66REFRIGERATIONNo.3, 2012, Seval.31 (Toal No. 120)文章編號: ISSN1005- 9180 (2012) 03 - 0066-06*污水調(diào)節(jié)池及污水取排系統(tǒng)在污水熱能利用中的設(shè)計研究吳德珠',廖堅衛(wèi)',賴文彬',孫德興2,張承虎2( 1.廣東省建筑設(shè)計研究院，廣州510010; 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué),哈爾濱1000 )[摘要]以污水源熱泵系統(tǒng)夏季工況為例， 分析了污水調(diào)節(jié)池體積大小的設(shè)計方法。通過介紹污水取、排水口的布置方式和污水取水方式，給出了污水取排系統(tǒng)的設(shè)計要點,為污水熱能利用工程的設(shè)計及施工提供參考。[關(guān)鍵詞]污水調(diào)節(jié)池; 取排系統(tǒng);熱泵系統(tǒng);污水[中圖分類號] TU833; TK521[文獻標識碼] ADesign of Sewage Adjusting Pool and sewage Diversion and drainage systemsin the Use of Sewage as cool and Heat sourceWU Dezhu', LAO Jianwei', LAI Wenbin' ，SUN Dexing, ZHANG Chenghu2(1.The Architectural Design & Research Insitute of Gunglong Province, Guanghou 5100;2. Harbin Insitute of Technology, Habin 150006 )Abstraet: Take the summer conditios of the sewage soure heat pumrp systems for exmple, the method of desiging thevolume of sewage adjusting pool is analyued in this peaper. Though the introduction of arangenent of sewage water intakeand outfal and the manerof taking scwage，the design points of sewagp diversion and drainge systen is given in this pe-per.It is providing reference for the projcts of using 8ewage as cool and heat source.Keywonds: Sewage aijusting pol; Diversion and druinage sytcm; Heat pump systen; Sewage就突現(xiàn)出相當重要的作用，而系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容1引言是污水取水口和排水口的布置以及系統(tǒng)取水方式的近年來，隨著我國環(huán)保和節(jié)能政策的有力實選擇。施，污水源熱泵系統(tǒng)供熱空調(diào)技術(shù)得到了普遍的重2污水調(diào)節(jié)池的設(shè)計視和迅速的發(fā)展[1]。由于污水流量及污水溫度是連續(xù)變化的，同時建筑負荷也是逐時變化的，而且往2.1幾個概念往兩者之間的變化趨勢是相反的，要擴大污水源熱當污水進口溫度確定時,忽略各項因素對機組泵系統(tǒng)供熱空調(diào)面積或?qū)崿F(xiàn)工程全面的污水源熱泵COP的影響，把機組COP看作定值，污水的冷熱供供熱空調(diào)，需要設(shè)置污水調(diào)節(jié)池，對污水供應(yīng)量進應(yīng)能力由參與換熱的污水流量大小來決定[3]。行移峰填谷[2]。污水的順暢取得及排放是工程成功假設(shè)-一個夏季工況的污水源熱泵系統(tǒng)中，存在的第步，因此污水取排及污水泵房的設(shè)計與施工- -個體積為v"的污水調(diào)節(jié)池，且已經(jīng)蓄滿了污. ◆收稿日期: 2012-4-27中國煤化工作者簡介:吳德珠(1984-),男,碩士研究生，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計。EMYHCNMHG.2012年9月.制冷第31卷第3期(總120期)57水，則應(yīng)該有如圖1所示的這樣-個關(guān)系。q(r)一單位建筑面積瞬時冷負荷, W/m2。圖中，V*是污水調(diào)節(jié)池的體積, Q*表示污水假設(shè)在一一個變化周期內(nèi)(一般為1天),時刻調(diào)節(jié)池在蓄滿污水的情況下能提供的最大冷量，序列 [x]是Q;= Q。 的時刻, [z2n-1,72n](n= 1、Q:(r)表示進人污水調(diào)節(jié)池的瞬時冷量, Q。(t) 表2..)時段Q; > Q。 (流量富余時段), [t2n,t2n-]時段Q; < Q。(流量不足時段),那么流量富余時段富余的污水冷量SQ1可表示為:Q3污水調(diào)節(jié)池V*0Qr(A)= 2[Q,(t)- Q。(r)]dt (4)Q*4Q2。圖1污水源熱泵系統(tǒng)中污水調(diào)節(jié)池示意圖示從污水調(diào)節(jié)池瞬時取走的冷量, Q'(t)表示污水調(diào)節(jié)池體積不夠大時，可能從污水調(diào)節(jié)池中瞬時溢出的冷量。1TT4t556一天中 (一個周期T內(nèi))，污水溫度變化輻度不大，忽略污水進人污水調(diào)節(jié)池時溫度的變化，同圖2進人和流出污水調(diào)節(jié)池冷關(guān)系圖時假設(shè)污水調(diào)節(jié)池沒有冷量損失，忽略污水由于不流量不足時段需從調(diào)節(jié)池補充的冷t為:同溫度混合產(chǎn)生的熵產(chǎn)，用Q"表示污水調(diào)節(jié)池在蓄滿污水的情況下能提供的最大冷量，它是一個定SQ2(A)= 2」[Q。(r) - Q,(t)]dt (5)值。Q* = pcV*Olm = const(1)富余的冷量將儲存于污水調(diào)節(jié)池中，進人污水式中:調(diào)節(jié)池的瞬時冷量不足于提供從污水調(diào)節(jié)池取走的△tm - -污水平均可利用溫差,定義冷量時，將通過儲存于污水調(diào)節(jié)池里的冷量補充。2.2 污水調(diào)節(jié)池的臨界體積。 V;(t)Oto(r)dt當污水廠出水逐時流量不能實現(xiàn)工程全面積污△tym =j, V.(r)dr水源熱泵供熱空調(diào)，而污水日總流量可供面積大于v;(t)一污水的體積流量，是時間τ的單值函實際需要的供熱空調(diào)面積時，可以設(shè)污水調(diào)節(jié)池蓄水以滿足系統(tǒng)需水要求;由于污水流量及污水溫度數(shù)，m/s;是連續(xù)變化的，同時建筑負荷也是逐時變化的，對T- -設(shè)計計算周期，一般為24h。瞬時進人污水調(diào)節(jié)池的冷量和瞬時從污水調(diào)節(jié)于給定的污水源，合理地設(shè)置污水調(diào)節(jié)池可以實現(xiàn)更大建筑面積的污水源熱泵供熱空調(diào)。池取走的冷量可分別表示為:污水調(diào)節(jié)池用來存儲[t2n-1,Tzn] 時間段內(nèi)富Q;(r) = pc. V;(r)●Ot(r)(2)余的污水冷量, 在實際工程中，如果污水調(diào)節(jié)池的Q。(t) = A.q(r)(3)大小不合適，可能會出現(xiàn)污水調(diào)節(jié)池能存儲的最大冷量Q*與富余的污水量的冷量OQ1不相等的情A-系統(tǒng)能供熱(或供冷)的建筑面積，通常況，這也就直接影響著熱泵系統(tǒng)的供冷能力。污水是未知量，m2; .調(diào)節(jié)池蓄￥中國煤化工也恰好等于欠缺YHCNMHG58REFRIGERATIONNo3,2012, SopVol.31 (Toal No .120)冷量時調(diào)節(jié)池具有的體積叫做污水調(diào)節(jié)池臨界體分列式、差位式和重疊式三種。積。3.1.1分列式若污水調(diào)節(jié)池體積足夠大，這意味著，系統(tǒng)設(shè)如圖3所示，系統(tǒng)取水口和排水口在同- -水平計所需的供冷量的不足部分可以全部由污水調(diào)節(jié)池面_上要保持一個相當大的距離，目的是避免用過的里存有的冷量來補充。系統(tǒng)排水進人取水水域影響水的換熱利用。在我國SQz(A) = SQ1(A)(6)及世界各國，絕大部分電廠的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)都采在已知污水流量和溫度的變化曲線，以及當?shù)赜眠@種布局[4。其特點是設(shè)計施工簡便,適用范圍相關(guān)的氣象參數(shù)等條件下，通過試算或者數(shù)值方廣， 可靠性高。法，根據(jù)平均流量imi 和污水平均利用溫差Ot.m、平均冷負荷指標9m的意義，解方程(6)得出該污水源在調(diào)節(jié)池足夠大時能供冷的建筑面積Amae。Aw。= pcYmAL.m(7)對于給定的污水源,對應(yīng)Amas的污水調(diào)節(jié)池體積就是調(diào)節(jié)池臨界體積，因為污水調(diào)節(jié)池體積再增大，已經(jīng)沒有多余的污水來充滿調(diào)節(jié)池。根據(jù)下式可以計算調(diào)節(jié)池臨界體積:取水口排水口y*_ AQi(Amax)_ AQ2( Amax)(8)圖3分列式取排水口布置圖pcAtum pc△twm在實際工程中，污水調(diào)節(jié)池的體積可以在計算理論最優(yōu)體積基礎(chǔ)上考慮1.1~ 1.2倍的安全系數(shù)。3.1.2重疊式設(shè)置污水調(diào)節(jié)池時，需要考慮有足夠的空間以滿足如圖4所示，在排水口下面一定深度處布置取修建調(diào)節(jié)池所需的建筑面積，同時還應(yīng)考慮污水池水口，取排水口的平面距離為零，它利用不同溫度對周圍環(huán)境的影響及安全控制等實際問題。水體分層的現(xiàn)象對水體實行換熱利用。重疊式取排水方式的特點是:打破了排、取水口-定要有較大3污水取排系統(tǒng)設(shè)計要點水平間距的傳統(tǒng)觀點，節(jié)省管道及渠道建設(shè)投資，污水熱能利用中，污水取排系統(tǒng)是指污水從取管理方便，它的水力熱力特性優(yōu)于分列式。采用重水口，通過輸送管道、過濾設(shè)備送至機房,換熱利疊式取排水方式的前提條件是水域必須具備有一-定的水深和一-定的容積。用后再通過排放的管道輸送回水體的一個完整系統(tǒng)。污水取排系統(tǒng)的設(shè)計,不僅關(guān)系到系統(tǒng)水量的近區(qū)遠區(qū)供應(yīng)與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時涉及到工程投資費用,控制管理與維護，以及市政、交通等方面一系列的排水域下規(guī)章制度，必須重視。3.1取、 排水口布置方式中間展系統(tǒng)取水口和排水口布置的總思路是盡量避免排水口出水直接進人取水口，利用取排水口的空間取水城距離、水域的自然功能和水流動能特性帶走使用過的系統(tǒng)排水，盡量減少冷熱流道的摻混干擾，達到系統(tǒng)穩(wěn)定安全取水的目的，同時減少取水利用對周圍環(huán)境的負面影響。取排水口的布置方式主要分為中國煤化工面圖MHCNMHG2012年9月制第31卷第3期(總120期)393.1.3 差位式其橫向空間、縱向空間都相對較小，因此在污水干如圖5所示，取水口在河道中間，排水口在岸渠中設(shè)置同垂直面的取排水口，必然會造成排水與邊或排水口在河道中間，取水口在岸邊。取排水口取水的摻混，降低取水冷熱量。因此建議采用分列的距離是同一河道斷面垂直水流方向的橫間距，這式的取排水口方式，選擇合理的間距將取排水口設(shè)種方式把取排水口間距從水流方向的縱向間距，轉(zhuǎn)置在污干渠同一連通水域的不同區(qū)域，充分考慮取移到垂直水流方向的橫向間距上來[5],其特點是:水口與排水口之間的相互影響，以保證取排水水域排水有去路，取水有來源;同時取排水管線可采用互不摻混。同一渠道，節(jié)省投資、管理方便;水力熱力特性優(yōu)采用江河湖海水作為污永源熱泵系統(tǒng)的水源于分列式及重疊式。應(yīng)用差位式取排水方式的前提時，取排水水域在縱向空間和橫向空間都有較大的條件是，水域有較大的橫向縱向空間[6。廣東省沙.可利用范圍，可以根據(jù)工程實際情況選擇三種方式角發(fā)電基地二期B、C廠的取排水口的布置”是國中最為合理的取排水口設(shè)置。當取排水水域有較大內(nèi)使用差位式取排水方式比較成功的工程之- -。的縱向可利用空間時，建議采用重疊式取排水方式以減少工程管道渠道投資費用;當取排水水域有較大的橫向可利用空間時，建議采用差位式取排水方式以保證系統(tǒng)取排水的安全可靠性。排水口在工程實際中,應(yīng)根據(jù)實際水文地形條件，充分利用水域的自然功能和水流動能特性，利用平面取水口和立面差位,合理選擇取排水口設(shè)置方式,達到系統(tǒng)經(jīng)濟、高效、節(jié)能、安全等綜合目的。3.2污水取水方式污水源熱泵系統(tǒng)的主要取水方式可以分為:全淹沒濕式取水，干式水泵取水，自吸水泵取水[8]。圖5差位式取排水口布置平面圖3.2.1全淹沒濕式取水一 潛水泵取水方式利用污水潛水泵安放于污水調(diào)節(jié)池中或者污水污水源熱泵系統(tǒng)的水源可分為城市污水、江干渠中 直接取水，或在污水調(diào)節(jié)池附近設(shè)置取水水、河水、湖水和海水。當采用城市污水時，由于井,引水人井再用污水潛水泵取水，如圖6所示。污水干渠寬度一般在10m以內(nèi)，且水深不超過1m,污水調(diào)節(jié)池換熱器4wwwwww31-取水井2- 污水潛水泵3- 污水源熱泵防阻塞設(shè)備4- 專用換熱器圖6潛水泵取水方式示意圖優(yōu)點: a.全淹沒濕式取水安裝布置簡便，工情況; b. 污水潛水泵能適應(yīng)各種污水水質(zhì)，系統(tǒng)程造價低，節(jié)省泵房空間,適用于機房空間較小的相對安全中國煤化工靈活，可高可低，MYHCNMHG.70REFRIGERATIONNo.3, 2012, Sep.Vol.31 (Total No.120 )根據(jù)系統(tǒng)需水量和污水干渠排水量設(shè)置,取水井還3.2.2干式水泵取水可兼顧蓄水的功能，實用范圍較廣。用干式水泵從污水調(diào)節(jié)池取水，或者開鑿引水缺點: a. 在系統(tǒng)沒有污水調(diào)節(jié)池時，污水干渠污水 干渠引水，再用干式水泵取水。式羆設(shè)置渠中設(shè)置污水潛水泵，在一定程度上會影響污水干水泵房(一般可設(shè)置于主機房內(nèi))，且泵房底面高渠的正常排水，必須得到市政單位的同意; b. 污度或水泵吸入口要低于水源最低液面0.7m左右,水潛水泵必須全部淹沒于污水中，只能用于污水排污水經(jīng)短距離自流管線進人污水泵吸入口，如圖7量較大的污水干渠中; e. 將污水潛水泵置于污水所示。干渠中或者污水調(diào)節(jié)池中,必然會大量將沉積于底這種方式優(yōu)勢在于:設(shè)計施工簡便,設(shè)立單獨部的淤泥雜質(zhì)-并帶人系統(tǒng)，加大系統(tǒng)除污過濾的的水泵房或?qū)⑺弥糜谥鳈C房內(nèi)，便于水泵的統(tǒng)一負擔(dān); d. 污水泵的清理維護不便。管理與維護;密閉性好,對周圍環(huán)境影響較小。污水調(diào)節(jié)池E|L wwwwwwwwwww.1-攔網(wǎng)隔柵2- 干式水泵3- 污水源熱泵防阻塞設(shè)備4- 專用換熱器圖7干式水泵取水方式示意圖不足之處在于對取水口的設(shè)計要求較高，取水者設(shè)置污水調(diào)節(jié)池的系統(tǒng)?？诒仨氃O(shè)置在水源較低水位，對于沒有設(shè)置污水調(diào)3.2.3自 吸水泵取水節(jié)池的系統(tǒng)，在高峰取水或污水干渠低峰排水時容將取水管道直接插人污水干渠中，并保證吸水易出現(xiàn)取水口露出水面吸空的情況; -般運用于污口不吸空,再利用自吸水泵抽水，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖水源熱泵機房設(shè)置于地下，污水干渠流量較穩(wěn)定或如圖 8所示:日→STT換熱器317N網(wǎng)1地21-水泵2- 污水源熱泵防阻塞設(shè)備3- 專用換熱器88 自吸水泵取水方式示意中國煤化工YHCNMHG2012年9月制令71第31卷第3期(總120期)采用自吸水泵取水，水泵吸入口可高出水源液(4)污水源熱泵系統(tǒng)的主要取水方式有潛水泵面2m左右，也就是說取水泵房可設(shè)置在地面或淺取水、干式水泵取水和自吸水泵取水三種。潛水泵層地下，因而泵房的設(shè)置就具有較大的靈活性;并取水應(yīng)用比較廣泛;干式水泵取水方式主要應(yīng)用于且設(shè)置安裝簡便,工程造價低。機房位置較低，污水干渠流量較穩(wěn)定或者設(shè)置污水這種方式的不足之處在于:必須采用自吸水調(diào)節(jié)池的系統(tǒng);自吸水泵取水方式需要有具體措施泵，并應(yīng)有相應(yīng)措施保證自吸水泵的正常開啟、吸保證自吸水泵的正常開啟、吸水、運行才能保證系水、運行;相對而言系統(tǒng)不穩(wěn)定系數(shù)增加。統(tǒng)的穩(wěn)定。根據(jù)工程情況和實際要求，可以采用- -些比較特殊的取水方式或者是結(jié)合幾種取水方式的綜合運5參考文獻用，以保證工程需要與系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。[1] 馬最良，姚楊,趙麗瑩.污水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用前最[J] . 中國給水排水, 2003, 19 (7): 41-434結(jié)論[2] 黃磊.污水廠二級出水用于污水源熱泵系統(tǒng)幾個問題(1)污水調(diào)節(jié)池的最優(yōu)體積是滿足關(guān)系Q* =的探討[D] .哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2008OQ1=OQ2時對應(yīng)的污水調(diào)節(jié)池的臨界體積,3] 吳德珠.污水源熱泵利用對環(huán)境影響綜合評價研究[D] .碩士學(xué)位論文，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010y。_ ^Q1(Am)_ ▲ Q2(Ama)4] 程友良，應(yīng)博芬，范忠瑤，等、水城分層時電廠取水pcStympcAtam問題分析.第七屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨第十九屆此時系統(tǒng)可以提供最大的供熱空調(diào)建筑面積。全國水動力學(xué)研討會文集(下冊) [C], 2005(2)如果因為空間和其它原因的限制，污水調(diào)5] 陳宜泉，沿海水域火核電廠冷卻水水工布置的優(yōu)化原節(jié)池體積V*'小于最優(yōu)體積V* ,則污水將損失熱則和實踐[J] .海洋技術(shù)，1999 18 (4): 82-87量Q' = OQ1-Q",熱量損失率為φ-oo6] 程友良，關(guān)膺，田英.電廠差位式取排水布方式研oQ究.第二十屆全國水動力學(xué)研討會文集[C], 2007,(3)取排水口設(shè)置方式有分列式、差位式和重65-75疊式三種。分列式建議用于空間范圍較為狹窄的城7] 安金英,高銘山.沙角發(fā)電基地取排水口工程布置淺市污水水源;重疊式建議用于具有較大縱向空間的析[J] .廣東電力.2006, 15 (3): 58-60江河湖海等地表水源;差位式建議用于水域有較大[8]吳榮華， 劉志斌，黃磊,等.污水及地表水地源熱泵橫向、縱向空間的江河湖海等地表水源。系統(tǒng)規(guī)范化設(shè)計研究[J] . 暖通空調(diào)，2006， (12),67- 68中國煤化工MYHCNMHG