【摘要】：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(yán)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)器或冷凝器而設(shè)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(shè)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(shù)產(chǎn)生以來就對學(xué)術(shù)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(guān)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(rèn)清污水的流動、換熱以及污垢熱阻的特性與規(guī)律；（3）必須認(rèn)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(yīng)用的污水防阻設(shè)備，通過工程實踐和測試，總結(jié)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(zhuǎn)速、阻力等在內(nèi)的防阻機設(shè)計指標(biāo)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(xué)合理設(shè)計及工程選用提供了合理依據(jù)。 設(shè)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(jié)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(guān)系、污水紊流流動的阻力系數(shù)計算式及換熱準(zhǔn)則關(guān)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(chǔ)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗公式為污水源熱泵系統(tǒng)的換熱設(shè)備研發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計等提供了較為可靠的依據(jù)。 依據(jù)污水流動、換熱及污垢熱阻特性、換熱管污水側(cè)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(shè)計以及系統(tǒng)性能分析打下基礎(chǔ)。 通過直接式污水源熱泵系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(guān)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(shè)計的理念。最后給出了非標(biāo)準(zhǔn)工況下熱泵機組的特性以及設(shè)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、污水流動與換熱計算方法、污水蒸發(fā)器與冷凝器的換熱特性、機組換熱器匹配等問題，為直接式污水源熱泵技術(shù)的發(fā)展奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X703;TU83
【圖文】：

到機組的蒸發(fā)器或冷凝器進行換熱的系統(tǒng)稱之為直接式系）；若污水先通過污水換熱器與中介水換熱，中介水再進入稱之為間接式系統(tǒng)（簡稱為 ISSHPS）。污水源熱泵系統(tǒng)的兩如圖 1-1 所示。

人員在換熱器設(shè)計時就應(yīng)該增大足夠的面積余量，這樣會使得系統(tǒng)初投資加大，還增加了設(shè)備使用的空間，對系統(tǒng)的運行費用也有不利的影響。以哈爾濱望江賓館污水源熱泵系統(tǒng)中的殼管式污水換熱器為例，使用 1 個月后的污水換熱器的污染情況，如圖 1-4 所示�？梢姵鞘蟹乔鍧嵥磳Q熱表面的污染非常嚴(yán)重。

理如圖 1-11 所示，污水在內(nèi)管中流動，換渠與建筑物距離較適中時可以使用該項技術(shù)管來實現(xiàn)。該方法既不占用機房空間，也可該換熱形式的流動、能耗和換熱效率進行了

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 王宏哲,尹軍;城市污水熱能回收與利用評價指標(biāo)體系的探討[J];長春科技大學(xué)學(xué)報;2001年04期

2 姚楊;趙麗瑩;馬最良;曹昕;;某藥廠污水源熱泵系統(tǒng)的模擬與分析[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2006年05期

3 陳志峰;閆澤生;;塑料換熱器在污水源熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J];哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年03期

4 全貞花,尹軍;日本城市污水熱能回收利用的發(fā)展現(xiàn)狀[J];吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報;2003年03期

5 吳學(xué)慧;孫德興;;城市原生污水換熱器的能效分析[J];可再生能源;2007年02期

6 吳榮華 ,張承虎 ,孫德興;城市污水冷熱源應(yīng)用技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r研究[J];暖通空調(diào);2005年06期

7 張承虎;孫德興;吳榮華;莊兆意;李鑫;;城市污水冷熱源輸送換熱法(1):流動阻力與能耗分析[J];暖通空調(diào);2008年02期

8 武姿;張世鋼;付林;袁衛(wèi)星;;污水換熱器傳熱性能測試分析[J];暖通空調(diào);2009年02期

本文編號：2778531