城市原生污水冷熱源系統形式及其應用摘要：城市原生污水冷熱源應用是一項新技術，系統形式選擇及運行參數設計是關鍵性問題。本文評述了國內外已應用或正探討的幾種系統形式，著重分析了淋水式、殼管式及浸泡式的優缺點，在此基礎上，提出了一種新系統工藝；此外，對污水冷熱源的運行參數與熱工況做了應用設計與對比，結果表明殼管式直接利用換熱系數在左右，熱流量為左右，傳熱效果最好；以實際工程為例介紹了其設計參數與運行效果，對城市污水冷熱源的應用研究與設計具有參考意義。關鍵字：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困難就是如何防止污水對管路、換熱設備的污染與堵塞。如下圖1所示（污水換熱器封頭），堵賽、污染問題相當嚴重。為此進行污水處理是不可行的，因為污水處理的最低費用也要高于從污水中提取熱量或冷量的價值。將污水取至系統中進行過濾也不是好辦法，這將導致兩個難以解決的問題。最主要的是系統中過濾格柵上污物的清除問題。由于城市污水水質很差，過濾格柵上污雜物的清除量大，頻率高，必須要采用機械格柵，不僅造價高，占地大，而且還有污雜物的處理和設備間空氣潔凈的保持問題。因此，城市污水冷熱源的應用必然涉及到兩方面問題，一是大尺度污雜物（例如塑料袋、廢紙、小木渣等）對系統的堵塞；二是小尺度污物（固體顆粒與纖維狀雜物）對流動阻力與換熱的影響[1]。為解決這兩個技術難題，其應用形式多樣化，即使發展較早的挪威、瑞典與日本也有很大差異。2系統形式與分析2.1系統形式概述目前實際應用中的幾種系統形式，按換熱類型分為浸泡式、淋水式、殼管式；按去污過濾形式分為取水旋轉篩分式、深井過濾式等；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）淋水式系統淋水式污水源熱泵系統，屬取水旋轉篩分式直接利用。如圖2所示（1-污水干渠；2-過濾網；3-進水管路；4-蓄水池；5-污水泵；6-自動篩濾器；7-積水池；8-已過濾污水泵；9-淋水式換熱器；10-熱泵機組），其中關鍵設備是自動篩濾器[2、3]。（2）浸泡式系統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熱泵機組），干渠1中的污水經自吸污水泵2進入換熱池3，自然對流換熱后靠自流返回干渠下游。中介循環水靠清水泵4在熱泵蒸發器或冷凝器與污水換熱器之間循環換熱。直接利用如圖4所示（1-污水流入井；2-換熱器；4-熱泵）。（3）殼管式系統由于滿液式蒸發器還不是很成熟，尤其是污水側為兩相流動與換熱，因此目前還基于間接利用，屬取水旋轉篩分式，如圖5所示（1-污水干渠；2-過濾網；3-進水管路；4-沉渣池；5-污水泵；6-自動篩濾器；9-殼管換熱器；10-中介循環水泵；11-熱泵機組；7、8可有可無）。（4）隔離式系統如圖6所示（1-污水干渠；2-埋管；3-中介水泵；4-熱泵機組），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外側，施工很難，目前無應用實例[4]。（5）深井過濾式深井過濾式為殼管式間接利用，污水自干渠中自流入深井，井內設機械格柵清除污雜物。國內某工程利用該形式，正在建設中。該形式具有殼管式優點，無自動篩濾器，由于無雜物含量高，污雜物清理運輸是個問題，同時清理運輸形成的局部環境污染也很嚴重。2.2優缺點分析（1）淋水式系統該系統形式于1983挪威奧陸獲得成功應用，最大優點為：污水與制冷劑直接換熱，傳熱溫差大，熱效率高；污水在管外側流動，不會堵塞換熱器，對粘泥附著利于清洗。但也存在幾個問題：過濾網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；換熱管外側清洗周期短，自動篩濾器6每日5~6次水力反沖洗，運行管理與維護不利[2]。（2）浸泡式系統浸泡式系統形式適宜于小型工程，無自動篩濾器，工藝簡單，將復雜頻繁的日清洗維護過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的粘泥清刷，清理工作量很大。換熱主要靠自然對流，換熱管量大。目前這兩種形式在國內均有應用。（3）殼管式系統日本12套污水源熱泵系統均采用這種形式[5]，可見這種形式確有其優勢。日本針對管內粘泥附著問題，開發了自動毛刷清洗裝置，解決了粘泥熱阻帶來的傳熱下降問題，屬強制對流，傳熱系數最大。但依然有自動篩濾器6每日5~6次水力反沖洗問題。另外，傳熱溫差較小，換熱面積較大。（4）綜合對比各系統形式均有其優缺點，選用哪一種涉及到投資大小、施工難易及其運行管理與維護問題，其綜合對比如下表1。表1系統形式優缺點對比于廣說淋水式系統燕浸泡式系統各殼管式系統沙隔離式系統維深井式系統永換熱系數齡較大材小破大教很小到大凝換熱管量廢較小憤大貼小撇很大生小涂清洗過程五復雜充簡單欺簡單唯無叢復雜跟運行維護膚難寬較難納易遭易啄難外適應場合熱大型歪小型蠟大小型個小型食大型叮應用情況歉多些少愚多命無滲無物3溪捷反沖系統形式姐如前言中所述招，最好將污雜武物隔離在污水粗干渠中，即污惑物不進入管路捏系統，于是提別出了一種新的劑取排水工藝，爺該形式屬殼管乒式間接利用，藍其工藝流程如咱圖寸7等所示啦（挑1射-啞污水干渠快；輛2捐-蚊進出口格柵丟；倘3士-析反洗裝置紅；豎4狂-研污水換熱器龜；狡5引-停污水泵伙；癢6~9漁-狀控制閥）。義設交叉管路（兄閥腿2篇、免3豐所在管路），授閥系2緞、迫3伍關閉時，部分月污水經右側格版柵與替閥傅4攤所在管路靠污衛水泵進入污水芹換熱器與中介霞水換熱，換熱負后經閥１管路童從左側格柵返阻回污水干渠。住運行一段時間陡后，當右側格留柵堵塞時，扮閥跳1牢、皮4涂設自動控制關熱閉，同時做閥虎2太、遲3潤打開，隨后污意水將從左側格犧柵經澡閥依2鈔所在管路靠污錦水泵進入污水個換熱器與中介寧水換熱，換熱疏后經斑閥直3描所在管路從右鍋側格柵返回污倚水干渠，此時刪，堵在右側格冒柵上的污物可速被反沖洗。毛為將堵塞在格烈柵上的污物及謀時沖洗掉，將忽格柵分成若干紐子格柵，并設火自行研制的反啦洗裝置。反沖裙洗時，反洗裝補置控制住子格西柵，為增大出孕水流速，某一鏈子格柵出流沖彎洗時，其它子盾格柵被關閉，俯直到該子格柵滿上的污物被沖睛洗掉，再轉換卡到下一子格柵層。流4渾富應用參數設計鈴應用參數主要慨是指換熱參數銷，包括進出水如溫度、換熱系結數、熱流量及陸換熱面積等。展4.1播搖換熱溫度分布抖城市污水冬季尖水溫洽為樓10~遭1估4黎℃遲，既要充分利賢用污水，又要郊考慮結冰問題苦，按目前實際發工程的運行情冊況，其溫度分總布按完表亦2寬設計。圍表塌2刮庭換熱溫度分臟布侍釘勵蘭污水進出水貧溫棗度鐘℃督中介水進出水滲溫堆度謙℃恰制冷劑蒸發卻溫湖度拿℃愧污水流量跪系數譯浸泡式系統滾10~6閃7~3喂-3霉100%送殼管式系統秋10~6必7~3躲-3認100%肥淋水式系統苦10~2默爐竟-5棋50%紋4.2攪拳污水側換熱系虹數迷通過實驗測試寶，城市原生污扇水粘度較清水席粘度威大兆4槽0縫倍左右，即，襪因此污水側換箏熱系數均很小戚。惱（培1異）浸泡式屬自弦然對流，換熱言準則關聯式為壩：案，，襪桶腫（底1壺）銹由上張（姓1報）式計算可得醫污水側換熱系借數。逢（賠2垃）殼管式為強矮制對流，可用策下列準則關聯瘦式：柄，付個變（職2桂）旨由上令（尚2喬）式計算可得梯污水側換熱系象數督，污水流速為芬。稱（敞3顯）淋水式還無腿理論計算模式畜，但換熱系數恩介于自然對流毫與強制對流之普間，估算為優，式斷（欲1懇）、氏（網2瓦）中符號為常筍規意義，可參脹考文員獻滾[6啄]殺。匪4.3嚇嚷熱流通量睬污水流動是兩申相流動，換熱裳過程很復雜，精上述計算只是喇近似，故此，點將換熱溫差按裹算術平均溫差勁考慮，即：芽效（機3茅）題式中：個—蘿單位面積熱流逃量，字；車—淚污水側污水平塌均溫度辱，樸℃抓；辰—同中介水或冷劑棟側平均溫度翠，莖℃駱；傘—驕污水側換熱系忌數，鑼；佛—勾中介水或冷劑揚側換熱系數；成、放—診換熱管壁厚（輪）、導熱系數燦（斜）；效、線—眠粘泥壁厚（忙）、導熱系數滴（槳1.41摘）。載將各值帶入比（覆3堡）式中，計算霧結果如下稍表悄3節，表中殼管式槳（鎮1忘）為間接利用隸式，殼管式固（羊2訪）為直接利用汪式。岸表片3嘩萍不同形式的熱恭流扇量臨經瓶津浸泡式斤殼管魚式蹦(枯1)飯淋水式齒殼管專式布(挎2)游(牛)仙620棉1070諒3250巡39005應用實例議（頓1紙）工程概幣況奏逢哈爾濱市望江遠賓館建筑面積希，冬季采暖熱翠負荷織，夏季空調冷存負荷，生活熱獨水負荷找。想（攪3伯）系統形泊式荷占污水取水為反脾沖系統形式，戴如勻圖邁7等，設有中介循的環水系統。涌（諷2賺）溫度參底數劍裝設計污水流量僑，污水進出水支溫楚度知10~衛6魂℃沒；中介水流量緞，中介循環水薪溫渣4~曠8眨℃拔；制冷劑蒸發遼溫度遍-假3歪℃佩。糊（她3摸）污水換熱艘器河凍換熱面積：，叔管徑：割25彩mm拘，壁厚：悲2.5鑰mm鎖盞，單管長度：起6詠m吹，管程數銷：森6艘，殼程數悅：唱1逆2叛。慚（歡4淋）運行工坡況陪械該工程于廈200益3兇年祥1主0鳳月束8偵日駱投運。經巷過序3貌天調試后，系黨統進入穩定運似行狀態。取風200辛3筒年缺1格2規月示2含3荒日牽~2谷6貫日對污水系統切的監測結果如姨表壩3柄所示。發表寧4斥傅實測運行數摟據芳晉時揪間草疾參數噴污水進出水蹲溫騎度鏟℃眠中介水進出水舉溫躁度弟℃垮制冷劑蒸發隆溫及度蛇℃懶污水流量廢中水流量愁2爸3基日纏11~7.5童7.6~4.鵲2呢-3罪195鬼201六2術4尖日罷10.5~6毅.5陰7.2~3.窄0松-3汪202凡200饞2離5示日籍10.8~6梅.6嬸7.4~3.悲3庫-3溪198衰201褲經觀察，進口糧格柵表面附著亭物主要為一些裳諸如瓜子皮等鍛小漂浮物，其圖他較大漂浮物旱被干渠水流沖芽走，管路切換甘所需時間木為臺50~6蓋0星秒，系統運行弦非常穩定，無津清洗工作。6結語渡（椒1飼）城市原生污禽水冷熱源的應測用形式很多，敵各有其優缺點碰。由于我國目估前還不能生產旁自動篩濾器這佳一關鍵設備，響其應用受到很鎖大限制，目前話主要集中在浸蚊泡式和深井過茅濾式上激。擔懼（撥2神）作者提出將詳污雜物阻隔在雕污水干渠中，剖以反沖的系統藏形式來解決堵奉塞問題，在哈騎爾濱望將賓館槽工程中獲得成云功應用，具有柜一定的現實意色義。怪（吹3罵）城市污水冷湖熱源的應用實方例甚少，工程憶設計的參考資綱料、實驗數據控缺乏，本文針適對工程應用，咱對各種換熱參紫數做了定量設嘉計與計算，為嫁工程設計提供純了大量應用數芽據，具有一定沾的參考價值。7參考文獻宰[1]Hk宵s漁，戚已d政R芹φ庸svik.渣Heatp鮮umpfo煤rdist慰ricth五eating看using碼untre局ateds哨ewage摘.X拿陸Ⅵ資thInt攝ernati新onalC仍ongres熔sofR肺efrige赴ratio稿n非，冤198柔3解，鑒1充4漁（仗2桐）緞：爐236~23渾9久[2]刑鍛徐邦裕，陸亞園俊，馬最澆良厭.鞏賢北京：中國建之筑工業出版社掛，介1988秤[3]Le碑ifWes斃tin.H守eatPu李mpBas君edon還Sewage稈forD三istric痕tHeat笑ing.N憤ewEne脆rgyCo爆nferen濱ceTec遷hnolog亂y.198婆1忘，噸2秒7摧（出3犧）臟：漏45~49掃[4]觀鞭