直接式原生污水源熱泵系統(tǒng)的防堵技術及換熱特性研究.pdf

1、城市污水中蘊含有豐富的低位熱能,將其作為熱泵的冷熱源為建筑供熱空調(diào)具有巨大的開發(fā)利用價值。
　　城市污水的水質(zhì)極為惡劣。其熱工與流動性能與清水有很大不同。污水處理廠中的二級出水(排放水)接近清水的水質(zhì),但由于污水處理廠多位于遠離城市建筑群的郊區(qū),因此真正具有巨大開發(fā)利用價值的是遍布城區(qū)污水渠中的原生污水。
　　傳統(tǒng)的熱泵空調(diào)機組對水質(zhì)有嚴格的要求。因此目前在利用原生污水的熱泵系統(tǒng)中多為避免污水直接進熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器或冷凝器而

2、設置一個中間換熱的措施,即所謂“間接式系統(tǒng)”,這種間接式系統(tǒng)不僅要增加中間換熱設備而且要增加系統(tǒng)的火用損失,故開發(fā)污水直接進機組的熱泵系統(tǒng),即所謂“直接式系統(tǒng)”,從污水源熱泵技術產(chǎn)生以來就對學術與工程界具有巨大的誘惑力。
　　直接式污水源熱泵系統(tǒng)由于污水水質(zhì)的特殊性,必須解決以下關鍵問題:
　　(1)對過濾和防阻塞的效率和可靠性提出了更高的要求;
　　(2)必須認清污水的流動、換熱以及污垢熱阻的特性與規(guī)律;
　　

3、(3)必須認清污水蒸發(fā)器、冷凝器的換熱特性;
　　(4)直接式熱泵系統(tǒng)兩換熱器的合理匹配與性能。
　　本文對此主要進行了下述研究工作:
　　直接式污水源熱泵系統(tǒng)能夠長時間連續(xù)安全換熱,首要前提是必須保證大尺度污物不進入機組的換熱器中。針對已在間接式污水源熱泵系統(tǒng)中普遍應用的污水防阻設備,通過工程實踐和測試,總結發(fā)現(xiàn):
　　(1)絲狀纖維類污物是阻塞濾面的最大誘因;
　　(2)參考傳統(tǒng)做法,僅靠過濾孔直徑難以

4、衡量防阻機濾面的過濾與再生能力;
　　(3)不可避免的存在內(nèi)漏混水的情況。
　　論文建立了以纏繞長度、反沖效率、內(nèi)漏率、換熱保證率為核心的,包括濾孔直徑、反沖面積比、轉速、阻力等在內(nèi)的防阻機設計指標體系,并通過工程測試確定了最佳的纏繞長度、反沖面積比和清潔周期,為防阻的科學合理設計及工程選用提供了合理依據(jù)。
　　設計并在哈爾濱太平污水處理廠搭建了城市原生污水性能研究實驗臺,實驗研究了城市原生污水在各種管材圓管內(nèi)紊流流動

5、時的污垢熱阻特性,流動阻力特性及對流換熱特性。通過大量實驗數(shù)據(jù)總結出各種常用換熱管內(nèi)污垢熱阻增長規(guī)律,以及污垢熱阻穩(wěn)定值與管內(nèi)污水流速的函數(shù)關系、污水紊流流動的阻力系數(shù)計算式及換熱準則關聯(lián)式。實驗表明污垢增長模型為時間的漸進型函數(shù),在同管徑同流速下污水的流動阻力系數(shù)約為清水的1.08～1.12倍,對流換熱系數(shù)約為清水的0.75～0.82倍。這些基礎數(shù)據(jù)與經(jīng)驗公式為污水源熱泵系統(tǒng)的換熱設備研發(fā)、系統(tǒng)設計等提供了較為可靠的依據(jù)。
　　

6、依據(jù)污水流動、換熱及污垢熱阻特性、換熱管污水側難以強化換熱的特點,建立了污水蒸發(fā)器與冷凝器的分布參數(shù)模型,編制了仿真程序并進行了大量的數(shù)值研究,給出了污水蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱系數(shù)范圍,以及污水溫度和流量變化對換熱器換熱特性的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)與常規(guī)水源熱泵的兩換熱器相比,污水蒸發(fā)器與冷凝器內(nèi)污水以四流程為宜,冷凝器內(nèi)蒸汽過熱段所占比例較大,過熱對冷凝換熱影響明顯,為系統(tǒng)換熱器設計以及系統(tǒng)性能分析打下基礎。
　　通過直接式污水源熱泵系統(tǒng)

7、建模與數(shù)值仿真,給出了直接式系統(tǒng)的效能范圍,以及污水溫度對效能的影響規(guī)律。規(guī)定了污水源熱泵機組的標準設計工況,并深入分析了污水蒸發(fā)器、冷凝器面積匹配比與機組制熱量、制冷量、出力比之間的關系。由于污水源熱泵機組具有更大的適宜面積比范圍和出力比范圍,提出不同地區(qū)采取不同面積比進行熱泵機組設計的理念。最后給出了非標準工況下熱泵機組的特性以及設計與選型原則。
　　本文通過研究主要解決了直接式污水源熱泵系統(tǒng)所面臨的防堵塞可靠性、污水流動與換