魚亞麗 朱百川 曹偉 李鵬 楊立博
摘要:對于大規(guī)模再生水源熱泵系統(tǒng),再生水側(cè)與小規(guī)模系統(tǒng)有很大的區(qū)別,本文首先分別分析了集中式與一級分散式的優(yōu)劣勢,其次,總結(jié)了幾項(xiàng)再生水側(cè)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個問題,主要包括:開式環(huán)路設(shè)計(jì)及后期運(yùn)營建設(shè)中水壓圖的應(yīng)用、針對不同再生水源溫度選擇工況問題及提升泵選型時注意的幾項(xiàng)事宜。再生水源由于水溫相對穩(wěn)定、資源廣、分布與負(fù)荷相對一致,有很廣闊的應(yīng)用前景,本文從已實(shí)施項(xiàng)目出發(fā)總結(jié),希望對以后的相似項(xiàng)目起到參考作用。
關(guān)鍵詞:再生水源熱泵;污水源熱泵;大規(guī)模;設(shè)計(jì);工況
前言
關(guān)于大規(guī)模污水源熱泵站布置形式,一般有集中式、一級分散式和兩級分散式三種形式[1],由于兩級分散式系統(tǒng)復(fù)雜,應(yīng)用較少,現(xiàn)僅對集中式和一級分散式做以比較。
集中式與一級分散式的主要區(qū)別在于,污水集中送至一個集中的污水源熱泵站內(nèi),還是通過污水泵及污水管網(wǎng)送至各個分散的污水源熱泵站。最終都是由污水源熱泵機(jī)組制出滿足用戶制冷、采暖溫度要求的冷熱水,再通過負(fù)荷側(cè)室外管網(wǎng)送至各個供冷供熱用戶。一般情況下,集中式相對一級分散式污水側(cè)管網(wǎng)較短,負(fù)荷側(cè)管網(wǎng)龐大。由于延米污水阻力相對清水大[2] ,集中式污水側(cè)能耗較低,負(fù)荷側(cè)能耗較高。集中式需要一個相對較大的熱泵站,分散式需要分散的多個熱泵站。最終,應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目建筑空間分布、冷熱負(fù)荷特點(diǎn)、熱泵主機(jī)市場上最大容量等條件,以及權(quán)衡采用一級分散式污水側(cè)增加泵耗、分散式熱泵機(jī)房建筑投資與采用集中式污水側(cè)集中退水管網(wǎng)增加初投資、集中式熱泵機(jī)房投資,采取適宜的布置形式。
關(guān)于污水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的注意事項(xiàng),相關(guān)文獻(xiàn)提到的內(nèi)容不多[3-5] 。本文將從某一級分散式再生水源熱泵系統(tǒng)出發(fā),從以下幾個方面進(jìn)行剖析設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的幾項(xiàng)事宜:1應(yīng)注意水壓圖在污水輸配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)、后期改擴(kuò)建中的應(yīng)用;2系統(tǒng)選擇時應(yīng)根據(jù)冬季最不利溫度結(jié)合污水換熱器換熱特性確定;3污水提升泵配置大小確定應(yīng)根據(jù)建筑規(guī)模、建設(shè)進(jìn)度、水泵容量、水泵特性綜合考慮。
1、水壓圖應(yīng)用
忽略動能水頭,只考慮位置水頭和壓力能水頭,即用測壓管水頭線代替表示總水頭線。則壓力能水頭值[p/ρg=H-Z](m)。
水壓圖繪制一般體現(xiàn)供熱系統(tǒng)縱向標(biāo)高以及測壓管水頭線隨系統(tǒng)管道長度的變化。
對于一級分散式系統(tǒng),污水輸配水管網(wǎng)為開式系統(tǒng),由于配水點(diǎn)多、接入時間、接入地點(diǎn)不定以及污水換熱器承壓能力較低,設(shè)計(jì)及運(yùn)行中都會帶來一些問題。建議在設(shè)計(jì)階段,對整個污水輸配水管網(wǎng)片區(qū)的接入點(diǎn)繪制水壓圖,一方面,容易確定提升泵揚(yáng)程,尤其需要注意不處在最不利環(huán)路上,但地勢較高的接入點(diǎn);另一方面,確定每個接入點(diǎn)資用壓頭,保證污水換熱器入口不超壓;在后期建設(shè)過程中,隨著供暖片區(qū)各供暖點(diǎn)的接入,需要利用水壓圖核實(shí)新的接入點(diǎn)資用壓頭是否夠用、是否超壓,從而確定是否可以接入。
則接入點(diǎn)資用壓頭可以克服污水換熱器及退出水管路各項(xiàng)壓頭損失,其中[P2]為污水接入點(diǎn)到污水退出雨水口所需要的全部壓頭損失,應(yīng)咨詢廠家并計(jì)算確定(一般為0.1-0.2MPa)。
2、工況選擇
全國各地污水水溫較為平穩(wěn),但存在差異,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況選擇時,應(yīng)根據(jù)所利用污水實(shí)測污水最不利溫度,考慮污水換熱器一定傳熱系數(shù)情況下必須滿足的流量,通過計(jì)算確定。規(guī)范規(guī)定,設(shè)計(jì)工況下污水水源可利用的溫降(溫升)不宜小于3℃[1]。計(jì)算流程如下:
步驟1:輸入建筑負(fù)荷[Q](kW)、主機(jī)[cop]、假定一個污水供回水溫差[?t1](℃),計(jì)算得到污水側(cè)流量[L1](m3/h);
步驟2:輸入中介水供回水溫差[?t2](℃)(暫假定為10/5℃,即溫差為5℃),由步驟1中污水供回水溫差[?t1](℃),計(jì)算得到傳熱溫差[?tm](℃);
步驟3:由傳熱溫差[?tm],輸入污水換熱器傳熱系數(shù)[K](W/m2.℃)及單臺換熱面積[F](m2),計(jì)算得到污水換熱器臺數(shù)[N](臺)及污水側(cè)流量[L2](m3/h);
步驟4:比較[L1]、[L2],若[L1≥L2],則污水側(cè)及中介水側(cè)工況與污水換熱器一定傳熱系數(shù)所要求的流量相匹配;
步驟5:若[L1 步驟6:若仍無法滿足,則修改中介水供回水溫差[?t2](℃),考慮到熱泵主機(jī)存在低溫保護(hù),僅降低熱泵主機(jī)出水溫度。 3、提升泵大小泵配置 關(guān)于提升泵站處水泵的配置,考慮到所服務(wù)各片區(qū)建筑接入管網(wǎng)時間不定,由于建筑面積、入住率等問題,僅配置大泵,項(xiàng)目運(yùn)營初期運(yùn)行費(fèi)用高。 另外,對于供暖建筑,隨著供暖季天與天之間,每天24小時之間,負(fù)荷都有很大的變化,流量隨之也發(fā)生變化,并非總是處于最大流量的狀態(tài)。 因此,建議考慮大泵與小泵結(jié)合使用:大泵并聯(lián)按照滿足最不利流量及相應(yīng)阻力配置,小泵選擇可以按照單臺大泵變頻下限考慮,也可以大泵小泵有一定的流量重疊區(qū)域。 在配置提升泵時,還應(yīng)注意:1再生水側(cè)室外管網(wǎng)設(shè)計(jì)時按照最不利工況設(shè)計(jì),在管網(wǎng)一定的情況下,同時配置小泵,應(yīng)按照既有管網(wǎng)核算小泵所需揚(yáng)程進(jìn)行選型;2選擇泵時,應(yīng)選擇性能特性曲線較陡的泵,可以利用揚(yáng)程偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)一定范圍后,流量變化幅度來判斷,即盡量選擇流量變化相對揚(yáng)程波動不敏感的水泵。 4、總結(jié) 大規(guī)模再生水源熱泵由于為建筑片區(qū)進(jìn)行供暖制冷服務(wù),其與小型系統(tǒng)的主要區(qū)別在于冷熱源側(cè)管網(wǎng),相對來講,大規(guī)模再生水源熱泵并不是很多,設(shè)計(jì)實(shí)施方面存在經(jīng)驗(yàn)普遍不足的情況,需要在設(shè)計(jì)、實(shí)施及采購中特別關(guān)注管路流量分配、壓力分布、輸配水泵選型及系統(tǒng)工況確定等方面問題。本文從已實(shí)施的某一級分散式工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)出發(fā),總結(jié)了幾項(xiàng)應(yīng)注意的問題。除了水壓圖外,其余幾項(xiàng)也同樣適用于集中式系統(tǒng)。主要結(jié)論有:1項(xiàng)目可行性論證階段應(yīng)該實(shí)地勘察管徑路由,根據(jù)各項(xiàng)條件做技術(shù)及經(jīng)濟(jì)對比,采取適宜的布置形式;2對于再生水源側(cè)開式系統(tǒng),應(yīng)重視水壓圖在前期輸配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)、后期改擴(kuò)建中的應(yīng)用;3工況選擇時應(yīng)綜合考慮冬季再生水溫度、污水換熱器換熱特性;4污水提升泵配置大小確定應(yīng)根據(jù)服務(wù)建筑特性、建設(shè)運(yùn)營進(jìn)度、水泵特性綜合考慮,并應(yīng)選擇特性曲線較好的水泵。 參考文獻(xiàn) [1] DB21/T1795-2010 污水源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程[S]. 遼寧:遼標(biāo)出版社,2010 [2] 吳榮華,馬廣興,孫德興. 城市原生污水冷熱源污水流動阻力特性研究[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,(11):1847-1849+1853. [3] 李亞峰,陳平;利用熱泵技術(shù)回收城市污水中的熱能[J];可再生能源;2002年06期 [4] 李建興,涂光備,周文忠;城市污水熱泵在住宅供熱中的應(yīng)用[J];流體機(jī)械;2004年09期 [5] 康彥青. 污水源熱泵相關(guān)技術(shù)問題探討[A]. 西安熱能動力學(xué)會、西安交通大學(xué)、西安建筑科技大學(xué).第一屆中國(西安)采暖通風(fēng)、制冷空調(diào)節(jié)能減排技術(shù)研討會論文集[C].西安熱能動力學(xué)會、西安交通大學(xué)、西安建筑科技大學(xué):,2009:6. [6] 王亦昭,劉雄.供熱工程[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. [7] GB 50366-2005 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005 作者簡介:魚亞麗(1984-),女,碩士研究生,一直從事暖通建筑節(jié)能方面相關(guān)工作。