發(fā)電與空空調(diào)技術(shù)基于污水源熱泵應(yīng)用的污水沿管溫變分析賈洪愿，薛凱，李沁蕓，林真國(guó)(重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院,重慶400045)摘要:分析了生活污水在管內(nèi)換熱的機(jī)理。采用熱電偶溫度計(jì)直接測(cè)量的方法,對(duì)重慶市某小區(qū)生活污水管道的污水溫度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,分析了污水溫度變化的原因。利用污水溫度日較差和溫度變化標(biāo)準(zhǔn)差等評(píng)價(jià)指標(biāo),研究了不同地點(diǎn)污水溫度波動(dòng)情況,并分析了原因?；诜治鼋Y(jié)果,對(duì)污水源熱泵系統(tǒng)取水點(diǎn)設(shè)置進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞:污水源熱泵;污水溫度; 換熱DOI: 10.3969/J.ISSN.2095 -3429.2012.03.011中圖分類號(hào):TM823.3, X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):2095 -3429(2012)03 -0048 -04Analysis of Sewage Temperature Variation along the Pipeson the Basis of Sewage Source Heat Pumps ApplicationsJIA Hong- -yuan,XUE Kai, LI Qin- -yun，LIN Zhen- -guo(College of Urban Consnuetion & Entironme ntad Engineering, Chongqing Universiy, Chongying 400045 ,China)Abstract: The heat transfer mechanism of sewage in the pipes was analyzed. It was found that the heat transfer wasassociated with a variety of factors and the effects of the air above the sewage on its temperature varied with seasons. Theall-day temperature of sewage in pipes of one residential quarter in Chongqing was measured by a thermocouple thermome-ter. And the reasons of temperalure variation were analyzed. The temperature variation of sewage in different sites was studiedby using daily range temperature, standard deviation and etc. The reasons were analyzed as well. Based on the conclusion,the selection of the intake point of sewage source heat pump system was discussed.Key words: sewage souree heat pump; sewage temperature; heat transfer0引言設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。污水每升高或降低1C.影響能耗，能源是社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在高效利用現(xiàn)有能1.5%~2.5% ,影響投資2.5%~ 4.0% ,當(dāng)污水溫度增減3C源的同時(shí),人們也正在尋找和開(kāi)發(fā)新的能源。城市污水以上時(shí),還會(huì)影響熱泵COP值5% ~ 13%。因此.污水溫是目前尚未被有效利用的低品位可再生能源!"。采用污度對(duì)污水源熱泵系統(tǒng)能否正常運(yùn)行及其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性水源熱泵系統(tǒng)來(lái)供暖和制冷,制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5~有很大影響4。城市生活污水進(jìn)入污水處理廠處理過(guò)后4.4,比傳統(tǒng)空氣源熱泵要高出40%左右,而運(yùn)行費(fèi)用形成一、二級(jí)污水，因此生活小區(qū)污水溫度對(duì)一、二級(jí)僅為普通中央空調(diào)的50% -60%。在污水的特性參數(shù)污水溫度有直接的影響。深人研究城市小區(qū)生活污水中,污水溫度決定了污水可利用熱能總量,是換熱工況溫度變化規(guī)律，對(duì)城市污水源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用具中國(guó)煤化工基金項(xiàng)目:重慶大學(xué)科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng) 目(No.CQU-SRTP- 2011692).MYHCNMHG重慶市建委科技資助項(xiàng)目(No.城科字2011第2-38號(hào))。作者簡(jiǎn)介:賈 洪愿(1989-),男,山東濟(jì)寧人,本科三年級(jí)在讀。n3201248 8第145用第3濤發(fā)電與空調(diào)空調(diào)技術(shù)Paerr Cratien & A Gelie有促進(jìn)作用。對(duì)流換熱弱。因此,在夏季,污水上方空氣對(duì)污水溫度就污水冷熱源的應(yīng)用而言，國(guó)內(nèi)外對(duì)污水溫度變的影響有限。化規(guī)律有一定研究叫。如:戴通涌、劉安田、張素等對(duì)城而對(duì)于冬季則相反，污水管內(nèi)空氣與較熱的污水市污水的主要熱特性進(jìn)行了分析凹,周雙、康侍民對(duì)污換熱后，溫度高于室外空氣溫度，由于煙囪效應(yīng)的存水水溫與季節(jié)和地域關(guān)系開(kāi)展了分析向,廖吉香、劉興在,使得熱空氣沿管上升至污水檢查井,相應(yīng)的冷空氣業(yè)、馬慶艷等對(duì)污水熱能特征做了研究",錢劍鋒對(duì)污亦會(huì)進(jìn)人管道中,在地面與管道之間形成環(huán)形流動(dòng),如水熱能利用方式進(jìn)行了探討間。他們均采用一定的測(cè)量圖2所示?？諝獾膶?duì)流作用加強(qiáng)了污水與上方空氣之間手段測(cè)試了城市一、二級(jí)污水管內(nèi)溫度、流量等全年變的換熱,促進(jìn)了污水的沿程降溫,這對(duì)于污水源熱泵在化情況,并分析得出了城市污水具有冬暖夏涼、受氣候冬季利用污水中的熱能不利。影響小的特征，但對(duì)污水沿管換熱過(guò)程及污水溫度變化的原因未作闡述。_4縱觀國(guó)內(nèi)外城市污水溫度變化研究現(xiàn)狀可以看出，目前大部分研究?jī)H著眼于城市一、二級(jí)污水,對(duì)城市小區(qū)生活污水溫度特性的研究甚少，且只針對(duì)污水溫度的季節(jié)和地域特征進(jìn)行探討,對(duì)污水溫度變化原因缺乏詳細(xì)分析。本文將針對(duì)城市生活小區(qū)污水溫度沿流程變化作初步探討。圖2冬季污水沿管換熱圖1-污水管2-污水管內(nèi)空氣 3-生活污水 4 室外空氣1污水沿管換熱過(guò)程5-室外地坪6-土壤 7-傾斜角污水在管道中為非滿管流流動(dòng)，沿程埋管深度連2污水溫度 實(shí)測(cè)分析續(xù)變化,以保證污水在重力作用下順利流動(dòng)。污水管道材質(zhì)- -般為混凝土,在污水與周圍介質(zhì)換熱分析中,其傳筆者對(duì)重慶市某生活小區(qū)污水管道內(nèi)污水溫度進(jìn)熱熱阻不能忽略。若將管道視為土壤-部分,如果污水管行了實(shí)測(cè),溫度測(cè)點(diǎn)分布如圖3所示。道足夠長(zhǎng)，污水溫度將不斷向該處土壤溫度HOm-靠近凹，但由于管壁熱阻的存在,其溫度與|測(cè)點(diǎn)B( 1.7m)生化池測(cè)點(diǎn)C(1.9m)土壤溫度有一一定差值。污水在管內(nèi)流動(dòng)，加速了污水上方空小區(qū)建筑發(fā)酵7接市政管網(wǎng)氣與污水之間的換熱。這部分換熱除包含測(cè)點(diǎn)A( 1.5m)測(cè)點(diǎn)D(7.5m)污水與上方空氣之間的顯熱交換外，還應(yīng)團(tuán)3小區(qū)污水測(cè)點(diǎn)分布圍包括兩者之間的潛熱交換。若污水管道足夠長(zhǎng)，上方空氣將最終達(dá)到飽和。該管道污水來(lái)自上游某生活小區(qū)。生活污水首先對(duì)于夏季,如圖1所示。污水管內(nèi)空氣在與下方較排人小區(qū)生化池，進(jìn)行初步處理后流人該小區(qū)污水管冷的污水換熱后,其溫度低于室外空氣溫度,管內(nèi)空氣道,最后匯人市政污水管道。各污水溫度測(cè)點(diǎn)A、B、C、所受浮升力作用小,積存于污水管中,其與室外空氣間D,分別位于小區(qū)生化池人口前、生化池入口、生化池出口、污水管與市政管交匯處。筆者采用熱電偶溫度計(jì)對(duì)四個(gè)測(cè)點(diǎn)的污水溫度進(jìn)行了全天測(cè)量，某秋季典型A6日該污水管各測(cè)點(diǎn)污水溫度測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。為使各測(cè)點(diǎn)溫度變化情況更為直觀，將各測(cè)點(diǎn)溫，度繪制成折線圖,如圖4所示。由表1和圖4可見(jiàn).位于生化池入口前的測(cè)點(diǎn)A,用A-A斷面水高中國(guó)煤化工及18:00- 20.00這圖1 夏季污水沿管換熱圖是因YHCN M H G需要,熱水使用量較1-污水管2- 污水管內(nèi)空氣3- 生活污水4污水流動(dòng)濕周多,溫度最高可達(dá)22.6C;而溫度的最低值為17.7C,出現(xiàn)在凌晨,其原因是由于該時(shí)段用戶用水量較少,且冷532 49發(fā)電與空調(diào)空調(diào)技術(shù)表1各測(cè)點(diǎn)全天溫度數(shù)據(jù)(秋季)時(shí)刻1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6.00 7:00 8:00 9:00 10:00 100 12:00 13.00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 2:00 23:00 0:00測(cè)點(diǎn)A 18.8 17.7 18.5 18.6 18.5 195 20.6 20.6 19.8 19.2 199 22.6 2221.119.9 20.3 19.5測(cè)點(diǎn)B 18.6 17.9 18.3 18.2 18.4 19.8 20.6 20.3 199 19 19.9 22.5 21.9 20.8 21.2 19.5 20.5 21.8 21.5 22 21 20.1 199 19.4測(cè)點(diǎn)C 20.2 20.2 20.3 20.1 20.1 20.2 20.4 20.3 20.5 20.7 20.7 2 1.221.1 20.8 20.6 20.5 20.7 21 20.4 20.4 20.5 20.9 20.5 20.2測(cè)點(diǎn)D 20.2 20.1 20.220.220.3 20.420.320.2 20.3 20.1 20.3 20.4 20.5 20.3 20.3 20.4 20.1 20.5 20.4 20.4 20.3 20.4 20.3 20.323.0→測(cè)點(diǎn)A一測(cè)點(diǎn)B→測(cè)點(diǎn)C一測(cè)點(diǎn)D統(tǒng)計(jì)各測(cè)點(diǎn)污水溫度數(shù)據(jù)，并加入室外空氣溫度作為對(duì)照,見(jiàn)表2,可看出測(cè)點(diǎn)C處平均溫度高于其它22.0測(cè)點(diǎn)，說(shuō)明生化池微生物發(fā)酵作用對(duì)污水溫度影響較大。由于單獨(dú)采用平均值并不能完全反應(yīng)污水溫度全21.0天波動(dòng)情況，因此引人各測(cè)點(diǎn)處污水溫度8較差和標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)衡量。其中測(cè)點(diǎn)A的日較差和標(biāo)準(zhǔn)差均為四測(cè)型20.0點(diǎn)中最大,最大溫變速率達(dá)到2.79C/h,說(shuō)明溫度波動(dòng)最19.0為劇烈。相反,測(cè)點(diǎn)D最小，全天溫度較為穩(wěn)定。這與前述分析結(jié)論- -致。18.表2不同測(cè)點(diǎn)溫度波動(dòng)比較項(xiàng)目平均值,心日較差，C標(biāo)準(zhǔn)差 最大溫變速率， Ch17.888888888888888688868測(cè)點(diǎn)A20.194.91.3302測(cè)點(diǎn)B20.134.1.31062.測(cè)試時(shí)刻測(cè)點(diǎn)C20.521.10.31340.圖4污水溫度全天變化團(tuán)測(cè)點(diǎn)D20.300.1142水居多。另外,測(cè)試時(shí)間位于秋季,凌晨空氣溫度較低,室外氣溫15.124.71.34610與管內(nèi)溫度較高空氣產(chǎn)生對(duì)流，進(jìn)-步促進(jìn)了污水溫但同時(shí)也可發(fā)現(xiàn),總體而言,各測(cè)點(diǎn)污水溫度全天度的降低。位于生化池人口的測(cè)點(diǎn)B,由于B點(diǎn)和A點(diǎn)距離不變化幅度并不太大，在5C以內(nèi),測(cè)點(diǎn)C和D全天溫度波動(dòng)更是遠(yuǎn)小于空氣;并且,對(duì)于8:00 ~ 22:00的集中使遠(yuǎn)，因此B點(diǎn)與A點(diǎn)的污水溫度變化趨勢(shì)類似,但是由用空調(diào)時(shí)間段，各測(cè)點(diǎn)污水溫度變化最大也只有于在流動(dòng)過(guò)程中受到地溫、空氣溫度等的綜合作用而3.5C。說(shuō)明生活污水水溫總體比較穩(wěn)定,可作為穩(wěn)定與測(cè)點(diǎn)A出現(xiàn)- -定的差異,其溫度最高值為22.5C,同的冷熱源,這有利于污水源熱泵系統(tǒng)利用生活污水中樣出現(xiàn)在用水比較集中的時(shí)間12:00，最低值為的冷、熱能進(jìn)行供暖和制冷。17.9C ,出現(xiàn)在凌晨。由此可見(jiàn),測(cè)點(diǎn)B溫度極值出現(xiàn)時(shí)以上分析均為各測(cè)點(diǎn)污水溫度隨時(shí)間變化情況的間與測(cè)點(diǎn)A十分相似,并不存在時(shí)間上的延遲。這是因比較,在此引人單位長(zhǎng)度溫度降R的概念,用于比較污為兩測(cè)點(diǎn)相隔距離有限，地溫等因素對(duì)污水溫度的影水溫度沿管溫降速率的大小。統(tǒng)計(jì)各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)并計(jì)響不明顯。與測(cè)點(diǎn)A、B不同,測(cè)點(diǎn)C的溫度變化較小。這是由算各測(cè)點(diǎn)污水單位長(zhǎng)度溫度降R,見(jiàn)表3。表3相鄰測(cè)點(diǎn)之間溫降比較于其位于生化池出口,污水經(jīng)過(guò)生化池內(nèi)微生物穩(wěn)定測(cè)點(diǎn)A-測(cè)點(diǎn)B測(cè)點(diǎn)B-測(cè)點(diǎn)C測(cè)點(diǎn)C-測(cè)點(diǎn)D的發(fā)酵作用,溫度升高,穩(wěn)定在20.1 ~ 21.2C。且生化池R, C/m0.0222-0.09900.0221出口流量變化不大，小區(qū)住戶用水情況對(duì)其影響已不再明顯,這對(duì)于測(cè)點(diǎn)C處污水溫度的穩(wěn)定有利。在各相鄰測(cè)點(diǎn)之間，測(cè)點(diǎn)B~測(cè)點(diǎn)C段平均單位長(zhǎng)最后,對(duì)于測(cè)點(diǎn)D,溫度波動(dòng)同樣較小,但較之測(cè)度溫度降出現(xiàn)負(fù)值,即在進(jìn)入生化池后,污水溫度由于點(diǎn)C,整體來(lái)說(shuō)有略微下降。這是因?yàn)镈點(diǎn)距離生化池受池內(nèi)微生物發(fā)酵作用,溫度總體有所上升。而在測(cè)點(diǎn)較遠(yuǎn),污水沿途散熱,雖然污水與地下土壤換熱可使污中國(guó)煤化工為正值且大致相等,水溫度升高,但如前所述,由于該典型日位于秋季,存說(shuō)明iY片CNMHG且影響污水溫度的在污水管內(nèi)空氣與室外空氣的對(duì)流作用，加速了污水各因素在這兩段的作用大致相同。降溫?？偟?45 第3卷發(fā)電與空調(diào)空調(diào)技術(shù)3取水點(diǎn)位 置的探討(4)對(duì)于原生污水的污水源熱泵系統(tǒng)的制熱工況，以上結(jié)論對(duì)于原生污水的污水源熱泵系統(tǒng)取水點(diǎn)取水點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在生化池出口和匯人市政管前的管段之的選擇具有參考意義。作為污水源熱泵系統(tǒng)的冷、熱間,且應(yīng)盡量靠近生化池出口處。源,其溫度波動(dòng)應(yīng)盡量小,且可利用溫差應(yīng)盡量大。由參考文獻(xiàn):上分析可見(jiàn)，生化池出口處和匯人市政污水管前的污[1]林真國(guó).張素云,伍培.重慶市城市污水冷熱資源利用的可行性探討水溫度波動(dòng)在秋季相對(duì)較小。因此,在設(shè)置原生污水的[科學(xué)咨詢(決策管理),2009,(03):13.污水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行制熱時(shí),應(yīng)在生化池出口和匯人[2)陳建平.魏劍鋒.尹恒.污水熱能利用變廢為寶[D建設(shè)科技,005,市政管前的管段之間取水，且應(yīng)盡量靠近生化池出口(16): 60-61.處。若取水處距離生化池出口較遠(yuǎn),可采取- -定的保溫[3}吳榮華,孫德興,驢興城市原生污水冷熱源水參數(shù)特性與應(yīng)用肪措施，減少污水從生化池出口流至水泵吸入口之間的法評(píng)價(jià)[J,可再生能源，2005,(05):42- 46.[4] 劉義坤,康侍民,冷先凱，等.重慶市污水源熱泵系統(tǒng)的工程應(yīng)用與分溫變,更好地利用污水中的熱能。析[J]制冷與空調(diào),2010,(04):61-67.[5]戴通涌.劉安田.張素云.等，重慶市污水源熱泵應(yīng)用前最分析[I]制4結(jié)語(yǔ)冷與空調(diào)(四川).2007. (01); 59-61.(1 )城市小區(qū)生活污水溫度受地溫、空氣溫度、管[6]周雙,康侍民重慶市城市生活污水熱能的應(yīng)用研究[}四川建筑.2009,(01):228-229,232.壁導(dǎo)熱性能、污水成分及用戶用水情況等多種因素影7]廖吉香劉興業(yè)，馬慶艷,等.東北地區(qū)污水水源熱泵現(xiàn)狀分析I]節(jié)響,全天溫度呈現(xiàn)-定的波動(dòng),但整體波動(dòng)不大,可作能技術(shù)205,606.:39542.561.為穩(wěn)定的冷.熱源。[8]錢劍蜂.張力雋,張吉禮.等.直接式與間接式污水源熱泵系統(tǒng)供熱性能分析|I.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2009.(52).94-98.(2)越靠近用戶側(cè),污水溫度受用戶用水情況影響[9]吳榮華,徐瑩,孫德興.等.污水源熱泵渠溫受地溫作用下的溫變模型越大,波動(dòng)也越大。U,哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2008.( 12):1986- 1990.(3)生化池內(nèi)微生物發(fā)酵作用可使污水溫度升高,收稿日期:2012-04 -24對(duì)穩(wěn)定污水溫度作用明顯。修回日期:2012-05- -30(上接第68頁(yè))5結(jié)語(yǔ)冷水機(jī)組容量和臺(tái)數(shù)的優(yōu)化,使整個(gè)機(jī)房的IPLV盡量最(1)單純依靠IPLV大小來(lái)作為冷水機(jī)組選型的標(biāo)大化。選用1-2臺(tái)小容量機(jī)組作為調(diào)節(jié)作用是必要的，準(zhǔn)，從而認(rèn)為高IPLV的冷水機(jī)組能表現(xiàn)出更好的全年這些小容量機(jī)組最好利用變頻冷水機(jī)組。綜合運(yùn)行性能是片面,特別是利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的IPLV計(jì)(4)本文僅從如何實(shí)現(xiàn)最佳的綜合能效的角度對(duì)算公式。建議能針對(duì)具體項(xiàng)月根據(jù)IPLV權(quán)重系數(shù)計(jì)算冷水機(jī)組的選型策略進(jìn)行探討。在實(shí)際工程中,冷水機(jī)組的臺(tái)數(shù)和容量配置以及定、變頻的選擇,涉及到機(jī)房方法,總結(jié)出適用于本項(xiàng)目的IPLV計(jì)算公式。(2)除了應(yīng)重視優(yōu)化冷水機(jī)組的運(yùn)行方式和策略,面積、初投資等多方面因素的影響,需要結(jié)合實(shí)際情還需優(yōu)化冷水機(jī)組容量的選擇和匹配，從根本上提高況權(quán)衡考慮。機(jī)房?jī)?yōu)化運(yùn)行的節(jié)能潛力。從實(shí)際意義上講,IPLV可以理解為冷水機(jī)房全年綜合運(yùn)行性能的簡(jiǎn)化指標(biāo),可([]汪訓(xùn)昌.正確理解解釋與應(yīng)用ARISS0.590標(biāo)準(zhǔn)中的IPLV指標(biāo)[0暖通以以此為參考結(jié)合冷水機(jī)組的部分負(fù)荷特性及市面可空調(diào)2006,3611); 46~50.獲得的冷水機(jī)組規(guī)格來(lái)優(yōu)化冷水機(jī)組的選型。[2] ARI 550590- 20030, Water cilig packages using the vapor com presion(3)設(shè)置1臺(tái)或部分變頻機(jī)組作為容量調(diào)節(jié)使用可取得-定的節(jié)能效果，但不能錯(cuò)誤地認(rèn)為這就能夠達(dá)到B3IGBS中國(guó)煤化工或基本達(dá)到全部采用變頻冷水機(jī)組的效果。當(dāng)由于容量TYHC N M H G收稿日期:2012-04-10修回日期:2012-06-06的限制,不能全部設(shè)置變頻機(jī)組時(shí),應(yīng)注意對(duì)大容量定頻00 51