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同时增大流动阻力

2018-07-08 12:45

发布时间:2017-08-15 09:42:16

摘 要 分析了套管式污水源热泵系统的优势,在此基础上构想出套管式城市自来水水源热泵系统。综合分析自来水水源热泵在实际工程应用中所需水质、水温、水量、所能承载的负荷等条件。本文还对套管式自来水水源热泵的优劣势进行分析,并与常见的几种热泵形式进行优劣势对比。分析结果表明套管式城市自来水水源热泵在实际工程应用中是可行的。

1套管式污水源热泵介绍

2.1城市自来水开发的法律规定分析

2套管式城市自来水水源热泵系统可行性分析

关键词 套管式 城市自来水 热泵

城乡建设厅为了切实加强全国城市基础设施建设,下发了《关于加强城市基础设施建设的实施意见》,促进供水厂及供水管网改造和建设。到2015年,城市供水普及率普遍超过95%。根据中国产业信息网数据显示,2015年10月中国自来水生产量产量为478026万立方米,其中城市用水量占65%以上。以下是对大庆市24h内城市供水分时段动态统计数据。实验组通过收集2005年8月14日至9月30日的时供水量数据,绘制大庆市时用水量变化曲线,以此为依据来划分大庆市优化调度的时段。下面列出大庆市典型日时用水量变化曲线。

2.2开发水量基础分析

根据上图所提供的数据,将典型日24小时分为两个时段,5:00~22:00为第一时段,是用水高峰阶段;22:00~5:00为第二时段,是用水低峰阶段。其中第一时段的供水量约占全天总供水量的74%,第二时段约占26%。类比于大庆市典型日时用水量变化特性,以济南为例,根据济南市城市计划节约用水管理办公室提供的资料,2015年最高日供水量80.6万m3,日均74万m3。可知,济南市第一时间段17h内供水量55万m3,1h约供水3万m3,能运载输送的能量庞大,可待开发的潜力巨大。

随着我国工业建筑与民用建筑总量和类型逐年上升,建筑能耗占能源总消费量的比例已从上世纪七十年代末的10%,上升到27.45%,逐渐接近三成。根据中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院徐伟发表的文件显示,为了创造舒适的室内工作生活环境,对建筑进行的采暖、通气、空气调节及相关系统工程占到建筑总能耗的一半。这也就是意味着,暖通空调行业占社会总能耗的比例约为15%。在能源供求形势日趋紧张的背景下,暖通空调行业的创新和技术进步不仅能有效促进建筑业的能效提高,而且对推进全社会节能减排具有重要的意义。我国从2006 年开始相继推出《可再生能源法》、《绿色建筑行动方案》等法案,并在十一五、十二五、十三五规划中将可再生能源发展作为节能工作的首要任务。

2.3自来水水质要求与温度关系分析

从2007年7月1日起,由国家标准委和卫生部联合修订出台的《生活饮用水卫生标准》正式实施。规定要求,常规检验项目42项,各地必须统一检定;非常规检验项目64项,由各省级人民政府根据情况确定。然而各项指标中没有提到对自来水水温的要求。温度升高主要是对自来水中的微生物生长和消毒杀菌所需时间有影响。根据王权老师的研究显示,氯溶于水后迅速水解成的次氯酸。次氯酸分子体积小、不带电荷,易于穿过细菌的细胞壁;除此之外,次氯酸是一种强氧化剂,容易损坏细菌的细胞膜,使内部的蛋白质、rna、dna等物质释出,并影响多种酶系统,从而使细菌死亡。在自来水的消毒杀菌过程中,自来水温度升高使次氯酸更易于透过细胞壁,并加快它们与酶的化学反应速度。因此,在加氯量相同的情况下,水温高则杀菌快。当改变供水温度时,管网的水质发生一定变化,其细菌的滋生情况也随之发生改变。根据实验验证的结果,10℃工况与 20℃工况下的自来水水质变化不大。在这个温度段内随着温度的升高浊度、toc、 nh3-n、ph 和余氯的数值变化很小(变化幅值仅为0.6),细菌总数变化微大,由20增加到48,但 30℃工况的细菌总数增加明显,几乎是10℃工况的两倍,实验的数据表明20℃~30℃有利于微生物滋生。

中图分类号:tu831 文献标识码:a

(图1)原生污水水质极其恶劣,包含各种尺度悬浮固态物质及溶解性化合物。其中大尺度污物会对流通断面形成堵塞,微尺度污物会在换热表面沉积、附着,形成污垢,降低传热效果,同时增大流动阻力。套管输送换热系统利用大管径套管换热法实现冷热量的提取:(1)污水或地表水在大管径套管中的内管中高速、湍流流动,通过内管壁面向大管径套管中的热载体传递能量;(2)热载体在大管径套管中的环空间内流动,将内管壁传递的能量输送到热泵机组的蒸发器或冷凝器,实现能源的利用。套管换热法有效解决了换热设备的阻塞问题。此种设计中污水与热载体没有直接接触,安全可靠。

为了发展城市供水事业,保障城市生活、生产用水和其他各项建设用水,我国制定了《城市供水条例》。其中规定,实行有利于城市供水事业发展的政策,鼓励城市供水科学技术研究,推广先进技术。套管式换热器是在城市供水管网的施工基础上进行设计的,自来水与换热介质之间没有接触,仅仅有能量转移,没有构成污染风险。可见在法律层面上是可行的。

类比于套管式污水源热泵系统,能否开发出套管式城市自来水水源热泵系统呢?通过换热设备只提取所需要的要能量,并保证两种能量的载体之间没有直接接触,不对两者的任意一方造成污染。比如利用换热设备只对自来水进行热量的转移,并且保证设备安全可靠,不对自来水水质产生较大的影响。除此之外,供水管道铺设在地表以下,近似的可以认为是小型的土壤源热泵系统。管网的自来水经过套管式换热器交换能量后在城市管网流动,与周围的介质发生能量传递,恢复到整体的平均水平。夏天把自身多余的热量散发出来,降低温度,冬天从周围的环境吸收能量提升温度,恢复到初始时的平均温度。

热泵系统因地制宜,形式多样,具有高效节能的特性,结合多种可再生能源,大大地改善了建筑能耗过高的现状。可再生能源的应用主要有太阳能、地热能、江海水源及污水源等。水源热泵技术是利用地球表面浅层水源中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源,并采用热泵原理,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。常见的水源有:地下水、河川水、海水、污水等。其中,套管式污水源热泵发展迅猛,被应用于诸多工程中,例如北京洋桥大厦等。

 

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