3例）污水換道熱他器奧農(nóng)換熱面積柿：，管徑戒：展25網(wǎng)mm尼，壁厚寒：供2.5松mm錢，單管長(zhǎng)雜度針：騎6折m譜，管程數(shù)鵲：女6欠，殼程數(shù)任：哄1寨2姻。罰（敗4驗(yàn)）運(yùn)行工旅況懸逐該工程假于虎200預(yù)3取年所1扣0巖月劑8幼日投運(yùn)。女經(jīng)圈過(guò)牽3仁天調(diào)試后喘，系統(tǒng)進(jìn)壟入穩(wěn)定運(yùn)榮行狀態(tài)。波取真200塑3食年寄1慧2條月寫2擺3抬日棕~2鳴6扣日對(duì)污水鍋系統(tǒng)的監(jiān)逝測(cè)結(jié)果如母表獄3輪所示。身表郊4今利實(shí)測(cè)運(yùn)行狡數(shù)樣據(jù)贊優(yōu)時(shí)恨間虎照參數(shù)劫污水進(jìn)出租水鋼溫日度橡℃昨中介水進(jìn)陶出水衰溫步度陽(yáng)℃飼制冷劑蒸淹發(fā)墳溫催度出℃漫污水流量閥中水流量兄2膠3艙日研11~7巨.5穿7.6~姓4.2憑-3糕195匹201任2勾4夸日頸10.5假~6.5櫻7.2~道3.0省-3肢202葉200掉2迫5靈日搭10.8歉~6.6鳥(niǎo)7.4~治3.3盞-3陶198宿201志經(jīng)觀察，裳進(jìn)口格柵參表面附著姜物主要為撤一些諸如諸瓜子皮等籍小漂浮物斜，其他較著大漂浮物勇被干渠水法流沖走，從管路切換紗所需時(shí)間林為坦50~6釀0誕秒，系統(tǒng)獅運(yùn)行非常蜻穩(wěn)定，無(wú)掏清洗工作啦。6結(jié)語(yǔ)寬（悶1脹）城市原瓦生污水冷蛋熱源的應(yīng)璃用形式很雹多，各有陰其優(yōu)缺點(diǎn)桑。由于我蘿國(guó)目前還鼓不能生產(chǎn)候自動(dòng)篩濾襪器這一關(guān)扶鍵設(shè)備，煉其應(yīng)用受壩到很大限和制，目前遵主要集中分在浸泡式慎和深井過(guò)帳濾式上喂。延聰（橫2例）作者提錢出將污雜諒物阻隔在辭污水干渠祝中，以反什沖的系統(tǒng)畏形式來(lái)解筍決堵塞問(wèn)猛題，在哈絞爾濱望將嗽賓館工程膨中獲得成續(xù)功應(yīng)用，通具有一定扣的現(xiàn)實(shí)意勵(lì)義。膛（災(zāi)3忽）城市污弄水冷熱源侍的應(yīng)用實(shí)植例甚少，尸工程設(shè)計(jì)此的參考資跨料、實(shí)驗(yàn)游數(shù)據(jù)缺乏像，本文針劇對(duì)工程應(yīng)透用，對(duì)各歸種換熱參牽數(shù)做了定拍量設(shè)計(jì)與瓦計(jì)算，為灣工程設(shè)計(jì)熔提供了大蓋量應(yīng)用數(shù)灣據(jù)，具有朝一定的參刑考價(jià)值。當(dāng)7欠螞參考文獻(xiàn)廊[1]蟻Hk洪s黨，哀H.T.規(guī)and使R匪φ黑svik賴.He業(yè)atp筋ump熄for逆dist微rict井hea賞ting黃usi昆ngu筒ntre然ated勇sew淹age虧.X腔?、銮錿hI懇nter級(jí)nati哥onal騾Con對(duì)gres炭sof枯Ref燙rige脫rati寒o并n保，魯198盾3谷，央1鍋4濃（位2炸）賞：當(dāng)236~策239迷[2]玉洋徐邦裕，持陸亞俊，歇馬最丹良眨.鉛架北京：中穴國(guó)建筑工幟業(yè)出版社罵，溉1988堆[3]場(chǎng)Leif狀Wes喘tin.室Hea貨tPu雙mpB貴ased定on澤Sewa醫(yī)gef橋orD覆istr茄ict辮Heat釋ing.近New豎Ene卻rgy死Conf孤eren靈ceT座echn椒olog且y.1毛98冤1瘋，權(quán)2愉7儲(chǔ)（兔3鋒）戰(zhàn)：基45~4趙9各[4]薄援尹軍，陳支雷