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,總結了幾項再生水側設計中應注意的幾個問題,主要包括:開式環(huán)路設計及后期運營建設中水壓圖的應用、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事宜。再生水源由于水溫相對穩(wěn)定、資源廣、分布與負荷相對一致,有很廣闊的應用前景,本文從已實施項目出發(fā)總結,希望對以后的相似項目起到參考作用。
關鍵詞:再生水源熱泵;污水源熱泵;大規(guī)模;設計;工況
前言
關于大規(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)復雜,應用較少,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,還是通過污水泵及污水管網送至各個分散的污水源熱泵站。最終都是由污水源熱泵機組制出滿足用戶制冷、采暖溫度要求的冷熱水,再通過負荷側室外管網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管網較短,負荷側管網龐大。由于延米污水阻力相對清水大[2] ,集中式污水側能耗較低,負荷側能耗較高。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,應根據(jù)項目建筑空間分布、冷熱負荷特點、熱泵主機市場上最大容量等條件,以及權衡采用一級分散式污水側增加泵耗、分散式熱泵機房建筑投資與采用集中式污水側集中退水管網增加初投資、集中式熱泵機房投資,采取適宜的布置形式。
關于污水源熱泵系統(tǒng)設計方面的注意事項,相關文獻提到的內容不多[3-5] 。本文將從某一級分散式再生水源熱泵系統(tǒng)出發(fā),從以下幾個方面進行剖析設計中應該注意的幾項事宜:1應注意水壓圖在污水輸配水管網設計、后期改擴建中的應用;2系統(tǒng)選擇時應根據(jù)冬季最不利溫度結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根據(jù)建筑規(guī)模、建設進度、水泵容量、水泵特性綜合考慮。
1、水壓圖應用
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),污水輸配水管網為開式系統(tǒng),由于配水點多、接入時間、接入地點不定以及污水換熱器承壓能力較低,設計及運行中都會帶來一些問題。建議在設計階段,對整個污水輸配水管網片區(qū)的接入點繪制水壓圖,一方面,容易確定提升泵揚程,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;另一方面,確定每個接入點資用壓頭,保證污水換熱器入口不超壓;在后期建設過程中,隨著供暖片區(qū)各供暖點的接入,需要利用水壓圖核實新的接入點資用壓頭是否夠用、是否超壓,從而確定是否可以接入。
則接入點資用壓頭可以克服污水換熱器及退出水管路各項壓頭損失,其中[P2]為污水接入點到污水退出雨水口所需要的全部壓頭損失,應咨詢廠家并計算確定(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)設計工況選擇時,應根據(jù)所利用污水實測污水最不利溫度,考慮污水換熱器一定傳熱系數(shù)情況下必須滿足的流量,通過計算確定。規(guī)范規(guī)定,設計工況下污水水源可利用的溫降(溫升)不宜小于3℃[1]。計算流程如下:
步驟1:輸入建筑負荷[Q](kW)、主機[cop]、假定一個污水供回水溫差[?t1](℃),計算得到污水側流量[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),計算得到污水換熱器臺數(shù)[N](臺)及污水側流量[L2](m3/h);
步驟4:比較[L1]、[L2],若[L1≥L2],則污水側及中介水側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](℃),考慮到熱泵主機存在低溫保護,僅降低熱泵主機出水溫度。 3、提升泵大小泵配置 關于提升泵站處水泵的配置,考慮到所服務各片區(qū)建筑接入管網時間不定,由于建筑面積、入住率等問題,僅配置大泵,項目運營初期運行費用高。 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合使用:大泵并聯(lián)按照滿足最不利流量及相應阻力配置,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,還應注意:1再生水側室外管網設計時按照最不利工況設計,在管網一定的情況下,同時配置小泵,應按照既有管網核算小泵所需揚程進行選型;2選擇泵時,應選擇性能特性曲線較陡的泵,可以利用揚程偏離設計工況點一定范圍后,流量變化幅度來判斷,即盡量選擇流量變化相對揚程波動不敏感的水泵。 4、總結 大規(guī)模再生水源熱泵由于為建筑片區(qū)進行供暖制冷服務,其與小型系統(tǒng)的主要區(qū)別在于冷熱源側管網,相對來講,大規(guī)模再生水源熱泵并不是很多,設計實施方面存在經驗普遍不足的情況,需要在設計、實施及采購中特別關注管路流量分配、壓力分布、輸配水泵選型及系統(tǒng)工況確定等方面問題。本文從已實施的某一級分散式工程項目經驗出發(fā),總結了幾項應注意的問題。除了水壓圖外,其余幾項也同樣適用于集中式系統(tǒng)。主要結論有:1項目可行性論證階段應該實地勘察管徑路由,根據(jù)各項條件做技術及經濟對比,采取適宜的布置形式;2對于再生水源側開式系統(tǒng),應重視水壓圖在前期輸配水管網設計、后期改擴建中的應用;3工況選擇時應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根據(jù)服務建筑特性、建設運營進度、水泵特性綜合考慮,并應選擇特性曲線較好的水泵。 參考文獻 [1] DB21/T1795-2010 污水源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)程[S]. 遼寧:遼標出版社,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)大學學報,2006,(11):1847-1849+1853. [3] 李亞峰,陳平;利用熱泵技術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用[J];流體機械;2004年09期 [5] 康彥青. 污水源熱泵相關技術問題探討[A]. 西安熱能動力學會、西安交通大學、西安建筑科技大學.第一屆中國(西安)采暖通風、制冷空調節(jié)能減排技術研討會論文集[C].西安熱能動力學會、西安交通大學、西安建筑科技大學:,2009:6. [6] 王亦昭,劉雄.供熱工程[M] .北京:機械工業(yè)出版社,2007. [7] GB 50366-2005 地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(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)能方面相關工作。