暖通空調(diào)HV&AC2009年第3卷第2期設(shè)備開(kāi)發(fā)·87·污水換熱器傳熱性能測(cè)試分祈北京航空航天大學(xué)武姿☆清華大學(xué)張世鋼付林北京航空航天大學(xué)袁衛(wèi)星摘要以北京某賓館污水源熱泵系統(tǒng)中的污水換熱器為研究對(duì)象,連續(xù)測(cè)試了污水、中間水以及熱水流量、溫度隨時(shí)間的變化。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算得到了污水換熱器換熱效率的衰減情況,并擬合得到了傳熱系數(shù)的衰減公式,測(cè)試分析結(jié)果可為污水源熱泵供熱系統(tǒng)中的污水換熱器設(shè)計(jì)和選型提供參考。關(guān)鍵詞污水源熱泵污水換熱器傳熱換熱效率Testing and analysis of heat transfer propertiesof sewage heat exchangersBy Wu Zi*, Zhang Shigang, Fu Lin and Yuan WeixingAbstract Taking the sewage heat exchanger of a hotel in Beijing as study object, continuously tests thevariation in flow rate and temperature of sewage, intermediate water and hot water with time. Based on thetested data, obtains the decaying condition of the heat exchanger efficiency with the using time due to scaleformation, and obtains a fitted decaying formula of the heat transfer coefficient. The analysis results providea reference for the design and selection of sewage heat exchanger of a sewage source heat pumpKeywords sewage source heat pump, sewage heat exchanger, heat transfer, heat exchange efficiencyBeijing Univ. of Aero. Astro, Beijing, China0引言生88196萬(wàn)t城市污水。采用污水源熱泵系統(tǒng)從隨著能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中地位的日益重要能源城市污水中提取部分熱能用于為建筑物供熱能提的高效利用逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近些年,隨高城市能源的利用效率同時(shí)因?yàn)闇p少了煤炭等能著熱泵技術(shù)的日趨成熟與發(fā)展地下水地源熱泵得源的使用量,相應(yīng)地減少了CO2,NO2,SO4等污染到了推廣應(yīng)用但由于地下水的回灌與水資源的保物的排放量,具有非常重要的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)意義護(hù)問(wèn)題這項(xiàng)技術(shù)存在明顯的局限性。在這種情況污水換熱器是污水源熱泵供熱系統(tǒng)的關(guān)鍵部下城市污水引起了人們的重視。20世紀(jì)70年代件。污水中的各種雜質(zhì)在傳熱表面沉積會(huì)形成污垢以來(lái)日本、挪威、瑞典及其他一些供熱發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)熱阻,污垢熱阻是影響污水源熱泵系統(tǒng)換熱效率的污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究,并進(jìn)行了推主要因素。據(jù)文獻(xiàn)[4的研究,污垢熱阻對(duì)污水源熱廣應(yīng)用。目前,日本污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的能效水泵系統(tǒng)換熱效率的影響大約占整體熱阻對(duì)污水源熱平已接近現(xiàn)有常規(guī)水源熱泵系統(tǒng)的能效水平,瑞典泵系統(tǒng)換熱效率的影響的67%。文獻(xiàn)5]的研究表斯德哥爾摩有40%的建筑物釆用熱泵系統(tǒng)供熱其明,傳熱系數(shù)隨污水流速變化緩慢,在設(shè)計(jì)流速下傳中10%采用污水處理廠的中水作為熱源。國(guó)內(nèi)熱系數(shù)為60wW/(m2,℃).在實(shí)際工程應(yīng)用中,人對(duì)污水源熱泵的節(jié)能性、環(huán)保性與應(yīng)用前景也已經(jīng)進(jìn)行了一些研究,并在一些經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的城市進(jìn)☆武姿,女,1983年1月生在讀碩士研究生100084北京市海淀區(qū)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心三層行了一定程度的推廣應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)北京市每天產(chǎn)(0)13810836739E-mail: z-wu02@mails, tsir收稿日期:2007-11-13一次修回:2008-01-07。電廠余熱再利用與研究資助項(xiàng)目(編號(hào):D07040900560000二次修回:2008-12-23.88·設(shè)備開(kāi)發(fā)暖通調(diào)HV&AC209年第39卷第2期們往往希望知道結(jié)垢引起的污水換熱器換熱效率隨新回到污水換熱器再次加熱升溫,完成一個(gè)循環(huán)使用時(shí)間的衰減情況,以便了解系統(tǒng)性能的動(dòng)態(tài)變?cè)诳照{(diào)熱泵機(jī)組側(cè)空調(diào)水經(jīng)過(guò)空調(diào)熱泵機(jī)組加熱化規(guī)律安排合理的清洗周期,但目前還沒(méi)有可以信升溫后為賓館供暖;在熱水熱泵機(jī)組側(cè)自來(lái)水經(jīng)賴的研究結(jié)果。針對(duì)這種情況,本文對(duì)北京某賓館過(guò)熱水熱泵機(jī)組換熱升溫后作為賓館的生活熱水。的污水源熱泵供熱系統(tǒng)中的污水換熱器的實(shí)際運(yùn)行夏季工況與冬季工況的不同在于夏季工況中間水性能進(jìn)行了一個(gè)多月的測(cè)試,分析得到了污水換熱作為熱泵機(jī)組的冷卻水,并通過(guò)污水換熱器將冷卻器換熱效率的衰減情況,并擬合得到了傳熱系數(shù)的水熱量排放到污水中。本文主要測(cè)試分析冬季供衰減公式,測(cè)試分析結(jié)果可為類似污水換熱器的設(shè)熱工況計(jì)、選型、使用、維護(hù)提供參考主要測(cè)試參數(shù)包括污水進(jìn)出換熱器的溫度和系統(tǒng)及測(cè)試方法介紹流量以及中間水進(jìn)出換熱器的溫度和流量。熱泵圖1為該污水源熱泵供熱系統(tǒng)冬季供熱工況機(jī)組型號(hào)為SL-60M額定制熱量為720kW,制系統(tǒng)流程及測(cè)點(diǎn)布置圖。系統(tǒng)所使用的污水來(lái)源熱輸入功率為148kW;額定制冷量為650kW制冷輸入功率為112kW。污水換熱器為殼管式污水走管內(nèi),中間水走殼側(cè)污水與中間水逆向流動(dòng)污水換熱器共有兩組,采用串聯(lián)連接方式,每組換熱面積230m2,兩組換熱器輪流使用,一用一備g在測(cè)試期間,只開(kāi)了其中一組換熱器。主要測(cè)試儀器溫度自記儀測(cè)量精度≤0.3℃,SCL便攜式數(shù)字1溫度自記儀2防阻機(jī)3污水4超聲波流量計(jì)5污水換熱器6中間水超聲波流量計(jì)測(cè)量精度等級(jí)為士0.5。7空調(diào)熱泵機(jī)組8熱水熱取機(jī)組9生活熱水循環(huán)泵10求端循環(huán)泵一中間水(清水)管路污水管路一-空調(diào)用水及生活熱水管路2試驗(yàn)及分析于2007年1月26日至2月28日共進(jìn)行了圖1系統(tǒng)流程及測(cè)點(diǎn)布置34天的現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)測(cè)試,測(cè)試采樣周期設(shè)定為20于附近的城市污水管道,為城市原生污水,經(jīng)潛水min。測(cè)試開(kāi)始前,對(duì)污水換熱器進(jìn)行了全面的泵輸送到設(shè)置在賓館地下室的熱泵機(jī)房經(jīng)防阻機(jī)除垢清洗,因此,可視初期數(shù)據(jù)為新投入使用污過(guò)濾掉污水中的大塊懸浮物后進(jìn)入污水換熱器將水換熱器的數(shù)據(jù)。在測(cè)試期間,污水流量與中間熱量換給中間水后再通過(guò)排水管路送回城市污水水流量基本穩(wěn)定,分別為95t/h和100t/h。圖管道。中間水在污水換熱器中吸熱升溫后分兩路2a,2b分別給出了污水和中間水進(jìn)出口溫度隨分別經(jīng)過(guò)空調(diào)熱泵機(jī)組和熱水熱泵機(jī)組降溫后重時(shí)間的變化。時(shí)閫/h10020030040050060070080090污水進(jìn)口‘污水出口中間水進(jìn)口中間水出口換熱器污水進(jìn)出口溫度隨時(shí)間的變化b換熱器中間水進(jìn)出口溫度隨時(shí)間的變化c污水換熱器傳熱系數(shù)廠隨測(cè)試時(shí)間的變化圖2實(shí)測(cè)參數(shù)及污水換熱器傳熱系數(shù)K隨時(shí)間的變化根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù),進(jìn)行以下整理計(jì)算中間水吸熱量:污水放熱量:Q-4QcG△u(1)由于管路和換熱器殼體與環(huán)境空氣的換熱量暖通空調(diào)HN&AC209年第39卷第2期設(shè)備開(kāi)發(fā)·89很小,可以忽略則污水放熱量與中間水吸熱量應(yīng)式中t為新?lián)Q熱器投入運(yùn)行后的累積運(yùn)行時(shí)間基本相等可作為校核測(cè)試數(shù)據(jù)的依據(jù)。在計(jì)算傳或舊換熱器全面清洗后的累積運(yùn)行時(shí)間h熱量時(shí),取其平均值根據(jù)本次測(cè)試分析結(jié)果筆者認(rèn)為,在污水換熱Q+Q(3)器設(shè)計(jì)和選型時(shí),為了保證熱泵機(jī)組的可靠穩(wěn)定運(yùn)行,污水換熱器傳熱系數(shù)應(yīng)取穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的700污水換熱器傳熱系數(shù):W/(m2·℃),或者通過(guò)設(shè)置自動(dòng)清洗裝置定時(shí)清K(4)洗傳熱管,使其保持在較佳的傳熱狀態(tài),此時(shí)的傳熱系數(shù)和清洗周期可根據(jù)圖2c或式(5)確定其中,△m=,△=t-,△"=2-3結(jié)論3.1由于城市原生污水水質(zhì)很差,在換熱器內(nèi)壁容易形成較厚的污垢,使污水換熱器傳熱系數(shù)顯著式(1)~(4)中Qn為換熱量,W;c為水的比熱降低。本次測(cè)試中,污水換熱器的傳熱系數(shù)在前容,k/(kg·K);G為污水流量,t/h;△為污水100h衰減迅速,從約1400W/(m2·℃)迅速降到進(jìn)出口溫差℃;G2為中間水流量,t/h;M2為中間900W/(m2·℃),隨著時(shí)間的推移,下降速率逐漸水進(jìn)出口溫差,℃;K為總傳熱系數(shù)W/(m2·℃);趨于平緩穩(wěn)定在約700~800W/(m2·℃),其衰F為傳熱面積,m2;△為對(duì)數(shù)平均傳熱溫差℃;減規(guī)律基本符合 Logistic函數(shù)。,分別為污水進(jìn)出口溫度,℃;t2,t分別為中間3.2在污水換熱器設(shè)計(jì)和選型時(shí),為了保證熱泵水進(jìn)出口溫度,℃機(jī)組可靠、穩(wěn)定運(yùn)行,污水換熱器傳熱系數(shù)應(yīng)取穩(wěn)將測(cè)試數(shù)據(jù)代入式(1)~(4),計(jì)算整理可得測(cè)定后的數(shù)值(對(duì)本文研究的換熱器而言,約為700試期間污水換熱器傳熱系數(shù)K隨時(shí)間的變化情W/(m2·℃),或者通過(guò)設(shè)置自動(dòng)清洗裝置定時(shí)況如圖2c所示。由圖可見(jiàn),傳熱系數(shù)K在前清洗傳熱管,使其保持在較佳的傳熱狀態(tài),此時(shí)的l00h衰減迅速,從約1400W/(m2·℃)迅速降到傳熱系數(shù)和清洗周期可根據(jù)圖2c或式(5)確定900W/(m2·℃),隨著時(shí)間的推移下降速率逐漸3.3本文的測(cè)試數(shù)據(jù)及相關(guān)公式可供同類換熱器趨于平緩,穩(wěn)定后大約為700~800W/(m2·℃),設(shè)計(jì)和選型時(shí)參考測(cè)試(連續(xù)運(yùn)行800h)結(jié)束后測(cè)得的傳熱系數(shù)K參考文獻(xiàn):為700Ww/(m2℃)左右可見(jiàn),在后600多小時(shí)t] Zhang H Y, Ebadian M A, Compo A. viscoelastic里換熱器效率基本保持不變,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)fluids heat transfer [J]. Numer Heat Transfer1990,17(8):231-234觀察污水換熱器傳熱系數(shù)K隨時(shí)間的變化曲[2]國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒206M北京:中國(guó)統(tǒng)線,發(fā)現(xiàn)其變化趨勢(shì)基本符合 Logistic函數(shù)規(guī)律,計(jì)出版社,2006采用數(shù)值方法可以擬合得到所測(cè)試的污水換熱器[3]尹軍,王宏哲,韋新東城市污水熱能利用技術(shù)及展望的傳熱系數(shù)的計(jì)算公式:[.吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2001(2)[4]吳榮華張承虎孫德興,等城市原生污水冷熱源換K=66897+-586.43熱管軟垢特性研究門(mén)].流體機(jī)械,2006,34(1)1+56.38[5]吳榮華孫德興,張承虎等熱泵冷熱源城市原生污水的流動(dòng)阻塞與換熱特性[J.暖通空調(diào),2005,35(2)(上接第127頁(yè))[14]中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測(cè)所.WS/T206[11]陸際晨蔣巍張泓等負(fù)離子流降低門(mén)診室空氣中細(xì)2001公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物(PM10測(cè)定方菌數(shù)的初步試驗(yàn)D]上海醫(yī)學(xué),1996,19(7):391法——光散射法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001[12] Nishi J, Tanaka T, Seiki T, et aL. Estimation of the[15]中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測(cè)所.GB/Tvalue of the internal and external environment in18204.1-2000公共場(chǎng)所空氣微生物檢驗(yàn)方法細(xì)菌underground space use [J]. 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